贵州阿哈水库沉积物中重金属二次污染的趋势分析

第18卷第4期2009年4月长江流域资源与环境ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasinVoI．18No．4Apr．2009文章编号：1004—8227(2009)04—0379—05贵州阿哈水库沉积物中重金属二次污染的趋势分析汪福顺1，刘丛强，灌瑾2，吴明红1(I．上海大学环境与化学工程学院，上海201800，2．中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州贵阳550002)摘要：通过对受矿山活动影响的贵州阿哈水库沉积物一水界面的模拟试验及实测分析，从水库水质安全角度讨论了沉积物中蓄积的重金属作为二次污染源的可能性。研究发现：在水体季节性缺氧期间，沉积物中部分重金属元素将大量释放到水体中，严重威胁水质安全。Fe，Mn的最大释放发生在水体缺氧事件的50小时内。而Co，Cu，Ni，Pb等元素总体释放量较小，并主要在lO小时内达到最大释放。对比其他地区，阿哈水库中重金属元素具有更强的界面扩散作用。锰的扩散通量在季节上表现为：冬季>秋季>春夏季。而铁的扩散通量则为：春夏季>秋季>冬季。锰的界面扩散通量远大于铁的界面扩散通量，表明界面附近锰的循环极为剧烈且远强于铁。这对其他重金属元素的界面循环产生了重要影响。界面附近的铁、锰、硫循环对重金属迁移有着显著的控制作用。受到氧化还原条件的影响，重金属扩散通量在季节上变化较大。关键词：阿哈水库；沉积物；重金属；二次污染文献标识码：A水库滞留了大量来自流域的自然及人为的污染物质(如重金属、营养盐等)，尤其是在矿山活动地区，其产生的各种重金属均可能在水库中蓄积。蓄积在水库底部沉积物中的重金属在某些条件下可能会释放至上覆水中，造成所谓的“二次污染”问题，导致水质恶化。在水库水质管理工作中，对水环境容量的计算往往侧重水体本身[1]，对沉积物往往关注其污染物容纳能力的计算，而忽视其作为潜在污染源的可能性。各种地球化学过程在沉积物一水界面附近造成重金属元素“源／汇”关系的转化，因此日益受到人们的重视[2~6]，深入了解和认识沉积物一水界面的沉积后地球化学过程对于重塑环境变化，预防水体二次污染，在接近自然条件下保护淡水资源有着重要意义‘7·81。因此，本研究选择受矿山废水严重影响的贵州阿哈水库为研究对象。该水库是黔中岩溶地区的河流筑坝拦截的人工型水库，具有底层滞水带季节性缺氧的特征。阿哈水库集水区内分布有中小煤矿200余个。大量酸性矿山废水携带大量溶解金属离子涌人，造成水体一沉积物中铁、锰、硫酸根及其它重金属元素含量很高。本研究详细分析了水库沉积物中重金属元素的季节变化特征，从水质管理角度对沉积物中重金属污染物的二次污染进行了讨论。I研究地点及采样分析1．1研究区位置及采样阿哈水库位于贵阳市西南郊8km，于1958年建坝修库，1960年竣工始蓄水，1982年水库扩容，并开发为城市饮用水源。阿哈水库汇水区域主要分布有二叠系灰岩及煤系地层。采用便携式不扰动沉积物采样器，分别于2002年1月、5月和10月在阿哈水库远离大坝的湖心位置采集沉积物柱，界面水清澈，沉积物未被扰动。抽去界面水后，沉积物现场按Icm间隔精细分样。沉积物在实验室低温离心机离心25min后获得孔隙水。收稿日期：2008—07—30；修回日期：2008—11—12基金项目：国家自然科学基金(90610037、40571158)、上海市启明星计划(08QAl4029)及上海市教育委员会及基金会(06AZ059)资助．作者简介：汪福顺(1976～)。男，贵州省遵义人，副研究员，主要研究方向为生物地球化学．E-mail：fswang@shu．edu．cn*通讯作者E-mail：liucongqiang@rip．skleg．cn万方数据380长江流域资源与环境第18卷1．2模拟试验沉积物重金属释放的模拟试验：选择2002年5月采集的沉积物柱，保持不扰动带回实验室，遮光放置一段时间后，沉积物柱表层出现黄色沉淀覆盖。模拟实验前，先将底部用干净橡胶塞密封，最后用蜡封密闭。将200mg蛋白胨粉溶于采集的底层湖水中，缓慢加入柱中。加入蛋白胨粉是为界面附近的微生物活动提供有机碳源，加入的量根据有机碳沉积速率确定。实验中采用高纯氮气和氧气控制体系氧化还原条件。以相同的气流速度(约60个气泡／分)，在不扰动沉积物的条件下，先进行厌氧培养(Nz)，125小时后转入好氧培养(Oz)。定时抽取水样进行检测，同时测定界面水D0。整个培养过程在遮光、室温18℃下进行。1．3样品分析方法模拟试验中水样经0．45|lm醋酸纤维素微孔滤膜过滤。滤液一部分直接用阴离子色谱测定阴离子；另一部分与过滤后的孔隙水样品一起加超纯硝酸酸化，Rh作内标，用ICP_MS测定重金属元素。所用仪器为FinniganMAT公司ELEMENT型高分辨等离子质谱