黄河甘宁蒙段水体重金属含量水平及污染评价研究

发布时间：2017-08-17 08:11

  本文关键词：黄河甘宁蒙段水体重金属含量水平及污染评价研究

  更多相关文章： 重金属 稀土元素 形态分析 生念风险 分馏作用 过滤水 表层沉积物 黄河

【摘要】：为系统分析、比较丰水期、枯水期和平水期黄河甘宁蒙段过滤水及表层沉积物中重金属的含量特征、污染状况、潜在生态风险及稀土元素的地球化学特征,本文在前期研究工作(2011年丰水期与2012年丰水期)的基础上,采集了2014年枯水期和平水期过滤水和表层沉积物样品共24份,运用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)对两个体系重金属(Cr、Pb、Cd、Cu、Zn、 Ni、As和Hg)和稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、 Ho、Er、Tm、Yb、Lu)进行了含量测定、污染评价和源分析,同时与前期工作进行了比较、分析,结果表明：过滤水中重金属的含量水平结果表明在平水期除Cr外,其余元素含量最大值远高于其余三个季节相应元素含量,而后三个季节中Cd、Cu和Hg元素的含量分布相近。单因子指数(Single factor pollution index,Ii)评价结果显示,在丰水期(2011和2012年),黄河甘宁蒙段过滤水中Cr以及平水期Hg元素Ii值在1～2之间,属“轻污染”范畴,其余元素(除Ni外)的Ii值在各季节均低于1,表明这些元素尚未对环境造成威胁。在平水期,As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn的Ii值均高于其余三个季节相应元素的Ii值,尤其是Hg(1.300～1.400)和Pb(0.009～0.786)元素远高于其他三个季节,而这三个季节相应元素的Ii值相近,且都低于0.5,元素的富集程度很低。各采样点的内梅罗综合污染指数法(Integrated Nemerow pollution index, I)显示2012年丰水期存在一定的元素富集,2011年丰水期和2014年平水期有部分采样点存在元素富集,而枯水期不存在元素富集。表层沉积物重金属含量水平结果揭示,四个季节沉积物样品中Cr和Zn含量较高,且在四个季节间的分布差别较大。地积累指数法(Geo-accumulation index,Igeo)评价结果显示,2012年丰水期和2011年丰水期的IgeoHG平均值(分别为4.83和4.41)和Igeo Cu平均值(分别为0.57和0.48)均高于枯水期和平水期。四个季节Pb、Zn、Ni和As的Igeo值在研究区域内均低于0,表明这四个元素在四个季节对研究区域没有造成环境危害。此外,三湖河口(D11)、巴彦淖尔黄河桥(S8)和喇嘛湾(P6)点处Hg、Cu、Cd和Cr的Igeo值较高,表明这些采样点的这些元素具有较高的生态风险。表层沉积物形态分析结果表明,丰水期(2011、2012年)和枯水期中Cd在交换态和还原态的含量远远高于其他元素,而Cr含量虽然在三个季节中均为最低,但其总含量在所有元素中居于最高,并且在交换态和还原态的含量也较高。因此Cr和Cd对环境条件敏感,且易发生迁移转化,而三个季节其余元素Pb、Cu、Zn和Ni主要与矿物质相结合形成稳定的络合物而存在,在自然条件下难解离,对环境相对安全。相关性分析(CA)和主成分分析(PCA)对各重金属污染来源进行分析的结果显示,Pb、Cu、Zn和Ni元素的相关性普遍较强,表明这些重金属元素之间亲和力强、赋存状态相同或相近且地球化学行为相似,可能具有相同的污染源。而Cr和Cd,尤其是内蒙古段的含量水平和污染较高。它们可能与当地钢铁、稀土和化工等产业的废物排放有关。四个季节过滤水中平水期各稀土元素(REEs)在研究区域分布差异较大,且所有元素含量水平远高于其他三个季节,尤其是Ce、La和Nd元素,而其余三个季节的REEs含量相近且都较小。此外,四个季节研究区域内LREEs含量普遍高于HREEs。四个季节表层沉积物稀土元素含量水平表明,除平水期的Ho、Er、Tm、Yb和Lu元素含量很低外,四个季节其余元素含量分布趋势相近。除Eu (1.61mg/kg)和Yb(3.71 mg/kg)的最大值出现在2011年丰水期中,其余REEs的最大值均出现在2012年丰水期中。四个季节各采样点沉积物样品稀土元素指示参数结果显示,2011年丰水期除银古公路桥(D7)点的(La/Yb)SN比值低于1外,其余采样点的(La/Yb)SN比值都高于1,表明这些采样点处轻稀土与重稀土相比存在富集现象。2012年丰水期所有采样点的(La/Yb)SN比值均高于1。与前两个季节不同,枯水期所有采样点的(La/Yb)SN比值均低于1,(La/Yb)SN平均值只有0.21,说明该季节所有采样点存在轻重稀土分馏现象,且与重稀土相比,轻稀土明显亏损。此外,四个季节的Ce/Ce*比值均低于1,表现为负异常,而Eu/Eu*比值在相应研究区域内有高于1,表现为正异常。但也有低于1,表现为中等至弱负异常。沉积物样品中稀土元素配分模式结果表明,丰水期(2011年和2012年)和枯水期REEs分布模式接近平坦,略显凹形。与重稀土相比,轻稀土略有富集。pH值是导致稀土元素浓度变化的重要影响因素之一,低pH值有利于稀土元素从沉淀状态转化为溶解状态。丰水期(2011年和2012年)和枯水期相应研究区域内pH值没有明显变化,都呈弱碱性,有利于REE吸附在矿物质表面以沉淀形式存在。总有机碳(TOC)是影响稀士元素浓度的另一个重要因素,在自然环境中REE可与有机配体络合从而限制REE的迁移,丰水期(2011年)玛曲(D1)点处的TOC高达2.27%。研究结果为全面掌握该流域重金属和稀上元素的分布、迁移及有效保护提供可信的实验数据,同时对实施有针对性的防治措施、提高黄河甘宁蒙段可持续发展能力具有重要意义。
【关键词】：重金属 稀土元素 形态分析 生念风险 分馏作用 过滤水 表层沉积物 黄河
【学位授予单位】：中央民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X522
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 选题背景与研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状与进展12-16
• 1.2.1 重金属含量研究现状12-13
• 1.2.2 重金属形态研究现状13-14
• 1.2.3 国内外研究进展14-16
• 1.3 稀土元素特点及研究进展16-18
• 1.3.1 稀土元素地球化学性质概述16-17
• 1.3.2 稀土常用指示参数17
• 1.3.3 稀土元素配分模式17
• 1.3.4 河流中稀土模式的控制因素17-18
• 1.3.5 稀土元素地球化学领域研究现状18
• 1.4 研究内容18-21
• 第二章 实验材料与方法21-25
• 2.1 研究区域概况21
• 2.2 样品采集和预处理21-22
• 2.3 测定及分析方法22-25
• 2.3.1 仪器与试剂22-23
• 2.3.2 重金属污染评价方法23-24
• 2.3.3 重金属污染源分析24
• 2.3.4 稀土元素的分馏作用24-25
• 第三章 结果与讨论25-61
• 3.1 过滤水重金属25-33
• 3.1.1 过滤水重金属含量特征25-30
• 3.1.2 过滤水重金属污染指数评价结果30-33
• 3.2 表层沉积物重金属33-49
• 3.2.1 表层沉积物重金属含量特征33-37
• 3.2.2 表层沉积物重金属I_(geo)法评价结果37-41
• 3.2.3 表层沉积物重金属形态分析41-46
• 3.2.4 重金属污染源分析46-49
• 3.3 过滤水和表层沉积物重金属相关性分析49-53
• 3.4 过滤水稀土元素含量特征53-54
• 3.5 表层沉积物稀土元素54-61
• 3.5.1 表层沉积物稀土元素含量特征54-56
• 3.5.2 稀土元素比值特征56-57
• 3.5.3 pH和TOC的影响57-59
• 3.5.4 稀土元素的配分模式59-61
• 第四章 结论与展望61-65
• 4.1 结论61-63
• 4.2 展望63-65
• 参考文献65-77
• 致谢77-79
• 攻读硕士学位期间学术成果79

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本文编号：687933