海河沉积物重金属污染及潜在生态风险评价.pdf

监 测 与 评 价 海河沉积物重金属污染及潜在生态风险评价 王胜强 天津大学化学工程研究所, 天津 300072 孙津生 天津大学化学工程研究所, 天津 300072 精馏技术国家工程研究中心, 天津 300072 丁 辉 天津大学化学工程研究所, 天津 300072 摘要 采用单因子指数法和 Hakanson 生态风险指数法, 通过分析海河 5 个断面沉积物中典型重金属污染物 Cu、Pb、 Zn、Cd、Cr 的含量, 定量确定了海河沉积物中重金属的污染程度和潜在生态风险。 关键词 海河 沉积物 重金属 生态风险 1 引言 由于经济的发展和人口的增多 ,海河受到了严重 的污染,生态平衡被破坏 。水中的重金属离子在一定 的物理化学作用下, 最终大部分重金属会进入沉积 物。河流沉积物中重金属污染物较为稳定, 因此, 对 沉积物中的重金属污染物进行分析和评价较水质分 析更具有代表性 。Hakanson [ 1] 生态风险指数法不仅 反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境 的影响 ,及多种污染物的综合效应, 而且用定量的方 法划分出了潜在生态风险的程度, 因而该法是沉积物 质量评价中应用最广泛的方法之一。在此对海河沉 积物进行采集, 分析表层沉积物中重金属的含量, 用 单因子指数法和 Hakanson 生态风险指数法评价海河 的重金属综合污染效应, 筛选出主要风险因子 ,定量 剖析典型污染物的潜在生态风险状况, 可为进一步治 理海河污染提供依据 。 2 材料与方法 2. 1 样品采集 在海河天津市区段的 5 个断面采样, 采样点位置 S1～ S5,分别是金刚桥、广场桥、大光明桥、刘庄桥和 光华桥。用 QNC2-2 型采泥器采取 0～ 10 cm 深度的 表层沉积物, 每个断面在河流左、中 、右 3 处采集样 品,混合泥样装入聚乙烯塑料袋中密封, 在冰箱中 4℃保存 ,以备后用。 2. 2 样品的预处理 将样品置于背光通风处自然风干 ,剔出砾石、贝 壳、 杂草等物 , 平摊在有机玻璃板上 , 反复碾压 , 过 20 目筛 ,至筛上不含泥土为止。筛下的样品用四分 法缩分至 5～ 10 g ,用玛瑙研钵研磨 ,样品过 100 目尼 龙筛, 弃去筛上杂物, 筛下物质, 放于棕色广口瓶中, 贴上标签冷冻保存待用。 2. 3 样品的分析 称取样品, 用 HNO3- HClO4消解, 将消解液用 HNO3溶液定容, 用 WFX-130 型原子吸收分光光度计 测定重金属离子的含量。方法引用 GB7475-87。 3 结果与讨论 3. 1 重金属污染状况 5 个采样断面沉积物中重金属污染状况分析结 果见表1。 表 1 各个断面沉积物重金属含量mg kg 采样点CuPbZnCdCr S197. 1660. 471438. 540. 5237. 24 S2236. 88800. 394202. 682. 4748. 58 S3136. 4953. 502827. 561. 1663. 53 S4247. 84155. 752377. 380. 8733. 61 S5207. 46142. 681266. 230. 3857. 39 3. 2 重金属污染现状分析 采用单因子指数法对海河沉积物中的污染要素进 行分析和评价 。单个污染物污染指数的计算公式为 C i fC i C i n 式中 C i f 单一重金属污染物的污染指数 ; C i 沉积物中污染物的实测浓度 mg kg ; C i n 全球工业化前沉积物中重金属的最高 背景值含量mg kg 。 对于计算中的参比值 ,本研究中采用了工业化前 全球沉积物最高背景值为参比值 , 污染要素 Cu、Pb、 62 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 Zn、 Cd、 Cr 分别取值 50、 70、 175、 1、 90 mg kg 。 Hakanson用 C i f值来表征沉积物中单个污染物的 污染程度 。C i f 1 时低污染参数 ; 1≤C i f 3 时中污染 参数; 3≤C i f 6 时较高污染参数 ; C i f≥ 6 时很高污染 参数 。 多种污染物的综合效应用综合污染指数 Cd来 表征 Cd∑ 5 i 1 C i f 因本研究的污染要素 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr 少于 Hakanson提出生态风险指数法时的 8 项 , 以 Cd表征 的综合污染程度定义为 [ 2] Cd5, 低污染; 5 ≤Cd 10, 中污染程度 ; 10≤Cd20, 较高污染 ; Cd≥ 20,很高 污染 。利用污染指数和综合污染指数对海河沉积物 重金属污染进行计算结果见表 2。 表 2 海河沉积物重金属污染指数及综合污染指数 项目 污染指数 Cif CuCdPbZnCr 综合污染 指数 Cd S11. 940. 520. 8648. 220. 41411. 96 S24. 742. 4711. 424. 020. 54043. 17 S32. 731. 160. 76416. 160. 70621. 52 S44. 960. 872. 2313. 590. 37322. 02 S54. 150. 382. 047. 240. 63814. 45 平均值3. 701. 083. 4613. 850. 53422. 62 从表 2 可以看出海河沉积物中污染指数 C i f的范 围。Cu 1. 94 C i f4. 96 为中等污染和较高污染; Cd 0. 38 C i f1. 47 为低污染和 中等污染; Pb 0. 864C i f11. 4污染程度从低污染到很高污染都 有; Zn 7. 24C i f 24. 02 为很高污染; Cr C i f1,为低 污染。从综合污染指数 Cd可以看出 40的采样点 为较高污染 ,60的采样点为很高污染, 可见海河目 前污染程度是比较严重的 ,Cu、 Pb、 Zn、 Cd 属于重要的 污染因子 。 3. 3 重金属污染物的潜在生态风险评价 本研究采用瑞典科学家 Hakanson 潜在生态危害 指数法,对海河沉积物中重金属的危害进行评价。该 指数法不仅反映了某一特定环境中的每种污染物的 影响, 而且也反映了多种污染物的综合影响 ,并且用 定量的方法划分出潜在生态危害的程度 。从目前看, 在研究 沉积物 中重金 属对环 境的影 响评价 中, Hakanson潜在生态危害指数法是众多污染指数中应 用最广的一种, 而且具有深刻的影响。 为了定量表达水域中单个污染物的潜在生态风 险,定义潜在风险参数为 E i rT i rC i f 式中 E i r 潜在风险参数 ; T i r 单个污染物毒性响应参数 。 Zn、 Cr 、 Cu、 Pb 、 Cd 的毒性响应参数 T i r分别为 1、 2、 5、 5 和30。不同的 E i r值范围所对应的潜在生态风险为 E i r 40,低潜在生态风险 ; 40≤E i r80 中潜在生态风 险;80≤E i r160 较高潜在生态风险 ; 160 ≤E i r320 高潜在生态风险 ; E i r≥320 很高潜在生态风险 。潜在 生态风险指数 RI 定义为潜在生态风险参数之和 RI ∑ 5 i 1 E i r 不同 RI 值范围相对应的潜在生态风险为 RI 150,水域具有低潜在生态风险; 150≤RI 300, 水域 具有中潜在生态风险 ; 300 ≤RI 600, 水域具有较高 生态风险 ; RI ≥600 水域具有很高潜在生态风险。 Hakanson指出,首先用等级反映了其一特定环境中的 全部污染的影响 ,进而通过潜在生态危害指数指出了 那些应该特别注意的物质 ,这对于污染的控制尤为重 要。海河沉积物中按工业化前全球沉积物重金属最 高背景值为参比值的 5 种重金属的潜在风险参数和 潜在生态风险指数的计算结果见表 3。 表 3 海河的潜在生态风险评价结果 采样点 潜在生态风险参数 Eir CuCdPbZnCr 潜在生态风 险指数 RI S19. 7015. 64. 328. 220. 82838. 67 S223. 774. 15724. 021. 08179. 9 S313. 6534. 83. 8216. 161. 41269. 84 S424. 826. 111. 1513. 590. 74674. 39 S520. 7511. 410. 207. 241. 27650. 87 平均值18. 5232. 417. 3013. 851. 06882. 73 从计算结果看出 ,海河沉积物中重金属污染大部 分处于低潜在生态风险, 但个别断面处于中等生态风 险。这是由于沉积物中含量较大的重金属元素Zn 的 毒性响应参数 T i r较低, Cu、 Pb 的含量和毒性响应参 数不是很高 ,而毒性较高的 Cd 含量较低, Cr 的含量 和毒性响应参数 T i r都较低, 从而使得潜在生态风险 参数 E i r和潜在生态风险指数 RI 的计算结果较小 ,潜 在生态风险较低 。同时看到在采样点 S2 广场桥 的 重金属含量比较高 ,为中等程度潜在生态风险 ,在河 63 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 流的治理中应注意重金属的生态危害。 4 结论 由测量结果可以看出, 采用单因子指数法和 Hakanson生态风险指数法 ,通过分析海河 5 个断面沉 积物中典型重金属污染物 Cu、Pb、Zn、Cd、 Cr 的含量, 定量确定海河重金属污染物的污染指数 C i f和综合污 染指数 Cd的范围 ,得出海河沉积物为较高污染和很 高污染 。潜在生态风险指数 RI 范围 38. 67～ 179. 9, 其平均值为 82. 73,海河大部分断面具有低潜在生态 风险 ,但是个别断面处于中等潜在生态风险。 对于海河中重金属污染的治理 ,一方面要加强工 农业废水排放的严格管理 , 减少外源性污染物的排 放,清污分流,同时建设高效、大型污水处理厂, 及时 对废水和污水进行处理; 另一方面要改善内源性环 境,清除污染沉积物 , 以控制河流沉积物中重金属向 水体中释放 ,避免形成二次污染。 参考文献 1 Hakanson L. An ecology risk index for aquatic pollution control a sedimentological approach. Water Res. , 1980. 14 8 975～ 1001. 作者通讯处 王胜强 300072 天津大学 651 信箱 天津大学化学工 程研究所 电话 022 27401853 2004- 06-02 收稿 焦作市工业燃煤量与大气 SO2污染关系模型研究 ＊ 王海邻 胡 斌 平 瑞 郑继东 河南理工大学资源与环境工程系, 河南 454159 摘要 研究了焦作市工业燃煤量与大气 SO2污染的关系, 建立了适合于焦作市城区大气 SO2污染的解析模型。 在模 型中尝试性地将面源污染产生的浓度贡献转化到背景值中计算, 简化了解析模型。 利用该模式计算了 1996～ 2000 年 焦作市城区大气中的 SO2浓度, 并与监测数据进行对比分析, 结果表明该模型适合研究区的实际情况, 基于该模型实 现了焦作市城区大气 SO2浓度的动态预测。 关键词 燃煤污染源 SO2污染 大气污染解析模型 大气环境污染预测 ＊河南省科技攻关项目 981190520 、自然基金项目 0411054100 1 引言 美国世界资源环境研究所根据 TSP 、SO2、NOX 3 个指标的衡量 ,将焦作市列入世界十大污染城市之 一 [ 1] 。燃煤又是造成焦作市大气环境 SO2污染的主 要原因 [ 2,3] , 因此研究工业燃煤量与城区大气 SO2污 染之间的关系不仅具有重要的理论意义 ,而且可以为 本地区的可持续发展提供决策依据 ,具有一定的实用 价值 。 2 区域污染气象特征及污染源构成 2. 1 气象特征 大气环境中的污染物在空气中输送、扩散, 明显 地受气象条件的影响 ,尤其与当地的风速、 风向、 湍流 及温度层结关系密切 [ 4] 。焦作市主导风向为东北风 冬季 和西南风 夏季 , 年平均风速 1. 70 m s, 风速 不大, 由 1995 ～ 2000 年平均的风速 、风向、稳定度的 静风频率, 得到静风频率达20. 11,静风频率较高使 SO2污染物扩散能力下降 ,致使区域空气环境污染程 度加重。 2. 2 研究区SO2污染及污染源情况 2000 年城区大气 SO2监测结果表明 [ 5] , 冬季 SO2 浓度最高为 0. 056 mg m 3 ,其次是春季为0. 041 mg m 3 , 夏 秋 季 浓 度 最 低 , 分 别 为0. 017 mg m 3 和 0. 016 mg m 3 。主要原因是冬季采暖燃煤以及近年来 该地区冬季气温偏高大气稳定度增加引起的 [ 6] 。焦 作市城区大气中 SO2的主要来源为电力、化工和非金 属矿物制造等行业的排放。2000 年 SO2排放总量中 电力行业占 61. 4, 非金属矿物制造业占 18. 5, 化 工占 5. 78 。 64 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 and abroad. The fly ash of CFB is not utilized effectuarlly at the present time. This paper introduces the s of exciting the activity of CFB fly ash and experimental study on producing masonry cement by CFB fly ash. Keywords CFB flyash, alkali excitation, activity and masonry cement UATION ON POTENTIAL ECOLOGICAL RISK OF HEAVY METAL POLLUTION OF SEDIMENTS IN HAIHE RIVERWang Shengqiang et al 62 Abstract Through analyzing the contents of typical heavy metal pollutants Cu, Pb, Zn, Cd and Cr in sediments of Haihe River, adopting the index number techniques of single factor andHakanson ecological risk, the quality statusof these sedimentswere uated; the pollution of the sediments by heavy metals and the potential ecological risk of Haihe River were determined quantitatively . Keywords Haihe River, sediment, heavy metals and ecological risk RESEARCH ON MODEL OF RELATION BETWEEN THE UTILIZATION OF COAL RESOURCES AND SO2POLLUTION OF ATMOSPHERE IN THE URBAN AREA OF JIAOZUO CITY Wang Hailin et al 64 Abstract Firstly the relation between the utilization of coal resources and SO2pollution of the urban area atmosphere of Jiaozuo City was researched. The diffusing model of SO2pollution applying to the urban area atmosphere of Jiaozuo City was set up. In the model the contribution from area pollution sources was calculated by transing it to the background concentration, so the model was greatly simplified. By which SO2 concentrations from 1996 to 2000were also calculated and compared with the monitoring data, it is found that the model is suitable for the actual conditions of the test zone.Based on which, SO2concentrations in this area were forecasted. Keywords pollution sources of coal utilization, SO2pollution, diffusing model of atmosphere pollution and prediction of atmosphere pollution MODEL DEVELOPMENT AND IDENTIFICATION OF RAPID FILTRATION PROCESSES Tong Qingyuan et al 67 Abstract This paper is part of a national framework for systematically assessing water safety risks, yet with focus only on the simulation of the rapid filtration process. The filtration process is described by a dynamic and conceptual model, represented by partial differential equations, and the simulated components include CODMn, NH3-N,turbidity and microorganisms.The simulated sub -processes included diffusion, biodegradation, sediment, adsorption, desorption and backwash. The model is calibrated by a set of field data from a large waterworks in the south of China,where contamination of drinking water resources is notable. The results reveal that the model fits the observed data quite well and is satisfactory for its future application. Keywords simulation, rapid filtration process, CODMn, turbidity and NH3-N A NEW BIOLOGICAL PROCESSSTUDY ON NITROGEN REMOVAL MECHANISM OF BI- CYCLIC TWO-PHASE BICT PROCESSPan Yang et al 69 Abstract Under the operational condition, synthetic wastewater was used in the experiments to investigate the perance of nitrogen removal by the BICT of the reactor. The results of the experimental study can be concluded as follows. The nitrogen removal mechanism of BICTP is sequential nitrification and denitrification. A separte attached-growth reactor was adopted to enhance the function of nitrification and increase the efficiency and the stability of nitrogen removal process. Under suitable conditions, the removal rate of TN total nitrogencan reachover 80, and the effluent concentration of TN can be controlled below 15 mg L. Keywords activated sludge, nitrification, denitrification and nitrogen removal NUMERICAL SIMULATIONANDCOAGULATIONEFFICIENCYOFFLOWFIELDFOR RECIPROCATING BAFFLED FLOCCULATION TANKZhuJiaolin et al 72 Abstract In this paper, the numerical simulation is applied to the flow field for a reciprocating baffled flocculation tank. Based on the characteristic of flocculation tank an analysis of the influence of the flow field on flocculation is carried out. The conclusion indicates the optimum value of A1 A2is from 1. 2 to 1. 5,where A1is the area of the wetted cross-section in the corner and A2is the area of the wetted cross -section in the gallery. The coagulation efficiency in the tank is relatively perfect if designed it according to the optimum value of A1 A2. Keywords reciprocating baffled flocculation, flow field, A1 A2andANSYS SYNTHESIS OF CIRCULATING COOLING WATER TREATMENT AGENT FIT FOR FRIENDLY ENVIRONMENTZhang Yanhe et al 75 Abstract A newly biodegradable copolymer was synthesized by aconitic acid and a small quantity of acrylic acid, and citric acid was 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 2,Apr. ,2005