本文關(guān)鍵詞：黃河甘寧蒙段水體重金屬含量水平及污染評價研究

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【摘要】：為系統(tǒng)分析、比較豐水期、枯水期和平水期黃河甘寧蒙段過濾水及表層沉積物中重金屬的含量特征、污染狀況、潛在生態(tài)風(fēng)險及稀土元素的地球化學(xué)特征,本文在前期研究工作(2011年豐水期與2012年豐水期)的基礎(chǔ)上,采集了2014年枯水期和平水期過濾水和表層沉積物樣品共24份,運(yùn)用高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(HR-ICP-MS)對兩個體系重金屬(Cr、Pb、Cd、Cu、Zn、 Ni、As和Hg)和稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、 Ho、Er、Tm、Yb、Lu)進(jìn)行了含量測定、污染評價和源分析,同時與前期工作進(jìn)行了比較、分析,結(jié)果表明：過濾水中重金屬的含量水平結(jié)果表明在平水期除Cr外,其余元素含量最大值遠(yuǎn)高于其余三個季節(jié)相應(yīng)元素含量,而后三個季節(jié)中Cd、Cu和Hg元素的含量分布相近。單因子指數(shù)(Single factor pollution index,Ii)評價結(jié)果顯示,在豐水期(2011和2012年),黃河甘寧蒙段過濾水中Cr以及平水期Hg元素Ii值在1～2之間,屬“輕污染”范疇,其余元素(除Ni外)的Ii值在各季節(jié)均低于1,表明這些元素尚未對環(huán)境造成威脅。在平水期,As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn的Ii值均高于其余三個季節(jié)相應(yīng)元素的Ii值,尤其是Hg(1.300～1.400)和Pb(0.009～0.786)元素遠(yuǎn)高于其他三個季節(jié),而這三個季節(jié)相應(yīng)元素的Ii值相近,且都低于0.5,元素的富集程度很低。各采樣點的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法(Integrated Nemerow pollution index, I)顯示2012年豐水期存在一定的元素富集,2011年豐水期和2014年平水期有部分采樣點存在元素富集,而枯水期不存在元素富集。表層沉積物重金屬含量水平結(jié)果揭示,四個季節(jié)沉積物樣品中Cr和Zn含量較高,且在四個季節(jié)間的分布差別較大。地積累指數(shù)法(Geo-accumulation index,Igeo)評價結(jié)果顯示,2012年豐水期和2011年豐水期的IgeoHG平均值(分別為4.83和4.41)和Igeo Cu平均值(分別為0.57和0.48)均高于枯水期和平水期。四個季節(jié)Pb、Zn、Ni和As的Igeo值在研究區(qū)域內(nèi)均低于0,表明這四個元素在四個季節(jié)對研究區(qū)域沒有造成環(huán)境危害。此外,三湖河口(D11)、巴彥淖爾黃河橋(S8)和喇嘛灣(P6)點處Hg、Cu、Cd和Cr的Igeo值較高,表明這些采樣點的這些元素具有較高的生態(tài)風(fēng)險。表層沉積物形態(tài)分析結(jié)果表明,豐水期(2011、2012年)和枯水期中Cd在交換態(tài)和還原態(tài)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他元素,而Cr含量雖然在三個季節(jié)中均為最低,但其總含量在所有元素中居于最高,并且在交換態(tài)和還原態(tài)的含量也較高。因此Cr和Cd對環(huán)境條件敏感,且易發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化,而三個季節(jié)其余元素Pb、Cu、Zn和Ni主要與礦物質(zhì)相結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物而存在,在自然條件下難解離,對環(huán)境相對安全。相關(guān)性分析(CA)和主成分分析(PCA)對各重金屬污染來源進(jìn)行分析的結(jié)果顯示,Pb、Cu、Zn和Ni元素的相關(guān)性普遍較強(qiáng),表明這些重金屬元素之間親和力強(qiáng)、賦存狀態(tài)相同或相近且地球化學(xué)行為相似,可能具有相同的污染源。而Cr和Cd,尤其是內(nèi)蒙古段的含量水平和污染較高。它們可能與當(dāng)?shù)劁撹F、稀土和化工等產(chǎn)業(yè)的廢物排放有關(guān)。四個季節(jié)過濾水中平水期各稀土元素(REEs)在研究區(qū)域分布差異較大,且所有元素含量水平遠(yuǎn)高于其他三個季節(jié),尤其是Ce、La和Nd元素,而其余三個季節(jié)的REEs含量相近且都較小。此外,四個季節(jié)研究區(qū)域內(nèi)LREEs含量普遍高于HREEs。四個季節(jié)表層沉積物稀土元素含量水平表明,除平水期的Ho、Er、Tm、Yb和Lu元素含量很低外,四個季節(jié)其余元素含量分布趨勢相近。除Eu (1.61mg/kg)和Yb(3.71 mg/kg)的最大值出現(xiàn)在2011年豐水期中,其余REEs的最大值均出現(xiàn)在2012年豐水期中。四個季節(jié)各采樣點沉積物樣品稀土元素指示參數(shù)結(jié)果顯示,2011年豐水期除銀古公路橋(D7)點的(La/Yb)SN比值低于1外,其余采樣點的(La/Yb)SN比值都高于1,表明這些采樣點處輕稀土與重稀土相比存在富集現(xiàn)象。2012年豐水期所有采樣點的(La/Yb)SN比值均高于1。與前兩個季節(jié)不同,枯水期所有采樣點的(La/Yb)SN比值均低于1,(La/Yb)SN平均值只有0.21,說明該季節(jié)所有采樣點存在輕重稀土分餾現(xiàn)象,且與重稀土相比,輕稀土明顯虧損。此外,四個季節(jié)的Ce/Ce*比值均低于1,表現(xiàn)為負(fù)異常,而Eu/Eu*比值在相應(yīng)研究區(qū)域內(nèi)有高于1,表現(xiàn)為正異常。但也有低于1,表現(xiàn)為中等至弱負(fù)異常。沉積物樣品中稀土元素配分模式結(jié)果表明,豐水期(2011年和2012年)和枯水期REEs分布模式接近平坦,略顯凹形。與重稀土相比,輕稀土略有富集。pH值是導(dǎo)致稀土元素濃度變化的重要影響因素之一,低pH值有利于稀土元素從沉淀狀態(tài)轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)。豐水期(2011年和2012年)和枯水期相應(yīng)研究區(qū)域內(nèi)pH值沒有明顯變化,都呈弱堿性,有利于REE吸附在礦物質(zhì)表面以沉淀形式存在�？傆袡C(jī)碳(TOC)是影響稀士元素濃度的另一個重要因素,在自然環(huán)境中REE可與有機(jī)配體絡(luò)合從而限制REE的遷移,豐水期(2011年)瑪曲(D1)點處的TOC高達(dá)2.27%。研究結(jié)果為全面掌握該流域重金屬和稀上元素的分布、遷移及有效保護(hù)提供可信的實驗數(shù)據(jù),同時對實施有針對性的防治措施、提高黃河甘寧蒙段可持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：重金屬 稀土元素 形態(tài)分析 生念風(fēng)險 分餾作用 過濾水 表層沉積物 黃河
【學(xué)位授予單位】：中央民族大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X522
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題背景與研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展12-16
• 1.2.1 重金屬含量研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 重金屬形態(tài)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內(nèi)外研究進(jìn)展14-16
• 1.3 稀土元素特點及研究進(jìn)展16-18
• 1.3.1 稀土元素地球化學(xué)性質(zhì)概述16-17
• 1.3.2 稀土常用指示參數(shù)17
• 1.3.3 稀土元素配分模式17
• 1.3.4 河流中稀土模式的控制因素17-18
• 1.3.5 稀土元素地球化學(xué)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀18
• 1.4 研究內(nèi)容18-21
• 第二章 實驗材料與方法21-25
• 2.1 研究區(qū)域概況21
• 2.2 樣品采集和預(yù)處理21-22
• 2.3 測定及分析方法22-25
• 2.3.1 儀器與試劑22-23
• 2.3.2 重金屬污染評價方法23-24
• 2.3.3 重金屬污染源分析24
• 2.3.4 稀土元素的分餾作用24-25
• 第三章 結(jié)果與討論25-61
• 3.1 過濾水重金屬25-33
• 3.1.1 過濾水重金屬含量特征25-30
• 3.1.2 過濾水重金屬污染指數(shù)評價結(jié)果30-33
• 3.2 表層沉積物重金屬33-49
• 3.2.1 表層沉積物重金屬含量特征33-37
• 3.2.2 表層沉積物重金屬I_(geo)法評價結(jié)果37-41
• 3.2.3 表層沉積物重金屬形態(tài)分析41-46
• 3.2.4 重金屬污染源分析46-49
• 3.3 過濾水和表層沉積物重金屬相關(guān)性分析49-53
• 3.4 過濾水稀土元素含量特征53-54
• 3.5 表層沉積物稀土元素54-61
• 3.5.1 表層沉積物稀土元素含量特征54-56
• 3.5.2 稀土元素比值特征56-57
• 3.5.3 pH和TOC的影響57-59
• 3.5.4 稀土元素的配分模式59-61
• 第四章 結(jié)論與展望61-65
• 4.1 結(jié)論61-63
• 4.2 展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)成果79

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本文編號：687933