淮南沉陷水區沉積物重金屬污染評價的研究

王丹+高良敏

作者簡介：王丹（1988—），男，山東威海人,安徽理工大學地球與環境學院研究生。中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05021703

1引言

中國水資源豐富,但是很多湖泊河流都出現不同程度的水環境問題,其中重金屬的污染是水生態環境問題研究的重點之一。沉積物做為重金屬污染物的儲存場所,也是向水環境中排放重金屬的污染源［1］,一定程度上反映出湖泊演化的歷史過程［2］,所以,一般研究水體重金屬的污染情況都集中于對水底沉積物中各元素的分析。

淮南采煤沉陷區水體不同于一般的湖泊河流,該水域是煤礦開采過后土地沉陷積水形成的,而沉積物可能是原有的耕地淹沒形成的。所以該水體沉積物中的重金屬對該水域水質的影響值得研究。本文針對淮南礦區沉陷積水區的沉積物中的重金屬富集情況以及對生態危害性做出了相關評價。

2材料與方法

2.1樣品采集與處理

在淮南謝橋和張集礦區沉陷積水區分別設置12個具有代表性的采樣點,用采泥器采集每個采樣點沉積物,分為0~10cm和10~20cm兩層。現場采集完成后將樣品送回實驗室進行風干,風干完成用瑪瑙研缽將每個樣品進行研磨,最后通過100目的篩網進行過篩。

2.2分析方法

分別稱取研磨篩好的土樣適量,經過鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后,用火焰原子吸收分光光度計進行選定的重金屬元素的測定。

2.3評價方法

評價方法實用地累積指數法。1969年Muller［3］提出了地積累指數法,該方法彌補了其他方法所沒有考慮到的由于自然成巖作用可能引起背景值變動的因素。其計算方法如下:

Igeo=log2CnkBn。

式中:Cn為元素n在沉積物中的濃度;Bn為沉積物中元素n背景值;k為修正系數,一般取值k=1.5。表1中根據不同地累積指數的值,可將污染等級分為7級,即0~6級。0級對應的污染程度為無污染,隨著等級越高污染程度也越嚴重,6級對應了最高的污染程度,即極強污染［4］。

表1地累積指數污染等級劃分

項目污染指標Igeo<00~11~22~33~44~5>5等級0123456污染程度無無~中中中~強強強~極強極強

3結果與分析

3.1重金屬含量測定

2013年5月在謝橋采煤塌陷區水域布設12個采樣點供沉積物的采集,分別為XQ-1~XQ-12,測定的重金屬有Fe、Mn、Zn、Cd、Ni、Cu和Pb7種元素,重金屬含量(兩層的總量)分析結果如圖1(a)。從圖中可以看出Fe的含量變化范圍為1584.12~2145.52mg/kg,平均2012.69mg/kg;Mn的含量變化范圍為341.28~776.73mg/kg,平均618.79mg/kg;Zn的含量變化范圍為35.1~215.9mg/kg,平均值為113.15mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(300mg/kg);Cd的含量為0.70~3.46mg/kg,平均1.62mg/kg,超出了Ⅲ類土壤環境質量標準(1.0mg/kg);Ni的含量變化范圍為23.87~129.11mg/kg,平均47.59mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(60mg/kg);Cu的含量變化范圍為38.64~126.54mg/kg,平均77.12mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(100mg/kg);Pb的含量變化范圍為21.86mg/kg~95.96mg/kg,平均值為44.72mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(350mg/kg)。沉積物重金屬含量分析結果說明謝橋塌陷區存在Cd污染問題,其他重金屬達到土壤環境質量標準的標準值。

張集沉積物樣品采集同謝橋,也布設12個采樣點,采樣點分別為ZJ-1~ZJ-12,沉積物中重金屬含量(兩層的總量)分析結果如圖1(b)。從圖中可以看出Fe的含量變化范圍為201645~268095mg/kg,平均210509mg/kg;Mn的含量變化范圍為50377~97662mg/kg,平均76020mg/kg;Zn的含量變化范圍為591~2647mg/kg,平均值為16019mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(300mg/kg);Cd的含量為103~486mg/kg,平均269mg/kg,超出了Ⅲ類土壤環境質量標準(10mg/kg);Ni的含量變化范圍為2403~11890mg/kg,平均4458mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(60mg/kg);Cu的含量變化范圍為5605~15651mg/kg,平均9542mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(100mg/kg);Pb的含量變化范圍為1248mg/kg~17403mg/kg,平均值為6450mg/kg,達到Ⅱ類土壤環境質量標準(350mg/kg)。沉積物重金屬含量分析結果說明張集塌陷區與謝橋塌陷區相同,都存在Cd污染問題,其他重金屬均達到土壤環境質量標準的標準值。

圖1謝橋(a)、張集(b)塌陷區水域沉積物重金屬水平

空間分布

3.2地累積指數

求得研究區域各采樣點第一層(0~10cm)沉積物中的重金屬物質地累積指數見表2、表3。

謝橋塌陷區沉積物中重金屬的地積累指數值中Fe元素的變化范圍為-450~-438,污染等級均為0級,即該礦區水域沉積物中沒有Fe元素污染問題;Mn元素的地積累指數值的范圍為-125~-009,污染等級為0級,說明謝橋塌陷區沉積物中沒有Mn污染問題;Zn元素的地積累指數值的范圍為-100~166,污染等級為0~2級,每個采樣點都有輕微的Zn污染問題;Cd元素的地積累指數值的范圍為306~487,污染等級為3~5級,說明謝橋塌陷區沉積物中Cd污染問題比較嚴重;Ni元素的地積累指數值的范圍為-045~089,污染等級為0~1級,Ni污染程度屬于輕微污染程度;Cu元素的地積累指數值的范圍為089~203,污染等級為1~3級,污染等級跨度大,說明Cu元素在沉積物中分布不均勻,整體上都處于2級污染等級,為輕度污染;Pb元素的地積累指數值的范圍為-054~126,污染等級為0~2級,基本上處于輕微污染或無污染狀態。

表2謝橋沉積物中重金屬地積累指數值

采樣點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

張集塌陷區沉積物中重金屬的地積累指數值中,Fe元素地積累指數值的變化范圍為-447~-437,污染等級均為0級,即該礦區水域沉積物與謝橋相同,均沒有Fe元素污染問題;Mn元素的地積累指數值的范圍為-046~027,污染等級為0~1級,說明張集塌陷區沉積物中沒有或存在輕微的Mn污染問題;Zn元素的地積累指數值的范圍為-079~156,污染等級為0~2級,每個采樣點都有輕微的Zn污染問題;Cd元素的地積累指數值的范圍為352~536,污染等級為4~6級,說明張集塌陷區沉積物中Cd污染問題比謝橋礦更為嚴重,處于重污染到高度污染的狀態;Ni元素的地積累指數值的范圍為-038~111,污染等級為0~2級,基本上不存在或只有輕微Ni污染問題;Cu元素的地積累指數值的范圍為096~232,污染等級為1~3級,該礦區Cu元素污染開始從輕微污染向重污染轉化的趨勢,所以Cu污染問題應得到重視,以防止Cu污染程度加深;Pb元素的地積累指數值的范圍為-150~230,污染等級為0~3級,除了ZJ-2采樣點出現3級污染等級,其他采樣點Pb污染均處于輕微污染或無污染狀態。

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