珠江口沉积物中—重金属污染状况及其生态影响评价.ppt

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1、珠江口沉积物中 重金属污染状况及其生态影响评价,04环境科学班劳搌华、曾建军、钟燕娌、谢惠如,一、重金属污染简介二、重金属在水体中的迁移转化机制三、研究珠江口沉积物中重金属污染的意义四、珠江口沉积物中重金属污染状况概述五、珠江口沉积物中重金属污染调查及其生态影响评价六、重金属的治理对策,重金属污染：密度在5以上的金属统称为重金属，有45种之多，人们熟悉的有金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等。不过，从环境污染方面所说，主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬、砷等和具有一定毒性的锌、铜、钴、镍、锡等。重金属污染的特点是，即使排出的浓度很小，也可能造成污染甚至很大的危害，像发生在日本的水俣病和骨

2、痛病就是由汞污染和镉污染造成的公害病。,重金属对生物体的危害主要取决于水中重金属的形态，而不是取决于重金属的总浓度各种络合物，沉淀物及吸附物的毒性小于溶解在水中的金属离子的毒性许多研究工作都证实了被有机配位体螯合的铜是无毒的，铜的毒性随着被螯合的程度而下降，即铜的毒性是由铜的无机态所造成的所以我们需要知道重金属在水环境中的形态影响因素,重金属在水环境中的迁移转化机制1水解作用2沉淀溶解平衡3氧化还原作用4络合解离平衡5吸附解吸作用6某些重金属的生物甲基化作用,吸附解吸作用,重金属进入水体后，绝大部分会马上被水中的悬浮物和沉积物吸附天然水体中存在大量的悬浮颗粒物，如黏土矿物，水合氧化物等无机高分

3、子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水体中存在的主要胶体物质胶体有巨大的比表面，表面能和带电荷，能够强烈递吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移有重大影响,重金属在沉积物中的存在形态,可交换离子态：指在黏土矿物及其他成分上的重金属离子，水相中重金属的组成和浓度变化主要受这部分重金属吸附和解吸过程的影响这种形态对水环境变化最敏感与碳酸盐结合态：是指与颗粒物中碳酸盐结合在一起或碳酸盐沉淀结合的重金属，这部分重金属对值变化最为敏感，在酸性条件下易溶解释放铁锰氧化物结合态：是以铁锰结核或凝结物形式存在颗粒上，也有的呈胶膜状覆盖在颗粒上，这部分重金属在氧化还原电位降低时容易释放出来有机

4、物和硫化物结合态：指重金属以不同形态进入有机质中，同有机质发生螯合作用而形成螯合态盐类或硫化物，比较稳定，不易被生物所吸收利用碎屑矿物态：也叫残渣态，指在黏土矿物等晶格里的重金属，不能被生物吸收，是生物无法利用的部分,珠江口是我国三大河口之一,生物多样性丰富,是幼鱼幼虾的繁殖保护区,也是多种珍稀水生生物,如中华白海豚，江豚，黄唇鱼等的栖息地和重要增养殖水域。近10多年来,珠江三角洲地区社会经济迅猛发展,使珠江口水域生态环境发生较大变化,污染状况加剧。对于沉积物中重金属污染，其具有潜在的，长期的危害性,极有可能对环境造成二次污染。因为在受重金属污染的体系中,水相中的重金属含量甚微,即使接近污染物

5、排放口，水中重金属的含量也不高。而且随机性大,其含量分布常因排放状况与水动力条件的不同而不同；但沉积物中的重金属含量由于累积作用往往比相应水相中的含量要高,且表现出较强分布规律。,从沉积物中重金属的含量可以判断研究区受污染的程度；研究重金属的含量的水平分布可以追踪其污染源,了解其扩散范围研究沉积物重金属在柱状样不同层位的含量分布,可了解所研究区域重金属的污染历史，把柱状样重金属含量与未污染区背景值进行对照,则可反映出不同历史阶段人类活动对所研究区域重金属的输送量的变化情况对沉积物中重金属进行生态影响评价，可以了解重金属对环境和生物的潜在危害性,时间上：月的重金属含量高于月的含量，这种季节性差异

6、，可能跟珠江口水体盐度，潮流，河水径流等因素有关，受径流，潮汐流，河海水混合等过程的影响地形上：通过研究得出珠江口表层沉积物中重金属Zn,Cr,Cu,Cd得含量分布特点呈现由西北渐向东南递减得分布趋势,周边沿岸大于中心，因为受到陆源污染物得影响西岸大于东岸，因为东岸受到弱潮流得影响，而且西岸由河流携带入海的陆源污染物在河口弯西侧形成最好的沉积环境，主要的表层沉积物是粉砂质黏土沉积，细粒径沉积物吸附力较强,重金属在生物里面的分布状况,底栖生物体中重金属残毒量呈现出以下规律性，鱼类和软体动物:PbAsCdHg;甲壳动物:AsCdPbHg。不同生物对重金属的富集能力不同，同一种生物对不同重金属的富集

7、能力不同,其大小顺序依次为:鱼类:PbHgAsCd;甲壳动物:CdHgAsPb;软体动物:PbCdHgAs。甲壳动物和软体动物体内Cd和Pb存在的严重积累问题。底栖生物重金属残毒质量评价表明,珠江口底栖生物均未受到重金属污染。,这里我们具体以中国科学院南海海洋研究所和香港理工大学在1997年6-7月做的研究项目为例。,1采样和分析测定 利用无扰动重力采样器在珠江口采集了21个柱状沉积物样品,采样点的选择主要依据河口区的不同水动力模型，具体布点的情况见(图1)。所有样品置烘干箱内105。C恒温烘干,剔除砾石、木屑及贝壳、杂草等动植物残体，玛瑙球磨机研磨后过180目筛供分析用。样品的Cu，Pb，Z

8、n，Cr含量采用等离子体原子发射光谱(ICP-AES)方法测定;Cd，As，Hg分别用石墨炉原子吸收法和比色法分析。,2分析结果重金属总量分布及富集特征：珠江口沉积物中的重金属总量（见表1）。由表1可见,珠江口表层沉积物中的Pb，Cu，Zn，Cr的含量明显比其它大城市和工业中心附近的河口要低,原因可能是珠江口周围相对较短的工业发展历史以及对重金属具有较强吸附能力的黏土成分含量较低。重金属Zn，Cr，Cu，Cd的含量分布呈现由西北逐渐向东南递减的趋势(图1，表1),如Zn的平均含量为110.85x10-6mg/kg,其在靠近珠海的A，B站含量分别为185x10-6mg/kg，210 x10-6m

9、g/kg,明显高于东南面的7-10号站的平均含量值82.00 x10-6mg/kg。Cr，Cu，Cd等元素也有类似的分布特征。重金属元素Pb，As，Hg的含量分布无明显规律,但仍可看出靠近深圳的6A，7和靠近珠海，澳门的B，D等4个站明显高于其它站。在6A，7，B，D等4个站的Pb平均含量为65.25x10-6mg/kg,大于其总平均含量59.43x10-6mg/kg。,65.25,以上特征表明,珠江口表层沉积物的重金属分布可能主要受大城市陆源污染物的影响(如重金属元素Pb的分布),同时也与水动力条件如强径流和潮汐的变化有关(如7-10号站由于径流量大,潮汐变化频繁,大多数重金属的浓度均较低)

10、。,为了评估人类活动对珠江口表层沉积物重金属富集的影响,以工业化前全球沉积物中重金属最高值为背景参照值,计算重金属的富集系数(表2),可见无论平均值还是中值,21个表层样品中只有Hg富集系数大于1.0,其平均值为1.42,中值为1.36。就最大值而言,Hg为2.88，Cu为1.26，Zn为1.20，Cd为1.10，Pb为1.09。就平均值而言,本区重金属元素富集程度依次为HgPbCuCr，ZnAsCd。,3、沉积物中重金属生态危害评价（1）评价方法这里选用瑞典科学家Hakanson提出的潜在生态危害指数法进行评价。根据这一方法,某一区域沉积物中第i种重金属的潜在生态危害系数Eri及沉积物中多种

11、重金属的潜在生态危害指数RI可分别表示为:,式中:cfi为重金属的富集系数(cfi=csi/cni);csi为表层沉积物重金属i浓度的实测值;cni为计算所需的参照值,参照值采用工业化以前沉积物中重金属的最高背景值(表3);Tri为重金属i的毒性系数,它主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度,有关重金属的毒性系数见表3。,表3 重金属的参照值(cni)和毒性系数(Tri),沉积物重金属生态危害程度的划分标准：Eri600为生态危害很强;Eri320为生态危害极强。,（2）评价结果按工业化以前沉积物中重金属最高背景值为参照值的计算结果列于表4，从表4可知21个站点没有300的点,表

12、明珠江口生态危害不是很强,有两个点:除12号站和A号站接近或位于于150300,属中等的生态危害外,其他站点的值均小于150,属轻微的生态危害。珠江口沉积物中的值均小于160,危害较严重的元素为Hg,其平均值为56.69,其中在12号站和A号站的值分别为115.20和110.40,位于80Eri160强的生态危害之列,在2,4,5,6A,7,8,9,10,11,13,14,15,16,C,D等站点的值属于40Eri80中等生态危害;其余的均属于Eri40的轻微生态危害;生态危害轻微或无危害的元素依次为Cd,Pb,Cu,As,Cr,Zn,其Eri平均值分别为10.32,4.24,3.90,3.4

13、9,1.25,0.63。,表4 珠江口沉积物中重金属的潜在生态危害系数(Eri)和危害指(RI),中等生态危害,强的生态危害,从上述分析结果可知,不论以单个重金属的潜在生态危害系数(Eri)来评价,还是从多个重金属的潜在生态危害指数(RI)来评价,除Hg在12号站和A号站属于强生态危害,在2，4，5，6A，7，8，9，10，11，13，14，15，16，C，D等站点属于中等的生态危害外,珠江口沉积物中的重金属的潜在危害轻微;污染较严重的是Hg,其次是Cd,最后是Pb，Cu，As，Cr和Zn,即珠江口沉积物中主要重金属元素的污染程度顺序是HgCdPbCuAsCrZn。,水体沉积物中重金属在一定的

14、物理化学条件下会向水体释放，从而导致水质恶化。对于水体中重金属的治理而言，一方面要减少外源性污染物的排放，另一方而要改善内源性环境。因此提出如下对策:,减少外源性重金属的进入。要大力控制污水中重金属的排放，尽可能建立污水处理厂。调节水质的氧化特性和酸碱度，以控制沉积物中重金属向水体释放，造成二次污染。对严重污染的底泥的治理。对上底泥疏浚，并填入清洁泥沙或碎石，可以有力地抑制底泥对河水的二次污染，若用具有吸附功能的粘土作为铺填物，则有望进一步改善水质。进行水体生态修复与重建。有必要栽培一些耐性较强且速生的植物，萃取水体沉积物底泥中的重金属。有些河流水体的重企属是以悬浮物中含量为主，悬浮物来源于水土流失，因些减轻重金属污染、迁移扩散的途径主要是开展植树造林，防止水土流失。,！,