松花江哈达山—松花湖段表层底泥重金属含量分布特征研究

发布时间：2020-07-25 15:06

【摘要】：近年来,工农业的快速发展加剧了重金属环境污染。其中,水体底泥重金属污染问题受到了越来越多的关注。松花江是我国七大河流之一,研究其底泥重金属含量时空分布特征对流域的水环境治理具有重要的意义。本文以2006年和2016年松花江哈达山松花湖段表层底泥为研究对象,分析了底泥样品的矿物组成、底泥样品及部分底泥样品中黏土的As、Hg、Cr、Cd、Pb、Cu、Ni、Zn等元素的含量,研究了表层底泥重金属含量的时空分布特征,并对重金属污染及污染源进行了分析。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析和X射线衍射(XRD)分析结果表明,研究区底泥样品主要由石英、长石、高岭石、伊利石、绿泥石、伊/蒙混层等矿物组成。化学成分分析结果表明,重金属元素As、Hg、Cr、Cd、Pb、Cu、Ni、Zn均倾向富集于底泥样品中的黏土内,矿物组成差异对底泥样品重金属含量影响显著。与我国主要河流和湖泊相比,2006年表层底泥中元素Hg、Cd、Pb、Zn的含量显著高于其他河流和湖泊,均处于较高水平,而元素As、Cr、Cu、Ni的含量整体上均处于中等水平。相比较而言,2016年表层底泥中只有元素Hg的含量显著高于其他河流和湖泊,元素As、Cr、Cd、Pb、Cu、Ni、Zn的含量均处于中等水平。2006年和2016年表层底泥重金属含量空间分布特征十分相似,主要表现为吉林市区段内的重金属含量普遍高于非市区段,且重金属含量的最高值集中出现在吉林市九站大桥附近,而向上游、下游重金属含量逐渐降低。重金属含量随时间变化的趋势十分明显,即相比于2006年,2016年表层底泥的重金属含量整体上有了一定程度的下降。采用重金属含量标准化方法消除底泥样品矿物组成差异的影响后,重金属含量的时空分布特征发生了一定程度的变化,但整体上变化幅度并不大。地累积指数和潜在生态风险指数分析表明,2006年和2016年表层底泥重金属的污染程度具有相似的空间分布特征,即吉林市区段污染程度明显高于非市区段,且污染的最高程度集中出现在吉林市九站大桥附近,而向上游、下游逐渐降低。2006年表层底泥主要受到了Hg、Cd、Zn的污染,在吉林市区段其污染等级几乎都在Ⅱ级以上。整段流域内,Hg和Cd的生态风险分别达到了严重程度和重度,且重金属的综合潜在生态风险整体上达到了严重程度。相比于2006年,2016年底泥重金属的污染程度有了显著的降低,其综合潜在生态风险程度也降至了重度;但Hg污染仍很严重,尤其在吉林市九站大桥附近出现了Hg的极强污染。整段流域内存在Hg的严重程度生态风险。根据重金属污染的时空分布特征、重金属元素组合及吉林市重金属重点源和工业废水重点源等分析,推断研究区表层底泥重金属污染应主要来自吉林市工业活动,特别是工业废水的排放。10年前后重金属污染特点分析表明,通过治理,Cd、Zn等重金属污染源得到了有效的控制,但Hg并没有。2016年上游底泥中存在轻度Hg污染,因此不排除表层底泥中有少量的Hg来源于上游。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52
【图文】：

松花江,补给水,水库,丰水期

年平均气温在 3～5 °C 之间，年内 1 月温，7 月温度最高，平均气温在 20～25°C 之间。年降水量月份，占全年总降水量的 70%以上（朱景亮等，2015）。）为松花江的丰水期，其余时间均为枯水期。丰水期雪融化补给水，夏季为大气降水补给水。流众多，呈树枝状分布。其中，主要支流有鳌龙河、于松花江左岸。支流处有多处水库，如亮甲山水库、星城水库等。通以公路为主，铁路为辅。在长春市、吉林市和松原市省道 301、303 等道路连接，还有长白、长吉等铁路线路互通，区内交通四通八达。在松花江两岸建有沿江公。

示意图,立波,采样点位,示意图

图 3.1 采样点位示意图（据郝立波等，2010）样品分析矿物组成分析体底泥的矿物组成较为复杂，主要包括岩石风化残留矿物、黏土矿物及有重金属的含量受矿物组成的影响较大，尤其当黏土矿物含量较高时，会显金属元素的含量（陈静生等，1994；1996）。为了探究研究区底泥样品矿物含量分布特征的影响，本文采用红外光谱法和 X 射线衍射法对 2016 年采泥样品进行了矿物组成分析。1）底泥样品 FTIR 分析外光谱分析是根据组成物质的分子内部化学键产生振动时，不同的振动类性地吸收不同频率的红外光形成红外光谱，进而来进行物质分析的一种方分析不受样品状态影响，在矿物鉴定中发挥了重要的作用。该方法具有简

光谱图,光谱图,吸收峰,样品

右光谱纯 KBr 粉末放入玛瑙研钵中进行混合研磨。充分混合研磨至约 200 目时放入压片模具中，加压至 10MPa，保持 5min。然后从压片模具中取出透明样片，进行红外光谱测试。研究区底泥样品具有相似的谱带特征（图 3.2）。所有样品在特征谱带区都出现了3400 cm-1～3430 cm-1宽的吸收峰，可能是样品中或 KBr 中结晶水或吸附水的羟基伸缩振动产生的。在 1030 cm-1处的吸收峰是由硅氧四面体中 Si-O-Si 对称伸缩振动引起的，为层状硅酸盐矿物的典型红外光谱吸收特征峰。底泥样品中可能含有黏土类矿物。在3700 cm-1附近有弱的吸收峰，表明样品中含有高岭石。在 3620 cm-1～3640 cm-1间的吸收峰为伊利石、蒙脱石的特征峰，表明样品中存在伊利石或蒙脱石。样品 S16-7 和 S16-12 中在 3500 cm-1～3600 cm-1间存在弱的吸收峰，表明样品中存在绿泥石。780 cm-1处的吸收峰是石英的特征峰。530 cm-1-550 cm-1间的吸收峰是斜长石的 Si-Al（Si）对称伸缩振动产生的。红外分析结果表明，研究区底泥样品主要由石英、斜长石、伊利石、绿泥石、高岭石及蒙脱石等矿物组成。

【参考文献】