小白河污染底質粒徑與鉛、鋅吸附研究

李靜 貝榮塔

摘 要：經(jīng)過對都龍礦區(qū)污染河流的底泥進行采樣分析， 分析了底泥質量分數(shù)與不同底質粒徑的關系及其鉛、鋅的吸附特性。結果表明， 底泥中不同粒徑底質的質量分數(shù)在垂向不同層次上沒有明顯區(qū)別；底質的粒徑越小，對鉛、鋅吸附量越大；底質質量分數(shù)對鉛、鋅吸附貢獻率起著重要作用。

關鍵詞： 污染底泥；粒徑；質量分數(shù)；鉛吸附特性；鋅吸附特性

中圖分類號 X522 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）07-21-03

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，對重金屬的開采、冶煉、加工及制造日益增多，越來越多的重金屬進入水和土壤之中，導致重金屬污染日益加劇，成為環(huán)境污染問題之一。礦山是重金屬污染較嚴重的區(qū)域，礦坑廢水、選礦廢水、尾砂庫濾水等都含有大量的重金屬離子[2]。重金屬是指比重>5.0g/cm3的金屬元素，常見的有汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅、鎳、鉬、鈷、砷等[1]，它們能在生物體內富集，成為持久污染物，造成嚴重的生態(tài)問題。進入水體的重金屬由于不易溶解，但是可以迅速和水中懸浮物結合，絕大部分迅速由水相轉入固相，這些重金屬在隨水搬運的過程中，當負荷超過搬運能力時，便沉積下來進入沉積物中[3]，這些沉積物隨著時間的累積，構成了河流的重要組成部分。選礦廢水是礦區(qū)河流重金屬的主要來源[4]，有大量的重金屬儲存在河流的底泥里，當?shù)啄喟l(fā)生攪動時，重金屬離子就會釋放到水里從而造成再次污染，同時對人類的健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有極大的破壞性[5]。對重金屬吸附的多少與底泥顆粒粒徑大小是緊密相關的，研究底泥粒徑大小組成與鉛、鋅吸附量的關系，對礦區(qū)污染河流保護與治理等方面具有一定理論指導意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 研究區(qū)位于云南省馬關縣都龍鎮(zhèn)三岔河，地理位置E103°52′～104°39′、N22°42′～23°15′，海拔最高點2 579m，最低點123m。土壤類型多種多樣，成土母質為殘積、坡積、沖積、洪積和湖積等主要類型，平均氣溫16.9℃，年最高溫度32.2℃，低海拔河谷區(qū)達38℃，年最低溫度-4℃。降水年內分配不均，礦產資源豐富，主要有煤、鋅、鐵、硫、錫。

1.2 室外取樣 在礦區(qū)三岔河底泥中隨機布置5個樣點，從上而下分層取樣，分別是0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm，每層取樣1.0kg，然后把土樣裝袋，貼上標簽。

1.3 室內分析 把礦區(qū)采的土樣帶回實驗室，讓樣品自然風干，然后采用篩分法，選用荷蘭Eijkelkamp公司生產的電動搖篩，讓樣品篩分成規(guī)格為：>4mm、2～4mm、1～2mm、0.71～1mm、0.5～0.71mm、0.25～0.5mm、0.09～0.25mm、0.063～0.09mm、≤0.063mm9種粒徑規(guī)格。把過篩的底泥樣品稱重后裝入樣品瓶里，貼上標簽。對樣品進行消解后，然后用北京瑞利生產的原子吸收分光光度計（北京瑞利WFX～130A）進行分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 不同層次底質中鉛、鋅的污染特征 通過對不同層次底質中鉛、鋅含量分析，2種元素的污染現(xiàn)狀并不完全相同，鉛的質量分數(shù)各層都很高，其范圍是82.08～126.11mg/kg，相差接近1倍，各個層次的鉛含量相差不是特別大，但是比土壤的背景值高，鉛含量最低的那一層是土壤背景值的2.3倍，鉛含量最高在10～20cm，這一層的鉛含量是土壤背景值的3.6倍。通過圖1可知，鉛元素在表層土壤中含量低于其他層次的含量，鉛元素的污染在垂向分布上趨向于深層發(fā)展，但總的來說，研究區(qū)域底泥中鉛的污染是十分嚴重的。同時利用spss軟件對底質中鉛各層次的平均值做進一步分析，表明在垂直方向上，即各年鉛的累計并無顯著性差異（表1），層與層之間的概率都遠大于0.05的界限值。

通過對底質鋅的分析，由圖2所示，鋅在各層的含量都很高，其最低平均值為532.84mg/kg，最高平均值為780.54mg/kg，各個層次的鋅含量相差不是很大，但是比土壤的背景值高很多，即使鋅含量最低的那一層也是土壤背景值的59倍，鋅含量最高在10～20cm，這一層的鋅含量是土壤背景值的87倍。通過對鋅的分析可知，鋅的污染比鉛要嚴重得多，同時對底質中鋅的各層次平均值做多重比較分析，表明了在不同層次上，即各年鋅的累積并無顯著性差異（表1），層與層之間的相伴概率都遠大于0.05的界限值，這也說明不同層次對鋅的累積性并無顯著影響，但總的來說，研究區(qū)域底泥中鋅的污染是十分嚴重的。

2.2 底質粒徑大小與鉛、鋅吸附特性的分析 對研究區(qū)5個樣點、9種粒徑規(guī)格的底質鉛、鋅質量分數(shù)取相應的均值，結果如表2。由數(shù)據(jù)變化規(guī)律可見，鉛與鋅的含量隨底質粒徑的變小而增大，但是鋅的增長更有規(guī)律性，但兩者具有共同點，都是在0.09～0.25mm這個粒徑規(guī)格達到最大?？傮w上來看，不同粒徑中鉛、鋅含量隨著粒徑的減小，單位質量的底質顆粒吸附鉛與鋅的量逐漸增大，具有一定的相關關系，說明小粒徑的底質對鉛與鋅的吸附比較明顯，也由此可知，河流底泥顆粒粒徑越小，對鉛的吸附作用越強。

通過表3可以看出，鉛的顯著性概率Sig.=0.271>0.05，粒徑中值對鉛的吸附量影響不具有顯著的相關性。反而，鋅的顯著性概率Sig.=0.03<0.05，則說明不同粒徑底質中鋅含量差異性很大。

2.3 不同粒徑底質中鉛、鋅吸附貢獻率的分析 從圖3看出，鉛、鋅的吸附貢獻率與底質的質量分數(shù)走向大致相同，不同粒徑的質量分數(shù)在此起著非常關鍵的作用，當粒徑中值為0.170mm（0.09～0.25mm）時，質量分數(shù)最大，鉛與鋅的吸附貢獻率也是最大。同時從圖3中可以看出，鉛與鋅吸附貢獻率和質量分數(shù)均呈雙峰型，在粒徑中值為0.170mm和1.500mm處出現(xiàn)波峰，而在0.063mm處出現(xiàn)波谷。

通過對質量分數(shù)與鉛、鋅吸附貢獻率進行相關分析，結果見表4，底質質量分數(shù)與鉛、鋅吸附貢獻率呈正相關關系，都達到了顯著性水平，這說明不同粒徑的質量分數(shù)對鉛、鋅吸附貢獻率有很大的影響，從0.09～0.25mm處鉛、鋅的質量分數(shù)特別高，因此也提高了鉛、鋅的吸附貢獻率。

3 結論

（1）在垂向不同層次中，各層鉛含量都很高，但總體上各層間差異并不太顯著，經(jīng)過對底質鉛鋅在垂向不同層次上的分析，其范圍是82.08～126.11mg/kg，相差接近1倍，但是比土壤的背景值高，鉛含量最小的那一層是土壤背景值的2.3倍，鉛含量最高在10～20cm，這一層的鉛含量是土壤背景值的3.6倍，可見底質中鉛污染相當嚴重。而底質中鋅的垂向分布，層間差異也不太顯著，其最低平均值為532.84mg/kg，最高平均值為780.54mg/kg，各個層次的鋅含量相差不是很大，但是比土壤的背景值高很多，即使鋅含量最低的那一層也是土壤背景值的59倍，鋅含量最高在10～20cm，這一層的鋅含量是土壤背景值的87倍。但總的來說，礦區(qū)中鉛和鋅的污染是非常嚴重的。

（2）9種粒徑規(guī)格的底質中，鉛與鋅含量隨底質粒徑的變小而增大，即負相關關系，鉛與鋅含量都是在0.09～0.25mm這個粒徑規(guī)格極速增長，這也說明，0.09～0.25mm是一個明顯轉折點，即小粒徑的底質能吸附大量的鉛與鋅。

（3）不同粒徑底質質量分數(shù)曲線與鉛、鋅吸附貢獻率走勢大致相同，在粒徑中值為0.170mm和1.500mm處有2個波峰，而最低點都出現(xiàn)在0.063～0.09mm處。此外，底質質量分數(shù)與鉛鋅吸附貢獻率呈正相關關系，兩者與質量分數(shù)相關性都達到了顯著性水平，這表明不同粒徑底質質量分數(shù)與鉛、鋅的吸附貢獻率有很大的關系，在二者的相關關系中，相伴概率都為0.000，這也說明質量分數(shù)在吸附貢獻率中有著至關重要的作用。

參考文獻

[1]陳懷滿. 環(huán)境土壤學[M]. 北京： 科學出版社，2005：216-267.

[2]廖國禮，吳超，馮巨恩. 礦坑廢水污染灌區(qū)河流重金屬離子污染綜合評價實踐[J].礦冶，2004，13（1）：86-90.

[3]貝榮塔，李豐偉，吳明，等.都龍礦區(qū)三岔河污染底質鉛、鋅吸附特性的研究[J].環(huán)境科技，2011，1（2）：10-13.

[4]叢源，鄭萍，陳岳龍，等.北京市農田生態(tài)系統(tǒng)土壤重金屬元素的生態(tài)風險評價[J].地質通報，2008，27：681-688.

[5]何光俊，李俊飛，谷麗萍. 河流底泥的重金屬污染現(xiàn)狀及治理進展[J].水利漁業(yè)，2007，27（5）：61-62. （責編：徐世紅）