《某河流段冬季重金属污染情况分析报告》7000字

引言河流是我们人类主要的取水水源，随着我国工业化进程加快河流当中被排放大量重金属污染物，逐渐对自然生态和人类生命健康产生愈来愈大的影响[1]。重金属污染与其他污染物不同，重金属毒性非常大，而且不可以降解，可以造成城市水环境系统累积性的伤害，伤害性极强[2]。尤其在我国西北地区，降水的季节主要集中在夏季，蒸发较强烈，表现为干旱少雨，水资源矛盾尤为突出。随着经济的发展，在西宁市的北川河流域附近也建了很多大型化工企业，造成北川河会存在重金属污染风险。因此，有必要监测Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属的浓度。1.1重金属概述1.1.1重金属定义和来源尽管现在对什么是重金属还没有严格的定义，但是通常重金属是指密度大于5g/cm3的金属，包括汞（Hg）、铬（Cr）、镉（Cd）、铜（Cu）、铁（Fe）、锌（Zn）、镍（Ni）、砷（As）和铅（Pb）等[3]。目前关于重金属来源可分为：工业来源、城市来源、农业来源以及环境事故污染[4]。1.2国内外河流重金属研究进展1.2.1国外河流重金属污染研究进展关于国外河流研究者对河流的研究主要内容有以下，对水体中所含重金属空间分布上的研究：对摩洛哥大西洋海岸的Oualidia湖50年的重金属污染进行了空间分布研究是Zourarah等研究者们[5]，报告表明了重金属的空间分布的变化以及Pb和Cs的活动。在过去的70年里，Zn、Hg、Pb和Cu的含量越来越高，其这几种重金属富集主要在20-30cm深度处，1960-1975污染物的排放导致了其含量越来越高的原因[6]。Stephane等对法国洛特河水库50年的重金属污染状况进行研究，研究结果表明法国洛特河水库Cd和Zn污染最严重[7]；水质污染评价研究：例如，NivesStambuk在关于克罗地亚南部地区的水质污染评价研究的相关内容中，提到针对含有一些重金属元素的多个水质进行了检测，并对克罗地亚南部的大海进行了溶解氧、总氮等水质污染评价[8]；重金属污染评价研究：重金属污染的评价方法非常全，接下来简单介绍几个重金属污染评价法，常见的重金属污染评价方法则是单因子指数法和地累积指数法以及潜在生态风险指数法，然后还有许多耳熟能详的评价法分别是关于工厂方面的综合污染指数法与关于生活饮食防腐之类的健康风险评价法等[9]，每种方法都有其适用范围和针对性，针对不同地区的污染状况不同，联合使用多种方法对重金属污染进行评价已然成为现在一种趋势[10]。1.2.2国内河流重金属的研究进展在国内对水体中重金属污染研究可谓是如火如荼，了解到尚英男一行人关于成都地区的三条河流水质调查出可能存在重金属污染的风险。当重金属污染到水体时，必然会危害到水体中各种物质，其影响力非常巨大[11];天津市南、北排污河水中重金属形态的调研:，梁涛等人通过0.45pm滤膜过滤，加之保存滤液以便于提供悬浮物样品的方法,利用ICP－ＭS分析排污河水体中Cu、Cg、Hg、Fe等13种重金属的含量及分布特征。结果得出，天津市南、北排污河水中不仅含有不同的重金属元素，每种重金属元素的占比各不相同，且该水体中所含重金属元素的形态比重大小也是参差不齐[12]。国内学者根据不同地域河流的水体水质做了许多研究，无论是地下水还是水源地的水体，重金属元素对水体水质的污染都存在潜在风险，值得我们重视思考；水体重金属污染评价方法研究：如在1982年，北京师大容跃、金键首次提出了模糊数学的方法用于水质重金属污染评价[13]。虽然不同水质评价方法有时候在一个水域通用，但每种评价的方法都有各自的特点并且适用范围都各有差异，所以在我们实际的应用当中一般会将多种评估方法结合使用[14]。1.3研究内容本次研究的内容分为以下几点1、设计实验分析北川河西宁段水样中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属的含量。2、根据Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属的在水样中的含量，利用单因子指数法和内梅罗指数法这两种方法对北川河流域西宁段水体中这六种重金属的污染情况进行分析。3、基于北川河的人口及产业分布和交通流量的特点，对所研究金属进行浓度比较，判断其污染情况。2研究区域位置和研究方法2.1研究区域概况2.1.1北川河流域地理位置概况本节研究的目的地是北川河流域地，位于地大物博的中国西北部。在此具体介绍一些他的地理位置，它在我国绿水青山的青海省东部河湟谷地，蓝天白云的青藏高原东北部、高耸入云的祁连山南麓地区，它是我国黄土高原与青藏高原两大高原的过渡地区（如图1所示）。北川河流流域在青海西宁大通县占比大，它的东南、南部只有些许处在互助县与西宁市城北区边上。经过相关文章搜索得出整体面积高达3371km2，东南低西北高是北川河流域的特点[15]。图1北川河流域地理位置Fig.1GeographicallocationofBeichuanRiverBasin2.1.2北川河流域的地形以及地貌特征北川河流域跨越三大著名地域，分别是黄土高原、祁连山地和青藏高原，并且是这三大地域的交错地带。地质结构复杂，简单说盆地有祁连山系，北有达坊山及兰雀山、中有老爷山以及西有娘娘山。流域南部基本为河谷川水地，而流域北、西、东部则大多数是石质山地，青海省西宁市人民公园内的水源从海拔2280m汇水口接入湟水，因此把流域分为三个区，分别是脑山区、川水区、浅山区[16]。2.1.3北川河气候特征北川河流域位于流域的西北部，青海省的东部，属于高原大陆性气候，北川河流域主要是受到东南海洋季风和蒙古高压的控制，因此冬季时间较长，夏季持续时间较短，全年日照时间较长，昼夜温差较大[18]。2.1.4北川河水资源状况北川河属于黄河的三级支流，水资源丰富，年均水资源总量为6.8ｘ108ｍ３，每年向县域和西宁市供应生产、生活用水共计1.35ｘ108ｍ3[17]。如图2图2北川河内水资源分布状况Fig2DistributionofWaterResourcesinHanoi,Beichuan2.2采样点本次采样共设4个采样点，于1月27-29三天采样，第一个采样点（DBS-1#）在北川河入口水进行采样，第二个采样点（DBS-2#）设在海晏路桥下，第三个采样点（DBS-3#）设在城北区九家湾村北川河，第四个采样点（DBS-4#）设在城北区石头磊北川河。如下表1所示：表1采样点Tab1SamplingpointsDBS-1#北川河入口水DBS-2#海晏路桥下DBS-3#城北区九家湾村北川河DBS-4#城北区石头磊北川河2.3重金属污染评价2.3.1重金属污染评价方法（1）单因子指数法[19]单因子指数是最基本的评估方法，计算公式如2-3-1所示：Pi=（Ci/Si)（2-3-1）(2-3-1)公式中：Pi表示为单项污染指数；Ci表示为污染物实测值；mg/LSi表示为根据需要选取的评价标准；mg/L单因子指数法最基本的评价：Pi<1说明水是处于清洁水平，Pi.>1说明受到一定程度污染。显然Pi值越小越好，越大越不好。(2)内梅罗指数法内梅罗指数法是通过考虑单因子污染指数的最高值以及平均值计算出来的，其计算公式如下所示：（2-3-2）式中PN样点的内梅罗污染指数Pi为单项平均值污染指数；Pi=1Pimax为i采样点的重金属污染物单项污染指数中的最大值Pi和PN的分类指数及污染级别见表2表2水质分类指数及污染级别Tab.2WaterQualityClassificationIndexandPollutionLevel级别轻度污染中度污染重度污染严重污染PiPi＜0.50.5≤Pi＜22≤Pi＜4Pi≥4PNPN＜11≤PN＜33≤PN＜6PN≤6内梅罗指数法优点是运算方便，方便决策者快速决策判断，同时突出了污染较重的重金属污染物的作用。3试验内容3.1样品的采集与处理3.1.1样品采集共设4个采样点，于1月27-29三天采样，在进行采样时，把采集到的水样用表层采水器装置来进行采取，并将其装入1.5L的水样瓶中，拿回样品到化学实验室后，进行北川河流域水样的预处理。并于实验室的冰箱中保存，设置储存温度为4℃。3.1.2水样预处理取100mL待测水样放入250mL烧杯中，加入硝酸溶液2mL放置电炉上蒸发至20mL左右，取下冷却，通过中速滤纸滤入50mL容量瓶中，用0.2%硝酸冲洗烧杯3次，并用0.2%硝酸稀释至刻度。并于实验室的冰箱中保存，设置储存温度为4℃。3.2样品分析与检测方法3.2.1实验主要试剂与主要仪器在实验研究中，采用的主要试剂如表3所示，采用的主要仪器如表4所示：表3主要实验试剂Tab3Mainreagents主要试剂的名称试剂的等级试剂的生产厂家硝酸（HNO3）优级纯(GR)中国国药集团化学试剂有限公司表4主要实验仪器Tab4Mainexperimentslinstruments仪器名称型号厂家用途原子吸收风光光度计TAS-990北京普测析通用公司重金属检测空气压缩机FP-640北京普测析通用公司使用压缩空气作为动力源，安全乙炔气瓶TC-31泰克制造火焰燃烧气空心阴极灯200-38422-XX北京普测析通用公司导电，激发金属原子发射特征谱线3.2.2河流水体重金属测定北川河河流水体重金属元素含量在测定前，对原水样进行消解完全后，将样品在TAS－990火焰原子吸收分光光度计上测量Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属元素的含量。测定AAS基本操作规程如下：1.把空心阴极灯装在灯架上。2.插上仪器的电源，按照本仪器的操作规程来进行检查工作、并且开机预热仪器、点灯、设定各项参数及分析条件。3.先打开空气压缩机接通空气，后打开乙炔气源，调节各自所需要的压力以及流量达到规定值，然后进行点火。4.用空白溶液进行校零，等待基线稳定后，进行样品分析测试工作，并记录各个重金属的浓度数据。5.测量各个重金属浓度完毕后，依次用1%硝酸和去离子水各喷雾5分钟以清洗燃烧器。6.清洗仪器已经完毕以后，熄灭火焰。4结果与分析4.1北川河西宁段河流水体重金属4.1.1水体重金属含量如下图可知水体中Cu、Zn、Cr、Hg、Cd、Pb六种重金属元素的含量，不同采样点水样中重金属元素含量(mg/L) 4.2水体重金属污染评价4.2.1水质评价采用我国《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）对水体中各重金属元素进行质量评价。评价结果如表5所示：查GB水质标准如下图表5(单位mg/L)表5六种《地表水环境质量标准》Tab56EnvironmentalQualityStandardsforSurfaceWater项目标准值ⅠⅡⅢⅣⅤHgCr(六价)CuZnPbCd≤≤≤≤≤≤0.000050.010.010.050.010.0010.000050.051.01.00.010.0050.00010.051.01.00.050.0050.0010.051.02.00.050.0050.0010.11.02.00.10.01(1)水体中重金属污染评价采用以上六种地表水环境质量标准（GB3838－2002）对重金属进行评价,将Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属的含量对照标准进行分级。各采样点水质评价结果如表6所示：表6采样点水质评价结果Tab6Waterqualityevaluationresultsofsamplingpoints日期CuZnCr6+HgCdPb27日

DBS-1#DBS-2#DBS-3#DBS-4#28日DBS-1#DBS-2#DBS-3#DBS-4#29日DBS-1#DBS-2#DBS-3#DBS-4#ⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤⅤ平均值ⅡⅡⅡⅠⅤⅤ从表四采样点水质评价结果中可得出：北川河流域西宁段采样中，重金属Cu、Cr6+的水质均为Ⅱ级，该水质比较好，重金属Zn的水质在Ⅰ级和Ⅱ级之间，水质比较好，重金属Hg的水质为Ⅰ级，水质优，Cd、Pb这两种重金属的水质为Ⅴ级，污染严重。4.2.2水体重金属污染评价我们以测定的北川河流域西宁段水样数据为基础，对Pb、Zn、Cu、Cr、Hg、Cd等这6个典型的水体中重金属进行污染评价。如表8，表9阐明了两种方法所代表的污染等级。表7单项污染指数法污染等级Tab7pollutiongradeofsinglepollutionindexmethod单项污染指数法污染程度Pi等级非污染轻污染中污染重污染Pi≤11＜Pi≤22＜Pi≤3Pi＞31234表8内梅罗综合指数法污染等级Tab8Nemerocompositeindexmethodpollutionlevel内梅罗综合指数法P综污染等级污染程度P综≤0.70.7＜P综≤1.01.0＜P综≤2.02.0＜P综≤3.0P综＞3.0Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级无污染低度污染轻度污染中度污染重度污染单项污染指数法单项污染指数法的评价结果如表9所示：表9单项污染指数法Tab9Singleitempollutionindexmethod重金属元素单项污染指标污染程度等级CuZnCrHgCdPb0.050.04550.1650.0452非污染非污染非污染非污染重污染轻污染111152上面表9结果表明：北川河流域西宁段重金属Cu、Zn、Cr、Hg这四种的污染程度为非污染、评价等级都为1级，重金属Cd的评价等级为5级，为重污染，而重金属Pb为轻污染，污染评价等级为2级。(2)内梅罗综合指数法内梅罗综合指数法的评价结果也证实了单项污染指数法的结论是准确的，如表10：表10内梅罗综合指数法Tab10Nemerocompositeindexmethod重金属元素P综污染程度评价等级CuZnCrHgCdPb0.050.0460.1770.0452无污染无污染无污染无污染重度污染轻度污染ⅠⅠⅠⅠⅤⅡ上面表10结果表明：北川河流域西宁段重金属Cu、Zn、Cr、Hg这四种的污染程度为无污染、评价等级为Ⅰ级，重金属Cd的评价等级为Ⅴ级，为重度污染，而重金属Pb为轻度污染，污染评价等级为Ⅱ级。5结论5.1主要结论本论文针对北川河西宁段流域水体中的Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属含量测定,并结合相关的西宁市社会经济发展情况，利用单项因子指数法和内梅罗综合指数法对北川河流域西宁段Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属的污染进行评价，得出以下结论：（1）就研究流域内水体而已，Cd在测定中均为V级重度污染，Pb在测定中为Ⅱ级轻度污染，Cr、Hg、Zn、Cu这四种重金属在水体中的含量评价结果均为I级，因此这四种重金属对该水体无任何污染。（2）北川河西宁研究段所赋存的Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种重金属平均浓度大小依次为：Pb＞Zn＞Cd=Cu＞Hg＞Cr。（3）以上几种重金属污染评价的分析结果表明，根据重金属浓度的结果，北川河研究段中重金属Cd污染最为严重，其次为重金属Pb,而Cu、Zn、Cd、Cr。这四种重金属无污染程度；Cd和Pb处于重度污染-轻度污染级别，具有较高的生态污染风险。而Zn、Cu、Cr、Hg均处于无污染级别。5.2不足首先，因为技术条件、经费等原因，本次采样点就设置了四个，相对来说比较少，在对实验结论的分析中可能会存在一点偏差。在今后的研究中，会吸取这次的经验，增加采样点的布设，这样就可以更加准确得到研究区河流的重金属污染情况。对研究段河流重金属污染做出更准确的重金属污染评价。其次，相关研究表明，元素As、Fe等是北川河的重要的重金属污染元素，但是本次测定重金属含量只测定了Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Hg六种，对研究段的重金属污染情况分析不完全。最后，因为受到自己知识掌握情况以及时间的分配问题等，河流重金属污染评价得出结论时指出北川河河流西宁段重金属污染评价为使结果更客观，应把重金属的污染评价方法结合起来研究。参考文献[1]LiangJ.,LiuJ.,XuG.,ChenB.DistributionandtransportofheavymetalsinsurfacesedimentsoftheZhejiangnearshorearea,EastChinaSea:Sedimentaryenvironmentaleffects[J].MarinePollutionBulletin,2019,146,542-551.[2]梁卉.城市地表径流胶体与重金属协同污染及下渗迁移行为研究[D].北京建筑大学,2020.[3]邵伟.螯合剂对河道沉积物中重金属的解吸研究[D].太原理工大学,2015.[4]张慧敏.人类强烈影响地区土壤与灰尘中重金属的污染特征及风险评价[D].浙江大学,2017.[5]ZourarahMB,MaananC,CarruescoA,etal.Fifty-yearsedimentaryrecordofheavymetalpollutioninthelagoonofOualidia(MoroccanAtlanticcoast)[J].Estuarine,CoastalandShelfScience,2007,72:359-369.[6]耿雅妮.河流重金属污染研究进展[J].中国农学通报,2012,28(11):262-265.[7]P.WoitkeJ,WellmitzD,HelmP,etal.Analysisa