淮南沉陷水區(qū)沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)的研究

王丹+高良敏

作者簡(jiǎn)介：王丹（1988—），男，山東威海人,安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院研究生。中圖分類(lèi)號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944(2014)05021703

1引言

中國(guó)水資源豐富,但是很多湖泊河流都出現(xiàn)不同程度的水環(huán)境問(wèn)題,其中重金屬的污染是水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題研究的重點(diǎn)之一。沉積物做為重金屬污染物的儲(chǔ)存場(chǎng)所,也是向水環(huán)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(guò)程［2］,所以,一般研究水體重金屬的污染情況都集中于對(duì)水底沉積物中各元素的分析。

淮南采煤沉陷區(qū)水體不同于一般的湖泊河流,該水域是煤礦開(kāi)采過(guò)后土地沉陷積水形成的,而沉積物可能是原有的耕地淹沒(méi)形成的。所以該水體沉積物中的重金屬對(duì)該水域水質(zhì)的影響值得研究。本文針對(duì)淮南礦區(qū)沉陷積水區(qū)的沉積物中的重金屬富集情況以及對(duì)生態(tài)危害性做出了相關(guān)評(píng)價(jià)。

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(qū)沉陷積水區(qū)分別設(shè)置12個(gè)具有代表性的采樣點(diǎn),用采泥器采集每個(gè)采樣點(diǎn)沉積物,分為0~10cm和10~20cm兩層?，F(xiàn)場(chǎng)采集完成后將樣品送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干,風(fēng)干完成用瑪瑙研缽將每個(gè)樣品進(jìn)行研磨,最后通過(guò)100目的篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)篩。

2.2分析方法

分別稱(chēng)取研磨篩好的土樣適量,經(jīng)過(guò)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(jì)進(jìn)行選定的重金屬元素的測(cè)定。

2.3評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)方法實(shí)用地累積指數(shù)法。1969年Muller［3］提出了地積累指數(shù)法,該方法彌補(bǔ)了其他方法所沒(méi)有考慮到的由于自然成巖作用可能引起背景值變動(dòng)的因素。其計(jì)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(shù),一般取值k=1.5。表1中根據(jù)不同地累積指數(shù)的值,可將污染等級(jí)分為7級(jí),即0~6級(jí)。0級(jí)對(duì)應(yīng)的污染程度為無(wú)污染,隨著等級(jí)越高污染程度也越嚴(yán)重,6級(jí)對(duì)應(yīng)了最高的污染程度,即極強(qiáng)污染［4］。

表1地累積指數(shù)污染等級(jí)劃分

項(xiàng)目污染指標(biāo)Igeo<00~11~22~33~44~5>5等級(jí)0123456污染程度無(wú)無(wú)~中中中~強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)~極強(qiáng)極強(qiáng)

3結(jié)果與分析

3.1重金屬含量測(cè)定

2013年5月在謝橋采煤塌陷區(qū)水域布設(shè)12個(gè)采樣點(diǎn)供沉積物的采集,分別為XQ-1~XQ-12,測(cè)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(jié)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(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(300mg/kg);Cd的含量為0.70~3.46mg/kg,平均1.62mg/kg,超出了Ⅲ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(1.0mg/kg);Ni的含量變化范圍為23.87~129.11mg/kg,平均47.59mg/kg,達(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(60mg/kg);Cu的含量變化范圍為38.64~126.54mg/kg,平均77.12mg/kg,達(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(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(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(350mg/kg)。沉積物重金屬含量分析結(jié)果說(shuō)明謝橋塌陷區(qū)存在Cd污染問(wèn)題,其他重金屬達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值。

張集沉積物樣品采集同謝橋,也布設(shè)12個(gè)采樣點(diǎn),采樣點(diǎn)分別為ZJ-1~ZJ-12,沉積物中重金屬含量(兩層的總量)分析結(jié)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(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(300mg/kg);Cd的含量為103~486mg/kg,平均269mg/kg,超出了Ⅲ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(10mg/kg);Ni的含量變化范圍為2403~11890mg/kg,平均4458mg/kg,達(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(60mg/kg);Cu的含量變化范圍為5605~15651mg/kg,平均9542mg/kg,達(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(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(dá)到Ⅱ類(lèi)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(350mg/kg)。沉積物重金屬含量分析結(jié)果說(shuō)明張集塌陷區(qū)與謝橋塌陷區(qū)相同,都存在Cd污染問(wèn)題,其他重金屬均達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1謝橋(a)、張集(b)塌陷區(qū)水域沉積物重金屬水平

空間分布

3.2地累積指數(shù)

求得研究區(qū)域各采樣點(diǎn)第一層(0~10cm)沉積物中的重金屬物質(zhì)地累積指數(shù)見(jiàn)表2、表3。

謝橋塌陷區(qū)沉積物中重金屬的地積累指數(shù)值中Fe元素的變化范圍為-450~-438,污染等級(jí)均為0級(jí),即該礦區(qū)水域沉積物中沒(méi)有Fe元素污染問(wèn)題;Mn元素的地積累指數(shù)值的范圍為-125~-009,污染等級(jí)為0級(jí),說(shuō)明謝橋塌陷區(qū)沉積物中沒(méi)有Mn污染問(wèn)題;Zn元素的地積累指數(shù)值的范圍為-100~166,污染等級(jí)為0~2級(jí),每個(gè)采樣點(diǎn)都有輕微的Zn污染問(wèn)題;Cd元素的地積累指數(shù)值的范圍為306~487,污染等級(jí)為3~5級(jí),說(shuō)明謝橋塌陷區(qū)沉積物中Cd污染問(wèn)題比較嚴(yán)重;Ni元素的地積累指數(shù)值的范圍為-045~089,污染等級(jí)為0~1級(jí),Ni污染程度屬于輕微污染程度;Cu元素的地積累指數(shù)值的范圍為089~203,污染等級(jí)為1~3級(jí),污染等級(jí)跨度大,說(shuō)明Cu元素在沉積物中分布不均勻,整體上都處于2級(jí)污染等級(jí),為輕度污染;Pb元素的地積累指數(shù)值的范圍為-054~126,污染等級(jí)為0~2級(jí),基本上處于輕微污染或無(wú)污染狀態(tài)。

表2謝橋沉積物中重金屬地積累指數(shù)值

采樣點(diǎn)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(qū)沉積物中重金屬的地積累指數(shù)值中,Fe元素地積累指數(shù)值的變化范圍為-447~-437,污染等級(jí)均為0級(jí),即該礦區(qū)水域沉積物與謝橋相同,均沒(méi)有Fe元素污染問(wèn)題;Mn元素的地積累指數(shù)值的范圍為-046~027,污染等級(jí)為0~1級(jí),說(shuō)明張集塌陷區(qū)沉積物中沒(méi)有或存在輕微的Mn污染問(wèn)題;Zn元素的地積累指數(shù)值的范圍為-079~156,污染等級(jí)為0~2級(jí),每個(gè)采樣點(diǎn)都有輕微的Zn污染問(wèn)題;Cd元素的地積累指數(shù)值的范圍為352~536,污染等級(jí)為4~6級(jí),說(shuō)明張集塌陷區(qū)沉積物中Cd污染問(wèn)題比謝橋礦更為嚴(yán)重,處于重污染到高度污染的狀態(tài);Ni元素的地積累指數(shù)值的范圍為-038~111,污染等級(jí)為0~2級(jí),基本上不存在或只有輕微Ni污染問(wèn)題;Cu元素的地積累指數(shù)值的范圍為096~232,污染等級(jí)為1~3級(jí),該礦區(qū)Cu元素污染開(kāi)始從輕微污染向重污染轉(zhuǎn)化的趨勢(shì),所以Cu污染問(wèn)題應(yīng)得到重視,以防止Cu污染程度加深;Pb元素的地積累指數(shù)值的范圍為-150~230,污染等級(jí)為0~3級(jí),除了ZJ-2采樣點(diǎn)出現(xiàn)3級(jí)污染等級(jí),其他采樣點(diǎn)Pb污染均處于輕微污染或無(wú)污染狀態(tài)。

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