淮南沉陷水区沉积物重金属污染评价的研究

王丹+高良敏

作者简介：王丹（1988—），男，山东威海人,安徽理工大学地球与环境学院研究生。中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05021703

1引言

中国水资源丰富,但是很多湖泊河流都出现不同程度的水环境问题,其中重金属的污染是水生态环境问题研究的重点之一。沉积物做为重金属污染物的储存场所,也是向水环境中排放重金属的污染源［1］,一定程度上反映出湖泊演化的历史过程［2］,所以,一般研究水体重金属的污染情况都集中于对水底沉积物中各元素的分析。

淮南采煤沉陷区水体不同于一般的湖泊河流,该水域是煤矿开采过后土地沉陷积水形成的,而沉积物可能是原有的耕地淹没形成的。所以该水体沉积物中的重金属对该水域水质的影响值得研究。本文针对淮南矿区沉陷积水区的沉积物中的重金属富集情况以及对生态危害性做出了相关评价。

2材料与方法

2.1样品采集与处理

在淮南谢桥和张集矿区沉陷积水区分别设置12个具有代表性的采样点,用采泥器采集每个采样点沉积物,分为0~10cm和10~20cm两层。现场采集完成后将样品送回实验室进行风干,风干完成用玛瑙研钵将每个样品进行研磨,最后通过100目的筛网进行过筛。

2.2分析方法

分别称取研磨筛好的土样适量,经过盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解后,用火焰原子吸收分光光度计进行选定的重金属元素的测定。

2.3评价方法

评价方法实用地累积指数法。1969年Muller［3］提出了地积累指数法,该方法弥补了其他方法所没有考虑到的由于自然成岩作用可能引起背景值变动的因素。其计算方法如下:

Igeo=log2CnkBn。

式中:Cn为元素n在沉积物中的浓度;Bn为沉积物中元素n背景值;k为修正系数,一般取值k=1.5。表1中根据不同地累积指数的值,可将污染等级分为7级,即0~6级。0级对应的污染程度为无污染,随着等级越高污染程度也越严重,6级对应了最高的污染程度,即极强污染［4］。

表1地累积指数污染等级划分

项目污染指标Igeo<00~11~22~33~44~5>5等级0123456污染程度无无~中中中~强强强~极强极强

3结果与分析

3.1重金属含量测定

2013年5月在谢桥采煤塌陷区水域布设12个采样点供沉积物的采集,分别为XQ-1~XQ-12,测定的重金属有Fe、Mn、Zn、Cd、Ni、Cu和Pb7种元素,重金属含量(两层的总量)分析结果如图1(a)。从图中可以看出Fe的含量变化范围为1584.12~2145.52mg/kg,平均2012.69mg/kg;Mn的含量变化范围为341.28~776.73mg/kg,平均618.79mg/kg;Zn的含量变化范围为35.1~215.9mg/kg,平均值为113.15mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(300mg/kg);Cd的含量为0.70~3.46mg/kg,平均1.62mg/kg,超出了Ⅲ类土壤环境质量标准(1.0mg/kg);Ni的含量变化范围为23.87~129.11mg/kg,平均47.59mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(60mg/kg);Cu的含量变化范围为38.64~126.54mg/kg,平均77.12mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(100mg/kg);Pb的含量变化范围为21.86mg/kg~95.96mg/kg,平均值为44.72mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(350mg/kg)。沉积物重金属含量分析结果说明谢桥塌陷区存在Cd污染问题,其他重金属达到土壤环境质量标准的标准值。

张集沉积物样品采集同谢桥,也布设12个采样点,采样点分别为ZJ-1~ZJ-12,沉积物中重金属含量(两层的总量)分析结果如图1(b)。从图中可以看出Fe的含量变化范围为201645~268095mg/kg,平均210509mg/kg;Mn的含量变化范围为50377~97662mg/kg,平均76020mg/kg;Zn的含量变化范围为591~2647mg/kg,平均值为16019mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(300mg/kg);Cd的含量为103~486mg/kg,平均269mg/kg,超出了Ⅲ类土壤环境质量标准(10mg/kg);Ni的含量变化范围为2403~11890mg/kg,平均4458mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(60mg/kg);Cu的含量变化范围为5605~15651mg/kg,平均9542mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(100mg/kg);Pb的含量变化范围为1248mg/kg~17403mg/kg,平均值为6450mg/kg,达到Ⅱ类土壤环境质量标准(350mg/kg)。沉积物重金属含量分析结果说明张集塌陷区与谢桥塌陷区相同,都存在Cd污染问题,其他重金属均达到土壤环境质量标准的标准值。

图1谢桥(a)、张集(b)塌陷区水域沉积物重金属水平

空间分布

3.2地累积指数

求得研究区域各采样点第一层(0~10cm)沉积物中的重金属物质地累积指数见表2、表3。

谢桥塌陷区沉积物中重金属的地积累指数值中Fe元素的变化范围为-450~-438,污染等级均为0级,即该矿区水域沉积物中没有Fe元素污染问题;Mn元素的地积累指数值的范围为-125~-009,污染等级为0级,说明谢桥塌陷区沉积物中没有Mn污染问题;Zn元素的地积累指数值的范围为-100~166,污染等级为0~2级,每个采样点都有轻微的Zn污染问题;Cd元素的地积累指数值的范围为306~487,污染等级为3~5级,说明谢桥塌陷区沉积物中Cd污染问题比较严重;Ni元素的地积累指数值的范围为-045~089,污染等级为0~1级,Ni污染程度属于轻微污染程度;Cu元素的地积累指数值的范围为089~203,污染等级为1~3级,污染等级跨度大,说明Cu元素在沉积物中分布不均匀,整体上都处于2级污染等级,为轻度污染;Pb元素的地积累指数值的范围为-054~126,污染等级为0~2级,基本上处于轻微污染或无污染状态。

表2谢桥沉积物中重金属地积累指数值

采样点FeMnZnCdNiCuPbXQ-1-4.38-0.09-0.764.200.031.121.26XQ-2-4.40-0.491.663.840.891.200.32XQ-3-4.42-0.410.023.10-0.160.89-0.49XQ-4-4.47-0.390.053.52-0.271.22-0.33XQ-5-4.40-0.13-0.783.53-0.452.03-0.54XQ-6-4.46-0.191.084.65-0.271.920.05XQ-7-4.50-0.23-0.333.720.641.580.79XQ-8-4.50-0.100.774.810.131.500.49XQ-9-4.48-0.340.744.87-0.131.93-0.06XQ-10-4.42-0.85-0.283.56-0.191.480.64XQ-11-4.44-0.180.783.060.101.200.64XQ-12-4.46-1.25-1.003.57-0.281.010.32

张集塌陷区沉积物中重金属的地积累指数值中,Fe元素地积累指数值的变化范围为-447~-437,污染等级均为0级,即该矿区水域沉积物与谢桥相同,均没有Fe元素污染问题;Mn元素的地积累指数值的范围为-046~027,污染等级为0~1级,说明张集塌陷区沉积物中没有或存在轻微的Mn污染问题;Zn元素的地积累指数值的范围为-079~156,污染等级为0~2级,每个采样点都有轻微的Zn污染问题;Cd元素的地积累指数值的范围为352~536,污染等级为4~6级,说明张集塌陷区沉积物中Cd污染问题比谢桥矿更为严重,处于重污染到高度污染的状态;Ni元素的地积累指数值的范围为-038~111,污染等级为0~2级,基本上不存在或只有轻微Ni污染问题;Cu元素的地积累指数值的范围为096~232,污染等级为1~3级,该矿区Cu元素污染开始从轻微污染向重污染转化的趋势,所以Cu污染问题应得到重视,以防止Cu污染程度加深;Pb元素的地积累指数值的范围为-150~230,污染等级为0~3级,除了ZJ-2采样点出现3级污染等级,其他采样点Pb污染均处于轻微污染或无污染状态。

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