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圍水介質(zhì)構(gòu)成的微界面體系，具有獨(dú)特的水動力學(xué)過程，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

2、比，以重金屬的地球化學(xué)特性及其吸附機(jī)制為主線，深入開展了黃河包頭段沉積物粒徑和水體常見離子對重金屬吸附的影響、重金屬間的競爭吸附及礦物組成對重金屬形態(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、污染迭加等動態(tài)過程；首次開展了黃河包頭段天然魚群及沿岸植物對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、同粒級沉積物的表面分形分維計(jì)算公式，計(jì)算了不同粒級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?。环中涡Ｕ侥Ｐ洼^Freundlich和Langmuir吸附模型對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)境陽離子與重金屬間的競爭作用及環(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。 3．重金屬離子間競爭吸附存在于重金屬離子濃度的各個(gè)階段，無論吸附反應(yīng)體系是否達(dá)

5、到飽和吸附。競爭吸附不是簡單的以占據(jù)吸附點(diǎn)位形式存在的“零和效應(yīng)”過程，重金屬濃度不同，相互間競爭吸附的主導(dǎo)機(jī)制也不同。此外，據(jù)競爭吸附實(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爭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)則通過對水環(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、正長石、斜長石及鈉閃石等對可交換態(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，對上覆水體中的重金屬起到源的作用