【摘要】：水資源是人類賴以生存的基本條件之一,是生態(tài)環(huán)境的控制性因素。我國(guó)水資源總量約為2.8萬(wàn)億立方米,居世界第6位,人均占有水資源量2400m3/年,僅為世界平均水平的1/4,是世界13個(gè)水資源最貧乏的國(guó)家之一。近年來(lái),隨著人口迅速增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的縱深發(fā)展,水資源環(huán)境壓力巨增。過(guò)度消耗、無(wú)序開(kāi)發(fā)和水環(huán)境污染等導(dǎo)致了嚴(yán)重的水資源退化和水生態(tài)災(zāi)害,很大程度上制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展甚至危害國(guó)家安全。湘江長(zhǎng)株潭段是湘江中下游段,約132公里,兩岸人口約1100萬(wàn),是湖南建設(shè)兩型社會(huì)的核心地帶,在全省政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有十分重要的地位。上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái),沿湘江長(zhǎng)株潭段陸續(xù)建有各種工礦企業(yè)570多家,每年有大量重金屬污染廢水直接排入湘江,給該河段的水生態(tài)環(huán)境、沿岸動(dòng)植物和居民生活帶來(lái)巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),區(qū)域水資源環(huán)境的治理和恢復(fù)迫在眉睫。本文利用突變綜合模型、實(shí)驗(yàn)探究、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法和多層級(jí)灰色模型等研究工具,對(duì)以重金屬鉻為例的湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià),并在此基礎(chǔ)上,開(kāi)展湘江長(zhǎng)株潭段鉻污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)的研究,為正在開(kāi)展的湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染提供了理論支持和可供選擇的修復(fù)方法。與此同時(shí),對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行研究,這對(duì)合理規(guī)劃和開(kāi)發(fā)湘江長(zhǎng)株潭段水資源,保持該流域水資源開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略可持續(xù)性,促進(jìn)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境合理利用和有效保護(hù),保障長(zhǎng)株潭兩型社會(huì)建設(shè)的順利進(jìn)行有著較為重要的實(shí)踐意義。理論上,也豐富了河流重金屬污染與修復(fù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理的研究?jī)?nèi)容。因此,本項(xiàng)目開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:(1)在對(duì)湘江長(zhǎng)株潭重金屬污染物Cr(Ⅵ)的遷移轉(zhuǎn)化方式進(jìn)行了初步的探析的基礎(chǔ)上,對(duì)該段河道、水體、水岸及流域因Cr(Ⅵ)的遷移所引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了探索。研究發(fā)現(xiàn),Cr(Ⅵ)污染物在湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染中的總貢獻(xiàn)率為13.21%。水質(zhì)污染指數(shù)綜合均值為2.33,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水質(zhì)清潔指數(shù)。在重金屬Cr(Ⅵ)污染下,沿岸和流域水陸生動(dòng)物種群數(shù)平均每年下降約10種;資源魚(yú)類產(chǎn)量減少快,某些珍稀魚(yú)種瀕臨滅絕;微生物群落構(gòu)成呈現(xiàn)單一化和惰性化,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)暴露表征明顯,比較客觀的呈現(xiàn)了重金屬污染物Cr(Ⅵ)廢水對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段親水岸生態(tài)環(huán)境的影響程度和所產(chǎn)生的生態(tài)災(zāi)害,(2)利用突變理論(Catastrophe theory)對(duì)Cr(Ⅵ)污染物遷移造成的生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià),以期準(zhǔn)確把握湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染對(duì)水資源生態(tài)環(huán)境的污染程度以及水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)潛力。結(jié)果顯示,該河段8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值普遍偏高,加權(quán)平均均值為0.958,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬于較高范疇,重金屬污染修復(fù)治理工作難度較大。(3)利用生態(tài)修復(fù)劑改性殼聚糖來(lái)物理修復(fù)湘江長(zhǎng)株潭段水體中的Cr(Ⅵ)污染。實(shí)驗(yàn)證明,改性殼聚糖(Modified-chitosan)對(duì)實(shí)驗(yàn)室模擬污染水體中Cr(Ⅵ)的最大吸附容量為90.651mg/g。達(dá)到平衡的吸附時(shí)間是2h,吸附的最佳p H值范圍為2~6。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與準(zhǔn)一階動(dòng)力模型和Langmuir吸附等溫線擬合程度更高。印跡殼聚糖對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段檢測(cè)點(diǎn)水樣中Cr(Ⅵ)具有較明顯的去除效果。0.05g印跡聚殼聚糖對(duì)200m L各湘江長(zhǎng)株潭段檢測(cè)點(diǎn)水樣中Cr(Ⅵ)的去除率能達(dá)到90%以上。為控制Cr(Ⅵ)廢水對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段河流生態(tài)環(huán)境的危害,為探索湘江長(zhǎng)株潭段Cr(Ⅵ)污染修復(fù)的生態(tài)環(huán)境技術(shù)和管理手段提供依據(jù)。(4)李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)對(duì)重金屬污染物具有累積富集作用,本文在土壤中施加EDDS顯著地增加了李氏禾地下部分的鉻含量向地上部分轉(zhuǎn)移。在5、10mmol/kg EDDS處理下,200、400、600、800mg/kg土壤中鉻濃度的李氏禾的地上部分鉻含量都大于1000mg/kg,而且轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都大于1,此時(shí)李氏禾已經(jīng)達(dá)到鉻超級(jí)累積植物的標(biāo)準(zhǔn)。在5 mmol/kg EDDS協(xié)助下,李氏禾提取鉻的能力相對(duì)較強(qiáng)且植物生長(zhǎng)相對(duì)較好,且李氏禾對(duì)底泥中的鉻具有非常好的富集效果。因此,李氏禾為湘江沿岸鉻污染底泥的修復(fù)提供的一種可供選擇的方法。(5)采用多層級(jí)灰色模型(Multi-grey model)對(duì)重金屬污染背景下湘江長(zhǎng)株潭段水資源開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行研究。以湘江長(zhǎng)株潭段水資源對(duì)區(qū)域社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)、城市農(nóng)村生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等要素的影響度,以指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為判斷依據(jù),通過(guò)層次分析法(AHP)的甄選,最終確立三級(jí)判斷指標(biāo)。通過(guò)建立灰色矩陣,推算出湘江長(zhǎng)株潭段水資源開(kāi)發(fā)潛力系數(shù)約為2.983,屬于次高層級(jí)開(kāi)發(fā)潛力值域范圍[2.5,3.25],理論上可判定長(zhǎng)株潭城市群的水資源開(kāi)發(fā)潛力比較高。相對(duì)較高的湘江長(zhǎng)株潭段水資源開(kāi)發(fā)潛力的能否成為兩型社會(huì)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展和戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)的保障資源,很大程度上取決于未來(lái)湘江長(zhǎng)株潭段乃至整個(gè)湘江流域的重金屬和其它環(huán)境污染的治理力度和程度。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X52
【圖文】：

遼河區(qū)海河區(qū)淮河區(qū)黃河區(qū)西北諸河區(qū)西南諸河區(qū)珠江區(qū)長(zhǎng)江區(qū)東南諸河區(qū)I, 2.6II, 2III, 23IV, 39V, 12劣V,19I, 0.67II, 6III, 53IV, 1V, 2.5劣V, 5.5I, 7II, 33III, 26IV, 11V, 6劣V, 17I, 1.8II, 43III, 23IV, 4V, 5劣V, 21I,0.16II, 7III,26IV,12V, 8劣V,47I,1.54II, 16III,18IV,11V, 6劣V,44IV,3414I,0.21II, 13III, 17IV, 9V, 4.8劣V,45I,3.8II,40III,15IV, 2V, 7劣V,35I, 2 II, 3III, 25IV,15V, 40劣V,21I 類II 類III 類IV 類V 類劣V 類圖 1.1 我國(guó)主要河流所在區(qū)域水資源水質(zhì)類別比例圖g. 1.1 The proportion of water quality classification of the main rivers in different regions of C

1.2.1 工業(yè)污染水體重金屬污染最大的污染源是工業(yè)生產(chǎn)。重金屬作為生產(chǎn)制造的原料，廣泛用于電池制造、鍍膜、電解、皮革和電子制造等近80個(gè)行業(yè)中。其中，焊接、電鍍、水泥、油漆、冶煉、耐火材料、制革、印染、金屬研磨、等離子切割、燃油燃煤等數(shù)十個(gè)行業(yè)的工業(yè)廢水廢渣中，都含有較高濃度的重金屬，主要涉污的重金屬有As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn和Ni等。不同的工業(yè)廢水中，所含的重金屬的污染物種類和含量是不同的。污染物至少由三種以上的重金屬混合化合形成。一般來(lái)說(shuō)，在金屬加工、非鋼鐵的金屬冶煉行業(yè)和電鍍廢水中，污染物的濃度變化范圍大。如鋼鐵制造、洗礦池廢水中，污染物鉛的濃度值變化范圍是0.5~25mg/L[15]。加工制造業(yè)如兒童餐具制造、金屬的鍍膜、冶煉，重金屬污染物鎳的濃度可以高達(dá)130mg/L[15]。一些特種工業(yè)廢水中如鉻鹽廠、涉鉻廢水中重金屬Cr(VI)的濃度甚至可以超過(guò)1000mg/L。工業(yè)污染大多通過(guò)廢渣、廢水、廢氣排入環(huán)境，在人和動(dòng)物、植物體內(nèi)富集，從而對(duì)環(huán)境和人的健康造成很大的危害。

湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染修復(fù)技術(shù)及水資源利用研究1.2.2 城鄉(xiāng)生活用水、農(nóng)業(yè)化肥污染經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了人口巨增，城市、鄉(xiāng)村的生活用水量也大幅增加。以長(zhǎng)株潭城市群為例，每年城市直排入湘江的的生活污水約4.3億m3，農(nóng)村生活污水約0.8億m3。如此巨量的污水中富含大量超標(biāo)存在的重金屬元素如Cr、Pb、Cd、As等。這些生活污水常常被用于灌溉或者直接排入河流和湖泊，在遷移的過(guò)程中對(duì)水體和農(nóng)田土壤造成巨大的污染，輕者可抑制農(nóng)作物生長(zhǎng)，重則可導(dǎo)致土壤性質(zhì)改變、土質(zhì)肥力下降、江河和地下水水質(zhì)下降，形成重大生態(tài)環(huán)境隱患，直接威脅著人類和水生動(dòng)植物的生命安全�，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量使用各種農(nóng)用化肥，大多數(shù)化肥中都還有金屬或這類金屬離子，這些化學(xué)物質(zhì)累積在土壤或植被中，隨物質(zhì)循環(huán)和流水匯入河湖之中，對(duì)河流水環(huán)境造成污染。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2788347