城市黑臭河道底泥重金属污染特征及铁锰释放特性研究.pdf

城市黑臭河道底泥重金属污染特征及铁锰释放特性 研究 摘 要 河道黑臭化问题在城市生态文明建设中已成为最为棘手的环境问题，重金属 污染是导致该问题的重要原因之一，大量的重金属元素以不同形态汇聚在底泥沉 积物中，在不同环境变化下以内源释放的形式恶化河道水质，其中铁锰的存在是 主要的致黑因子。本研选取城市 （芜湖）代表性黑臭河道保兴垾主渠内底泥沉积 物样品进行实验研究，首先通过测定不同时期表层底泥6 种重金属的形态含量， 结合相关性分析和主成分分析法来解析潜在的重金属污染来源，同时利用多种评 价方法，以期评估河道重金属污染程度。其次在室内利用沉积物柱状芯样法，模 拟四种不同环境因素变化下底泥铁锰元素与上覆水体的交换规律，利用形态分析 法进一步揭示铁锰在特殊水体的沉积物-水界面的释放机理。最后设计四因素三 水平的正交实验，使用多元线性回归分析法构建铁锰释放的数学方程，并根据实 测数据，估算河道内铁锰内源污染负荷。主要结论如下： 1 Fe Zn Mn Cr Cu Cd （）河道内重金属呈现 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ 的大小特征，均显著超 过安徽省土壤背景值，其中Cd 富集最明显。除了Cd ，其余5 种重金属含量均表 Cr Zn Mn B4 现出雨季期大于旱季期的特征。旱季期， 、 和 主要以稳定的残渣态（ ） 存在，Fe 主要形态为B3 （可氧化态）和B4 （残渣态），Cu 的主要化学形态为 B2 B3 B4 24.95% 26.64% 42.96% （可还原态）、 和 ，平均含量分别为 、 和 。而 Cd 的主要成分是B 1 （弱酸提取态）和B3 态，其中B 1 态占比达22.47%，迁移 能力较强。雨季期，受岸边土壤侵蚀和岩石风化产生的泥沙颗粒的影响，各重金 属的B4 态占比均较高，其中Zn 、Fe 、Mn 和Cr 均以稳定的B4 态存在，Cu 和 Cd 的主要形态与旱季期类似。同时，雨季期的重金属相比于旱季期，更容易发 生迁移转化。 2 I （） （地累积指数法）结果表明，主要重金属污染物是处于特重污染的 geo Cd 和重-特重污染以上的Zn 和Cu 。MRI （改进的潜在生态风险指数法）结果表 Cd 90% Cd RAC 明， 污染起到主导作用 （贡献率＞ ），应重点解决 污染。 （风险 评估编码法）结果表明，应重点关注Cd、Mn 和Zn 三种重金属的生物利用率和 6 Zn Cu Cr 迁移性。对 种重金的源解析显示， 、 和 受周边工业活动的影响较大， Fe 和Mn 主要是受自然源和工业源的混合影响，Cd 最有可能受到区域农业面源 的影响。 （3 ）室内模拟实验表明，在温度变化下，铁锰的释放量均呈现先上升后缓 30 Fe Mn 2.57mg/L 0.42mg/L 慢下降的趋势， ℃下， 和 的释放峰值分别为 和 。释 放前后，Fe 的B3 态降低，是其释放的主要原因，Mn 的释放则是受B 1 态和B3 Ⅰ Ⅰ 态释放的共同作用。溶解氧实验下，好氧实验组 （4~6mg/L ）的Fe 和Mn 的释放 7 0~