黃河包頭段沉積物重金屬吸附機(jī)制及污染生態(tài)學(xué)研究.pdf

1、黃河包頭段水體集高含沙水流水質(zhì)環(huán)境和工業(yè)污染于一體，擁有宏大的沉積物群體比表面與周?chē)橘|(zhì)構(gòu)成的微界面體系，具有獨(dú)特的水動(dòng)力學(xué)過(guò)程，同時(shí)包頭市的工業(yè)污水排放使黃河包頭段重金屬污染嚴(yán)重。開(kāi)展黃河包頭段重金屬在水．沉積物界面的吸附機(jī)制及其在環(huán)境中的時(shí)空分布、遷移轉(zhuǎn)化和污染迭加等研究具有典型性和代表性。 本研究以環(huán)境地球化學(xué)、生物地球化學(xué)、污染生態(tài)學(xué)及現(xiàn)代沉積學(xué)的理論和方法為指導(dǎo)，注重環(huán)境污染載體有關(guān)信息的綜合獲取及時(shí)空變化規(guī)律的對(duì)

2、比，以重金屬的地球化學(xué)特性及其吸附機(jī)制為主線，深入開(kāi)展了黃河包頭段沉積物粒徑和水體常見(jiàn)離子對(duì)重金屬吸附的影響、重金屬間的競(jìng)爭(zhēng)吸附及礦物組成對(duì)重金屬形態(tài)分布的影響等一系列重金屬吸附解吸機(jī)制研究，探討了黃河包頭段重金屬的時(shí)空分布、遷移轉(zhuǎn)化、污染迭加等動(dòng)態(tài)過(guò)程；首次開(kāi)展了黃河包頭段天然魚(yú)群及沿岸植物對(duì)重金屬富集能力的研究，為重金屬生物有效性、生物地球化學(xué)循環(huán)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)積累了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究取得了如下主要成果和進(jìn)展。 1．推導(dǎo)了不

3、同粒級(jí)沉積物的表面分形分維計(jì)算公式，計(jì)算了不同粒級(jí)沉積物的表面分形分維值、黃河包頭段沉積物整體的表面分形分維值(1.91)和<63μm沉積物的表面分形分維值(1.36)；獲得了Cu>Pb>Zn≈Cd的粒徑對(duì)四種重金屬吸附影響程度的序列，Cu、Pb在大粒徑顆粒物中的平衡吸附量有一定的升高，Zn、Cd則隨粒徑增大，平衡吸附量減??；分形校正吸附模型較Freundlich和Langmuir吸附模型對(duì)重金屬在不同粒徑沉積物中的吸附具有更好的適用性

4、。 2.不同濃度范圍的Na<'+>、K<'+>、Mg<'2+>、Ca<'2+>、Cl<'->、SO<,4><'2->等離子對(duì)重金屬吸附作用的影響機(jī)制不同。因離子強(qiáng)度增大而引起的重金屬離子活度減小或雙電層壓縮作用和結(jié)構(gòu)或物理化學(xué)性質(zhì)相似的環(huán)境陽(yáng)離子與重金屬間的競(jìng)爭(zhēng)作用及環(huán)境陰離子與重金屬的絡(luò)合作用等均可引起溶液內(nèi)重金屬吸附與解吸平衡的移動(dòng)。 3．重金屬離子間競(jìng)爭(zhēng)吸附存在于重金屬離子濃度的各個(gè)階段，無(wú)論吸附反應(yīng)體系是否達(dá)

5、到飽和吸附。競(jìng)爭(zhēng)吸附不是簡(jiǎn)單的以占據(jù)吸附點(diǎn)位形式存在的“零和效應(yīng)”過(guò)程，重金屬濃度不同，相互間競(jìng)爭(zhēng)吸附的主導(dǎo)機(jī)制也不同。此外，據(jù)競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)得出了pb<'2+>＞Cu<'2+>＞Zn<'2+>≥Cd<'2+>的水-沉積物環(huán)境中重金屬離子間競(jìng)爭(zhēng)吸附能力的一般序列。 4．伊利石和綠泥石是黃河包頭段顆粒物中攜帶重金屬的主要粘土礦物，同時(shí)該兩種礦物對(duì)重金屬次生相的形態(tài)分布也具有重要影響；碳酸鈣(方解石)則通過(guò)對(duì)水環(huán)境CO<,3><'2

6、->濃度的調(diào)節(jié)，間接影響重金屬的形態(tài)分布及其運(yùn)移能力；石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石及鈉閃石等對(duì)可交換態(tài)重金屬影響較大。 5．黃河沉積物在不同水期所起的源/匯功能與強(qiáng)度不同。因枯水期和平水期利于懸浮物的沉積和重金屬在水．沉積物微界面的吸附，沉積物對(duì)重金屬具有匯的功能；而豐水期由于黃河流量和含沙量增大，對(duì)底層沉積物的沖刷作用較強(qiáng)，使其發(fā)生再懸浮，導(dǎo)致吸附在沉積物中的重金屬重新釋放進(jìn)入上覆水體，形成二次污染，對(duì)上覆水體中的重金屬起到源的作用