《某河流段冬季重金屬污染情況分析報告》7000字

引言河流是我們人類主要的取水水源，隨著我國工業(yè)化進程加快河流當中被排放大量重金屬污染物，逐漸對自然生態(tài)和人類生命健康產(chǎn)生愈來愈大的影響[1]。重金屬污染與其他污染物不同，重金屬毒性非常大，而且不可以降解，可以造成城市水環(huán)境系統(tǒng)累積性的傷害，傷害性極強[2]。尤其在我國西北地區(qū)，降水的季節(jié)主要集中在夏季，蒸發(fā)較強烈，表現(xiàn)為干旱少雨，水資源矛盾尤為突出。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在西寧市的北川河流域附近也建了很多大型化工企業(yè)，造成北川河會存在重金屬污染風險。因此，有必要監(jiān)測Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬的濃度。1.1重金屬概述1.1.1重金屬定義和來源盡管現(xiàn)在對什么是重金屬還沒有嚴格的定義，但是通常重金屬是指密度大于5g/cm3的金屬，包括汞（Hg）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、砷（As）和鉛（Pb）等[3]。目前關于重金屬來源可分為：工業(yè)來源、城市來源、農(nóng)業(yè)來源以及環(huán)境事故污染[4]。1.2國內外河流重金屬研究進展1.2.1國外河流重金屬污染研究進展關于國外河流研究者對河流的研究主要內容有以下，對水體中所含重金屬空間分布上的研究：對摩洛哥大西洋海岸的Oualidia湖50年的重金屬污染進行了空間分布研究是Zourarah等研究者們[5]，報告表明了重金屬的空間分布的變化以及Pb和Cs的活動。在過去的70年里，Zn、Hg、Pb和Cu的含量越來越高，其這幾種重金屬富集主要在20-30cm深度處，1960-1975污染物的排放導致了其含量越來越高的原因[6]。Stephane等對法國洛特河水庫50年的重金屬污染狀況進行研究，研究結果表明法國洛特河水庫Cd和Zn污染最嚴重[7]；水質污染評價研究：例如，NivesStambuk在關于克羅地亞南部地區(qū)的水質污染評價研究的相關內容中，提到針對含有一些重金屬元素的多個水質進行了檢測，并對克羅地亞南部的大海進行了溶解氧、總氮等水質污染評價[8]；重金屬污染評價研究：重金屬污染的評價方法非常全，接下來簡單介紹幾個重金屬污染評價法，常見的重金屬污染評價方法則是單因子指數(shù)法和地累積指數(shù)法以及潛在生態(tài)風險指數(shù)法，然后還有許多耳熟能詳?shù)脑u價法分別是關于工廠方面的綜合污染指數(shù)法與關于生活飲食防腐之類的健康風險評價法等[9]，每種方法都有其適用范圍和針對性，針對不同地區(qū)的污染狀況不同，聯(lián)合使用多種方法對重金屬污染進行評價已然成為現(xiàn)在一種趨勢[10]。1.2.2國內河流重金屬的研究進展在國內對水體中重金屬污染研究可謂是如火如荼，了解到尚英男一行人關于成都地區(qū)的三條河流水質調查出可能存在重金屬污染的風險。當重金屬污染到水體時，必然會危害到水體中各種物質，其影響力非常巨大[11];天津市南、北排污河水中重金屬形態(tài)的調研:，梁濤等人通過0.45pm濾膜過濾，加之保存濾液以便于提供懸浮物樣品的方法,利用ICP－ＭS分析排污河水體中Cu、Cg、Hg、Fe等13種重金屬的含量及分布特征。結果得出，天津市南、北排污河水中不僅含有不同的重金屬元素，每種重金屬元素的占比各不相同，且該水體中所含重金屬元素的形態(tài)比重大小也是參差不齊[12]。國內學者根據(jù)不同地域河流的水體水質做了許多研究，無論是地下水還是水源地的水體，重金屬元素對水體水質的污染都存在潛在風險，值得我們重視思考；水體重金屬污染評價方法研究：如在1982年，北京師大容躍、金鍵首次提出了模糊數(shù)學的方法用于水質重金屬污染評價[13]。雖然不同水質評價方法有時候在一個水域通用，但每種評價的方法都有各自的特點并且適用范圍都各有差異，所以在我們實際的應用當中一般會將多種評估方法結合使用[14]。1.3研究內容本次研究的內容分為以下幾點1、設計實驗分析北川河西寧段水樣中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬的含量。2、根據(jù)Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬的在水樣中的含量，利用單因子指數(shù)法和內梅羅指數(shù)法這兩種方法對北川河流域西寧段水體中這六種重金屬的污染情況進行分析。3、基于北川河的人口及產(chǎn)業(yè)分布和交通流量的特點，對所研究金屬進行濃度比較，判斷其污染情況。2研究區(qū)域位置和研究方法2.1研究區(qū)域概況2.1.1北川河流域地理位置概況本節(jié)研究的目的地是北川河流域地，位于地大物博的中國西北部。在此具體介紹一些他的地理位置，它在我國綠水青山的青海省東部河湟谷地，藍天白云的青藏高原東北部、高聳入云的祁連山南麓地區(qū)，它是我國黃土高原與青藏高原兩大高原的過渡地區(qū)（如圖1所示）。北川河流流域在青海西寧大通縣占比大，它的東南、南部只有些許處在互助縣與西寧市城北區(qū)邊上。經(jīng)過相關文章搜索得出整體面積高達3371km2，東南低西北高是北川河流域的特點[15]。圖1北川河流域地理位置Fig.1GeographicallocationofBeichuanRiverBasin2.1.2北川河流域的地形以及地貌特征北川河流域跨越三大著名地域，分別是黃土高原、祁連山地和青藏高原，并且是這三大地域的交錯地帶。地質結構復雜，簡單說盆地有祁連山系，北有達坊山及蘭雀山、中有老爺山以及西有娘娘山。流域南部基本為河谷川水地，而流域北、西、東部則大多數(shù)是石質山地，青海省西寧市人民公園內的水源從海拔2280m匯水口接入湟水，因此把流域分為三個區(qū)，分別是腦山區(qū)、川水區(qū)、淺山區(qū)[16]。2.1.3北川河氣候特征北川河流域位于流域的西北部，青海省的東部，屬于高原大陸性氣候，北川河流域主要是受到東南海洋季風和蒙古高壓的控制，因此冬季時間較長，夏季持續(xù)時間較短，全年日照時間較長，晝夜溫差較大[18]。2.1.4北川河水資源狀況北川河屬于黃河的三級支流，水資源豐富，年均水資源總量為6.8ｘ108ｍ３，每年向縣域和西寧市供應生產(chǎn)、生活用水共計1.35ｘ108ｍ3[17]。如圖2圖2北川河內水資源分布狀況Fig2DistributionofWaterResourcesinHanoi,Beichuan2.2采樣點本次采樣共設4個采樣點，于1月27-29三天采樣，第一個采樣點（DBS-1#）在北川河入口水進行采樣，第二個采樣點（DBS-2#）設在海晏路橋下，第三個采樣點（DBS-3#）設在城北區(qū)九家灣村北川河，第四個采樣點（DBS-4#）設在城北區(qū)石頭磊北川河。如下表1所示：表1采樣點Tab1SamplingpointsDBS-1#北川河入口水DBS-2#海晏路橋下DBS-3#城北區(qū)九家灣村北川河DBS-4#城北區(qū)石頭磊北川河2.3重金屬污染評價2.3.1重金屬污染評價方法（1）單因子指數(shù)法[19]單因子指數(shù)是最基本的評估方法，計算公式如2-3-1所示：Pi=（Ci/Si)（2-3-1）(2-3-1)公式中：Pi表示為單項污染指數(shù)；Ci表示為污染物實測值；mg/LSi表示為根據(jù)需要選取的評價標準；mg/L單因子指數(shù)法最基本的評價：Pi<1說明水是處于清潔水平，Pi.>1說明受到一定程度污染。顯然Pi值越小越好，越大越不好。(2)內梅羅指數(shù)法內梅羅指數(shù)法是通過考慮單因子污染指數(shù)的最高值以及平均值計算出來的，其計算公式如下所示：（2-3-2）式中PN樣點的內梅羅污染指數(shù)Pi為單項平均值污染指數(shù)；Pi=1Pimax為i采樣點的重金屬污染物單項污染指數(shù)中的最大值Pi和PN的分類指數(shù)及污染級別見表2表2水質分類指數(shù)及污染級別Tab.2WaterQualityClassificationIndexandPollutionLevel級別輕度污染中度污染重度污染嚴重污染PiPi＜0.50.5≤Pi＜22≤Pi＜4Pi≥4PNPN＜11≤PN＜33≤PN＜6PN≤6內梅羅指數(shù)法優(yōu)點是運算方便，方便決策者快速決策判斷，同時突出了污染較重的重金屬污染物的作用。3試驗內容3.1樣品的采集與處理3.1.1樣品采集共設4個采樣點，于1月27-29三天采樣，在進行采樣時，把采集到的水樣用表層采水器裝置來進行采取，并將其裝入1.5L的水樣瓶中，拿回樣品到化學實驗室后，進行北川河流域水樣的預處理。并于實驗室的冰箱中保存，設置儲存溫度為4℃。3.1.2水樣預處理取100mL待測水樣放入250mL燒杯中，加入硝酸溶液2mL放置電爐上蒸發(fā)至20mL左右，取下冷卻，通過中速濾紙濾入50mL容量瓶中，用0.2%硝酸沖洗燒杯3次，并用0.2%硝酸稀釋至刻度。并于實驗室的冰箱中保存，設置儲存溫度為4℃。3.2樣品分析與檢測方法3.2.1實驗主要試劑與主要儀器在實驗研究中，采用的主要試劑如表3所示，采用的主要儀器如表4所示：表3主要實驗試劑Tab3Mainreagents主要試劑的名稱試劑的等級試劑的生產(chǎn)廠家硝酸（HNO3）優(yōu)級純(GR)中國國藥集團化學試劑有限公司表4主要實驗儀器Tab4Mainexperimentslinstruments儀器名稱型號廠家用途原子吸收風光光度計TAS-990北京普測析通用公司重金屬檢測空氣壓縮機FP-640北京普測析通用公司使用壓縮空氣作為動力源，安全乙炔氣瓶TC-31泰克制造火焰燃燒氣空心陰極燈200-38422-XX北京普測析通用公司導電，激發(fā)金屬原子發(fā)射特征譜線3.2.2河流水體重金屬測定北川河河流水體重金屬元素含量在測定前，對原水樣進行消解完全后，將樣品在TAS－990火焰原子吸收分光光度計上測量Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬元素的含量。測定AAS基本操作規(guī)程如下：1.把空心陰極燈裝在燈架上。2.插上儀器的電源，按照本儀器的操作規(guī)程來進行檢查工作、并且開機預熱儀器、點燈、設定各項參數(shù)及分析條件。3.先打開空氣壓縮機接通空氣，后打開乙炔氣源，調節(jié)各自所需要的壓力以及流量達到規(guī)定值，然后進行點火。4.用空白溶液進行校零，等待基線穩(wěn)定后，進行樣品分析測試工作，并記錄各個重金屬的濃度數(shù)據(jù)。5.測量各個重金屬濃度完畢后，依次用1%硝酸和去離子水各噴霧5分鐘以清洗燃燒器。6.清洗儀器已經(jīng)完畢以后，熄滅火焰。4結果與分析4.1北川河西寧段河流水體重金屬4.1.1水體重金屬含量如下圖可知水體中Cu、Zn、Cr、Hg、Cd、Pb六種重金屬元素的含量，不同采樣點水樣中重金屬元素含量(mg/L) 4.2水體重金屬污染評價4.2.1水質評價采用我國《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838－2002）對水體中各重金屬元素進行質量評價。評價結果如表5所示：查GB水質標準如下圖表5(單位mg/L)表5六種《地表水環(huán)境質量標準》Tab56EnvironmentalQualityStandardsforSurfaceWater項目標準值ⅠⅡⅢⅣⅤHgCr(六價)CuZnPbCd≤≤≤≤≤≤0.000050.010.010.050.010.0010.000050.051.01.00.010.0050.00010.051.01.00.050.0050.0010.051.02.00.050.0050.0010.11.02.00.10.01(1)水體中重金屬污染評價采用以上六種地表水環(huán)境質量標準（GB3838－2002）對重金屬進行評價,將Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬的含量對照標準進行分級。各采樣點水質評價結果如表6所示：表6采樣點水質評價結果Tab6Waterqualityevaluationresultsofsamplingpoints日期CuZnCr6+HgCdPb27日

DBS-1#DBS-2#DBS-3#DBS-4#28日DBS-1#DBS-2#DBS-3#DBS-4#29日DBS-1#DBS-2#DBS-3#DBS-4#ⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤ平均值ⅡⅡⅡⅠⅤⅤ從表四采樣點水質評價結果中可得出：北川河流域西寧段采樣中，重金屬Cu、Cr6+的水質均為Ⅱ級，該水質比較好，重金屬Zn的水質在Ⅰ級和Ⅱ級之間，水質比較好，重金屬Hg的水質為Ⅰ級，水質優(yōu)，Cd、Pb這兩種重金屬的水質為Ⅴ級，污染嚴重。4.2.2水體重金屬污染評價我們以測定的北川河流域西寧段水樣數(shù)據(jù)為基礎，對Pb、Zn、Cu、Cr、Hg、Cd等這6個典型的水體中重金屬進行污染評價。如表8，表9闡明了兩種方法所代表的污染等級。表7單項污染指數(shù)法污染等級Tab7pollutiongradeofsinglepollutionindexmethod單項污染指數(shù)法污染程度Pi等級非污染輕污染中污染重污染Pi≤11＜Pi≤22＜Pi≤3Pi＞31234表8內梅羅綜合指數(shù)法污染等級Tab8Nemerocompositeindexmethodpollutionlevel內梅羅綜合指數(shù)法P綜污染等級污染程度P綜≤0.70.7＜P綜≤1.01.0＜P綜≤2.02.0＜P綜≤3.0P綜＞3.0Ⅰ級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級Ⅴ級無污染低度污染輕度污染中度污染重度污染單項污染指數(shù)法單項污染指數(shù)法的評價結果如表9所示：表9單項污染指數(shù)法Tab9Singleitempollutionindexmethod重金屬元素單項污染指標污染程度等級CuZnCrHgCdPb0.050.04550.1650.0452非污染非污染非污染非污染重污染輕污染111152上面表9結果表明：北川河流域西寧段重金屬Cu、Zn、Cr、Hg這四種的污染程度為非污染、評價等級都為1級，重金屬Cd的評價等級為5級，為重污染，而重金屬Pb為輕污染，污染評價等級為2級。(2)內梅羅綜合指數(shù)法內梅羅綜合指數(shù)法的評價結果也證實了單項污染指數(shù)法的結論是準確的，如表10：表10內梅羅綜合指數(shù)法Tab10Nemerocompositeindexmethod重金屬元素P綜污染程度評價等級CuZnCrHgCdPb0.050.0460.1770.0452無污染無污染無污染無污染重度污染輕度污染ⅠⅠⅠⅠⅤⅡ上面表10結果表明：北川河流域西寧段重金屬Cu、Zn、Cr、Hg這四種的污染程度為無污染、評價等級為Ⅰ級，重金屬Cd的評價等級為Ⅴ級，為重度污染，而重金屬Pb為輕度污染，污染評價等級為Ⅱ級。5結論5.1主要結論本論文針對北川河西寧段流域水體中的Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬含量測定,并結合相關的西寧市社會經(jīng)濟發(fā)展情況，利用單項因子指數(shù)法和內梅羅綜合指數(shù)法對北川河流域西寧段Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬的污染進行評價，得出以下結論：（1）就研究流域內水體而已，Cd在測定中均為V級重度污染，Pb在測定中為Ⅱ級輕度污染，Cr、Hg、Zn、Cu這四種重金屬在水體中的含量評價結果均為I級，因此這四種重金屬對該水體無任何污染。（2）北川河西寧研究段所賦存的Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種重金屬平均濃度大小依次為：Pb＞Zn＞Cd=Cu＞Hg＞Cr。（3）以上幾種重金屬污染評價的分析結果表明，根據(jù)重金屬濃度的結果，北川河研究段中重金屬Cd污染最為嚴重，其次為重金屬Pb,而Cu、Zn、Cd、Cr。這四種重金屬無污染程度；Cd和Pb處于重度污染-輕度污染級別，具有較高的生態(tài)污染風險。而Zn、Cu、Cr、Hg均處于無污染級別。5.2不足首先，因為技術條件、經(jīng)費等原因，本次采樣點就設置了四個，相對來說比較少，在對實驗結論的分析中可能會存在一點偏差。在今后的研究中，會吸取這次的經(jīng)驗，增加采樣點的布設，這樣就可以更加準確得到研究區(qū)河流的重金屬污染情況。對研究段河流重金屬污染做出更準確的重金屬污染評價。其次，相關研究表明，元素As、Fe等是北川河的重要的重金屬污染元素，但是本次測定重金屬含量只測定了Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六種，對研究段的重金屬污染情況分析不完全。最后，因為受到自己知識掌握情況以及時間的分配問題等，河流重金屬污染評價得出結論時指出北川河河流西寧段重金屬污染評價為使結果更客觀，應把重金屬的污染評價方法結合起來研究。參考文獻[1]LiangJ.,LiuJ.,XuG.,ChenB.DistributionandtransportofheavymetalsinsurfacesedimentsoftheZhejiangnearshorearea,EastChinaSea:Sedimentaryenvironmentaleffects[J].MarinePollutionBulletin,2019,146,542-551.[2]梁卉.城市地表徑流膠體與重金屬協(xié)同污染及下滲遷移行為研究[D].北京建筑大學,2020.[3]邵偉.螯合劑對河道沉積物中重金屬的解吸研究[D].太原理工大學,2015.[4]張慧敏.人類強烈影響地區(qū)土壤與灰塵中重金屬的污染特征及風險評價[D].浙江大學,2017.[5]ZourarahMB,MaananC,CarruescoA,etal.Fifty-yearsedimentaryrecordofheavymetalpollutioninthelagoonofOualidia(MoroccanAtlanticcoast)[J].Estuarine,CoastalandShelfScience,2007,72:359-369.[6]耿雅妮.河流重金屬污染研究進展[J].中國農(nóng)學通報,2012,28(11):262-265.[7]P.WoitkeJ,WellmitzD,HelmP,etal.Analysisa