【流域治理】水体中重金属污染实例

北极星环保网讯:20世纪70年代以来快速发展的环境磁学，由于其测量简便、快速、经济和无破坏性的特点，被广泛应用于地球科学和环境科学领域.近年来，国内外许多学者利用环境磁学手段对湖泊、河口和海洋沉积物、城市和交通道路土壤、大气悬浮物及降尘、植物等进行了表征，并探讨了其在指示重金属、有机化合物污染方面的应用.不少研究发现，在受工业、交通排放显著影响的城市土壤、大气悬浮颗粒物和降尘中，重金属污染与磁性特征具有显著相关关系，其机制在于工业活动、燃料燃烧、汽车尾气等排放的颗粒污染物中，往往含有亚铁磁性矿物(如Fe3O4)，因而利用磁学方法可以诊断上述物质中的重金属污染情况.

河流沉积物因受水体和大气污染的输入，往往存在重金属污染现象.在河流开放的环境中，探讨环境磁学对重金属污染的指示，国内近年来已有相关报道，多集中在干旱半干旱区域，而季风气候控制下的我国南方地区研究较少.这些研究也揭示出河流沉积物磁性参数与重金属污染关系的复杂性，二者之间并非简单的线性关系.因此，在不同的研究区域，在利用磁学方法进行重金属污染诊断前，需要对磁性特征的变化因素，及其与重金属污染关联的机制加以分析.我国南方江浙地区由于工业发达，河流沉积物已遭受不同程度的重金属污染.本研究以浙江省金华市义乌江城区段边滩沉积物为对象，拟通过系统环境磁学、地球化学、粒度和有机碳分析，旨在探讨环境磁学方法诊断河流沉积物重金属污染的可行性.

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

义乌江位于浙江省中部金华市(119°13′～120°47′E，28°31′～29°41′N)境内，上游称为东阳江，发源于金华市磐安县龙鸟尖，入义乌接纳南江后，称义乌江，流域面积3407  km2，上游属山区性河流，流至义乌后坡降逐渐平缓.流域地处金衢盆地，属于亚热带季风性湿润气候，年平均气温17°C，年均降水量超过1400  mm，降水季节性差异明显.流域流经的东阳市、义乌市均为浙中经济重镇和交通中心，经济活动频繁，人口密度大.商品贸易、磁性电子、建筑建材等产业等是义乌江流域重要经济支柱，经济发展的同时也造成了河流严重的污染.

2.2 样品采集与实验方法

研究样品取自义乌江金华城区建筑艺术公园附近，距离下游拦江橡皮坝5  km左右，洪季和橡皮坝蓄水期间，采样点为水淹没，物理扰动干扰较小.在枯季(2010年12月)使用PVC管获得30 cm柱样YW.在实验室用按2  cm间隔逐层取样，得到15个样品.去除样品中植物根系、砂石等异物杂质后，40 ℃低温下烘干，以备分析.

图1 研究区域和采样点位置

磁学参数测量: 称取样品5 g 左右，装入样品盒中，按如下次序进行室温下的环境磁学测量: ①利用Bartington磁化率仪测量样品的低频(0. 47  kHz)和高频(4. 7 kHz)磁化率(χlf、χhf)，计算频率磁化率及百分频率磁化率; ②使用Dtech 2000 交变退磁仪(交变磁场峰值100  mT，直流磁场0. 04 mT)获得非磁滞剩磁(ARM)，利用Minispin旋转磁力仪测定，计算非磁滞剩磁磁化率χARM;  ③样品用MMPM10脉冲磁化仪获得1 T 条件下的等温剩磁，之后将样品在100 mT、300  mT反向磁场中退磁，分别用Minispin旋转磁力仪测得等温剩磁IRM1T、IRM- 100mT和IRM-300mT.本文定义1  T磁场下等温剩磁IRM1T为饱和等温剩磁，并计算退磁参数.选取典型样品，利用Agico公司生产的MFK1FA磁化率仪在氩气环境下完成温度磁化率曲线的测量.

粒度测量：样品经10%HCl和10%H2O2去除钙质和有机质后，加入六偏磷酸钠后超声振荡使其彻底分散，采用Malvernsizer  2000型激光粒度仪，测量范围为0.02～2000 μm，重复测量误差小于2%.

重金属测量：利用HNO3 HClO4  HF混合酸全溶法消化样品，使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICPOES，iCAP7000)测定Fe、Al、Ti、Mn、Cr、Zn、Ni等元素，使用原子吸收光谱仪(AAnalyst  800)火焰法测定Cu，石墨炉法测定Cd和Pb元素.每批样品消化过程中均加入两个空白样品以及国家标准样品(GSD9)进行质量监控.分析结果表明，GSD9元素的测量值在推荐值的±10%范围以内.

总有机碳(TOC)测量: 采用重铬酸钾法测定，采用国家标准样品(GSD9)进行质量监控，测试值在推荐值的±5% 以内.

粒度实验完成于浙江师范大学地理过程实验室，其余实验均在华东师范大学河口海岸学国家重点实验室完成.

3 实验结果

3.1 粒度特征

河流沉积物的粒度特征与河流水动力关系密切，可以指示沉积动力环境，对沉积物磁性特征和重金属含量具有一定影响.如图  2所示，义乌江YW柱样可分为3层.第一层(30~28 cm)，沉积物较细，以粉砂和粘土为主，平均粒径9 μm.第二层(28~12  cm)，粘土和粉砂含量随深度变浅而增加，砂含量下降，指示了该层底部水动力较强，向上有变弱趋势.第三层(12~0  cm)，粒度变化不大，组成类似第一层.从粒度频率分布曲线来看，30~28 cm 及12~0 cm层样品呈现多峰分布，分选较差;而28~24  cm深度样品以单峰分布为主，分选较好.除第二层底部部分样品外，其他深度样品粒级组成十分相似，指示其具有相似的沉积动力环境.