鄱陽(yáng)湖重金屬污染特征研究及環(huán)境容量估算.pdf

1、鄱陽(yáng)湖位于江西省北部，是我國(guó)最大的淡水湖泊，也是重要的保護(hù)濕地和候鳥棲息地。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，鄱陽(yáng)湖受重金屬污染的范圍和程度均有所增加。2009年底，“鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃”上升為國(guó)家戰(zhàn)略，鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)將進(jìn)一步加快，環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群及相關(guān)產(chǎn)業(yè)將蓬勃興起，如光電產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、生物制藥產(chǎn)業(yè)、銅冶煉及精深加工產(chǎn)業(yè)、優(yōu)質(zhì)鋼材深加工產(chǎn)業(yè)、煉油及化工產(chǎn)業(yè)、航空產(chǎn)業(yè)、汽車及零部件產(chǎn)業(yè)等，這給鄱陽(yáng)湖“永保一湖清水”，減少或者控

2、制鄱陽(yáng)湖受重金屬污染的程度和范圍，帶來(lái)新的重要挑戰(zhàn)。因此，對(duì)鄱陽(yáng)湖受重金屬污染程度進(jìn)行更多的了解，研究其重金屬污染特征、影響因素以及在一定環(huán)境目標(biāo)下對(duì)重金屬的最大承受力等是非常重要的研究課題。
　　 本文采集鄱陽(yáng)湖湖區(qū)及主要河流入湖口處水體、表層沉積物及柱狀沉積物樣品并進(jìn)行分析，全面研究鄱陽(yáng)湖重金屬含量水平和空間分布情況，運(yùn)用相關(guān)分析法、主成分分析法等對(duì)重金屬來(lái)源進(jìn)行深入探討，并結(jié)合鄱陽(yáng)湖水文周期，分析鄱陽(yáng)湖重金屬污染的季節(jié)性變

3、化特征。分別運(yùn)用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型對(duì)鄱陽(yáng)湖水體、表層沉積物受重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析鄱陽(yáng)湖重金屬主要輸入輸出途徑，運(yùn)用相應(yīng)重金屬通量估算方法對(duì)鄱陽(yáng)湖重金屬出入湖通量進(jìn)行估算。以Ⅱ類地表水標(biāo)準(zhǔn)作為環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)值，對(duì)鄱陽(yáng)湖水體重金屬進(jìn)行對(duì)比約束，運(yùn)用重金屬環(huán)境容量模型，對(duì)鄱陽(yáng)湖重金屬環(huán)境容量進(jìn)行估算。本文研究的主要結(jié)論如下：
　　 鄱陽(yáng)湖水體中，F(xiàn)e、Mn、Zn含量較高，且Fe＞Mn＞Zn,Cd最低；Pb和C

4、u、Zn及Cr具有相同的污染來(lái)源--大氣沉降；Cu與Mn有很好的相關(guān)性，說(shuō)明Cu污染來(lái)源包括自然因素；Zn和Fe,Cd與Pb、Cu及Zn可能存在拮抗作用。主成份分析表明，第一、第二和第三等前三個(gè)主成份的累積貢獻(xiàn)率約為78.853％，大體上能夠反映鄱陽(yáng)湖水體中重金屬污染物的基本來(lái)源情況：在第一主成份上，研究區(qū)域內(nèi)重金屬元素Pb、Cu、Fe、Mn表現(xiàn)出較高的正載荷，說(shuō)明第一主成份代表所研究的各類污染來(lái)源的影響是最主要的。
　　 鄱陽(yáng)

5、湖表層沉積物中，總平均值Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞＞Pb＞Cr＞Cd，較上世紀(jì)末期有不同程度的改變。除Fe、Mn外，大多數(shù)重金屬具有相同的人為同源性--工業(yè)廢水、生活污水和大氣沉降；Fe和Mn兩種元素主要來(lái)源于巖石圈礦物的溶解釋放，具有一定的同源性；主成份分析表明，前兩個(gè)主成份的累積貢獻(xiàn)率約為70％，大體上能夠反映鄱陽(yáng)湖表層沉積物中重金屬污染物的基本來(lái)源情況：在第一主成份上，研究區(qū)域的重金屬元素Zn、Cr、Cu、Pb、Cd表現(xiàn)出較高的正載

6、荷，說(shuō)明第一主成份主要代表人為污染源輸入的影響；Pb在第二主成份上呈現(xiàn)較高正載荷，主要表征了沉積物受大氣飄塵沉降的影響：Fe、Mn在第三主成份上的載荷較高，主要表征了沉積物受徑流攜帶土壤及巖石自然風(fēng)化和侵蝕的影響。
　　 鄱陽(yáng)湖柱狀沉積物中，湖口湖域和都昌湖域柱狀沉積物重金屬元素平均含量大小依次是：Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Cd，與表層沉積物相同。以湖口湖域柱狀沉積物為例，各重金屬元素含量變化規(guī)律不明顯，垂直分布圖均呈

7、不規(guī)則鋸齒狀，多數(shù)元素含量有上升趨勢(shì)。各研究元素峰值出現(xiàn)深度不同，F(xiàn)e含量在最淺層有峰值，Cr與Cu峰值出現(xiàn)在-2cm，可知近年Fe、Cr、Cu污染嚴(yán)重：Zn、Mn、Cd和Pb峰值出現(xiàn)于-20cm；Zn、Mn、Cr、Cd和Pb含量在表層至-32cm間呈現(xiàn)鋸齒多峰狀，說(shuō)明該時(shí)間段，其空間內(nèi)主要污染物呈現(xiàn)多元化，異質(zhì)性較大；Cu與Fe在-6cm至-18cm之間，含量較為穩(wěn)定，垂直分布圖中間段呈現(xiàn)較為平坦的部分，說(shuō)明該時(shí)間段內(nèi)Cu與Fe沉積量

8、穩(wěn)定，接受外源污染輸入較少。相關(guān)分析和主成份分析表明，柱狀沉積物中重金屬主要來(lái)源于流域礦業(yè)開采、冶煉過(guò)程以及化工產(chǎn)業(yè)的廢水排放、自然風(fēng)化、侵蝕和大氣沉降。
　　 鄱陽(yáng)湖水體中，各種重金屬含量具有較明顯的季節(jié)性變化特征。在豐水期，Zn、Pb、Cu的含量出現(xiàn)最高值，Cd的含量在平水期1出現(xiàn)最高值；健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，各種重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)值水平為：Cd＞＞Zn＞Cu＞Pb,Cd的健康風(fēng)險(xiǎn)值高出Zn、Cu、Pb的健康風(fēng)險(xiǎn)值2～4個(gè)數(shù)量

9、級(jí)；各時(shí)期健康風(fēng)險(xiǎn)值水平為平水期1＞枯水期＞平水期2＞豐水期。鄱陽(yáng)湖重金屬具有低害性特征，其水體的健康風(fēng)險(xiǎn)值水平低于國(guó)家輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值水平(5.00×10-5a-1)。對(duì)鄱陽(yáng)湖底泥進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)，其底泥重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度較低。
　　 鄱陽(yáng)湖重金屬污染特征受自然因素及人為因素的共同作用。自然因素中，全球氣候條件變化下鄱陽(yáng)湖地區(qū)氣溫升高，水體中懸浮物對(duì)重金屬吸附量增加；雨水對(duì)尾礦中重金屬的淋

10、溶作用加劇，使尾礦、礦渣中重金屬加快進(jìn)入水體；強(qiáng)降雨作用增加了鄱陽(yáng)湖地區(qū)大氣重金屬濕沉降、加劇了城市非點(diǎn)源污染及礦區(qū)重金屬對(duì)水體污染；鄱陽(yáng)湖湖區(qū)較強(qiáng)的風(fēng)浪作用通過(guò)對(duì)表層沉積物的擾動(dòng)促進(jìn)了其中重金屬釋放。人為因素中，水利工程人為改變著重金屬污染物在鄱陽(yáng)湖區(qū)的生物地球化學(xué)行為；礦業(yè)開采屬于鄱陽(yáng)湖重金屬的一大來(lái)源，降雨的淋溶也加劇了尾礦、礦渣中的重金屬進(jìn)入水體；湖區(qū)采砂通過(guò)對(duì)底泥的攪動(dòng)導(dǎo)致重金屬由底泥進(jìn)入水體；船只的活動(dòng)與運(yùn)作加劇了重金屬污染

11、；人為調(diào)控一方面降低了鄱陽(yáng)湖區(qū)域居民飲用水的健康風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，導(dǎo)致重金屬污染治理、控制的相對(duì)滯后，可能將給后期的防控工作增加困難。
　　 Pb、Cu、Zn、Cd等4種主要重金屬出入湖通量中，溶解態(tài)、懸浮態(tài)Zn、Cu、Pb、Cd的入湖總通量均依次降低。在組成上，溶解態(tài)重金屬通量普遍低于懸浮態(tài)，表明重金屬在贛江、撫河、信江、饒河、修水等5河水體中的主要存在形式為懸浮態(tài)。受河流上游影響，5河重金屬入湖通量相差甚大，4種重金屬的入湖總

12、通量是：贛江＞饒河＞信江＞修水＞撫河；具體分析5大河流4種重金屬元素的入湖通量如下：對(duì)于Pb，贛江＞信江＞修水＞饒河＞撫河，對(duì)于Cu,贛江＞信江＞饒河＞修水＞撫河，對(duì)于Zn，贛江＞饒河＞信江＞修水＞撫河，對(duì)于Cd，贛江＞信江＞饒河＞修水＞撫河；在4種主要重金屬Pb、Cu、Zn、Cd的入湖總通量中，以陸源中的5河入湖通量為主，其大小順序?yàn)椋篫n＞Cu＞Pb＞Cd；全年出湖通量Pb、Cu、Zn、Cd等4種重金屬均為懸浮態(tài)平均值＞溶解態(tài)平均值

13、，出湖重金屬存在形態(tài)仍然以懸浮態(tài)為主，全年懸浮態(tài)、溶解態(tài)Pb、Cu、Zn、Cd出湖總通量均為Zn＞Cu＞Pb＞Cd，總出湖通量為Zn＞Cu＞Pb＞Cd。以Ⅱ類地表水標(biāo)準(zhǔn)為水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)值，估算結(jié)果表明，鄱陽(yáng)湖重金屬Pb、Cu、Zn、Cd年均水環(huán)境容量分別為：0.63t/a、66.86t/a、66.59t/a、0.33t/a；鄱陽(yáng)湖重金屬水環(huán)境容量的季節(jié)性差異與規(guī)律性比較明顯，豐水期重金屬水環(huán)境容量最高，其次為平水期，枯水期的重金屬水環(huán)境