Adsorption of Pb, Cd to Fe, Mn oxides in natural freshwater surface coatings developed in different seasons

Metal oxides( Fe, Mn oxides) in natural surface coatings(biofilms and associated minerals) are believed to play a significant role n the fate and transport of trace metal in aquatic environments. Seasonal variation of Fe, Mn oxides and organic materials in surface oatings, which were developed periodically on glass slides in Nanhu Lake, Jilin Province, China over the time frame of three seasons,was investigated in order to understand the influence of metal oxides on Pb and Cd adsorption to heterogeneous surface coating materials(biofilm). Pb and Cd adsorption was measured under controlled laboratory conditions( mineral salts solution with defined speciation, ionic trength 0.05 mol/L, 25~C and pH 6.0). The classical Langmuir adsorption isotherm was applied to estimate equilibrium coefficients of Pb nd Cd adsorption to the surface coatings. In general, components in the surface coatings varied greatly with seasons altering and btained higher concentrations in summer while the content of iron oxides always exceeded that of manganese oxides. Correlation nalyses between the maximum adsorption of Pb and Cd and components in the surface coatings developed periodically indicated that Pb hase association with Mn oxides and Cd phase association with Fe oxides as well as Mn oxides were statistically significant. Effect of Mn xides on Cd adsorption was confirmed in view of its higher content in the surface coatings. The importance of ferromanganese oxides for b and Cd adsorption to the natural surface coatings developed in different seasons was evidenced.     

Investigation on Fe, Mn, Zn, Cu, Pb and Cd fractions in the natural surface coating samples and surficial sediments in the Songhua River, China

Natural surface coating samples （NSCSs） from the surface of shingles and surficial sediments （SSs） in the Songhua River, China were employed to investigate the relationship between NSCSs and SSs in fractions of heavy metals （Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, and Cd） using the modified sequential extraction procedure （MSEP）. The results show that the differences between NSCSs and SSs in Fe fi＇actions were insignificant and Fe was dominantly present as residual phase （76.22% for NSCSs and 80.88% for SSs） and Fe-oxides phase （20.33% for NSCSs and 16.15% for SSs）. Significant variation of Mn distribution patterns between NSCSs and SSs was observed with Mn in NSCSs mainly present in Mn-oxides phase （48.27%） and that in SSs present as residual phase （45.44%）. Zn, Cu, Pb and Cd were found dominantly in residual fractions （〉48%）, and next in solid oxides/hydroxides for Zn, Pb and Cd and in easily oxidizable solids/compounds form for Cu, respectively. The heavy metal distribution patterns implied that Fe/Mn oxides both in NSCSs and SSs were more important sinks for binding and adsorption of Zn, Pb and Cd than organic matter （OM）, and inversely, higher affinity of Cu to OM than Fe/Mn oxides in NSCSs and SSs was obtained. Meanwhile, it was found that the distributions of heavy metals in NSCSs and SSs were similar to each other and the pseudo-total concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd in NSCSs were greater than those in SSs, highlighting the more importance for NSCSs than SSs in controlling behaviours of heavy metals in aquatic environments.     

再悬浮作用下长江口近岸沉积物中Cd、Pb和Cr的迁移与释放

利用PES（particle entrainment simulator）模拟装置,实验测定了不同的扰动强度和时间对长江口沉积物中Cd、Pb和Cr再悬浮释放和迁移的影响.在再悬浮过程中,上覆水中溶解态Cd、Pb和Cr的质量浓度分别在0.015～0.157、0.013～0.890和0.066～1.468μg.L-1之间变...     

小清河表层沉积物重污染区重金属赋存形态及风险评价

测定了小清河表层沉积物重污染区间隙水中重金属(Cu、As、Pb、Zn、Cr、Cd和Ni)的质量浓度,采用改进的BCR顺序提取法分析了沉积物中重金属的赋存形态,并分别基于美国水质基准(CCC、CMC)和风险评价编码法(RAC)、潜在生态风险指数法对间隙水和表层沉积物中重金属的毒性及生态风险进行评价.结果表明,小清河沉积物间隙水中的重金属基本不会对水生态系统产生毒性.除As外,表层沉积物中6种重金属的含量显著高于土壤背景值,呈现明显的累积效应.沉积物中Cu、As和Ni主要赋存于残渣态,Pb、Cr主要赋存于可氧化态和残渣态,Zn、Cd以酸可溶解态和可还原态为主.Cd、Zn、Cr和Pb的有效态含量高于残渣态,有较高的二次释放潜力.RAC的评价结果表明,沉积物中Cu、Pb、Cr和As处于无风险到低风险级,Ni处于低风险到中等风险级,Cd处于中等到高风险级,Zn处于中等到极高风险级,不同重金属RAC的平均值依次为CdZnNiAsCuCrPb.潜在生态风险指数法的评价结果表明,沉积物中除Cd有强~很强生态风险外,其他6种重金属均表现为低生态风险,RI值介于136.83~264.83,研究区采样点处于中等~强生态风险.     

渤海湾表层沉积物重金属在不同粒级有机-矿质复合体中的分布

采用超声分散法分离沉积物中不同粒级有机-矿质复合体,研究了渤海湾沉积物中Pb,Cd,Cr等重金属的污染及其在不同粒级有机-矿质复合体中的分布.结果表明,3种重金属含量总体上随着复合体粒径增大而减小.X射线衍射(XRD)结果显示,随着沉积物粒径的增大,主要来自原生矿物的石英和长石等岩石结构物质的含量增加,但这些物质中的重金属含量较低.渤海湾表层沉积物中重金属污染主要发生在以次生硅酸盐矿物及硅、铁、铝等氧化物或氢氧化物为主的细粒沉积物上,细粒样品由于其较大的比表面积和富含有机质的特性,通过吸附、沉淀、离子交换等,导致所含重金属含量较高.粘粒复合体中Pb含量是粗砂中的2.3倍,Cd是粗砂的3.8倍,而Cr是粗砂的2.8倍.      

新疆地表水体重金属生态风险评估

系统分析新疆主要地表水体中重金属暴露特征,并基于可利用的毒性数据,采用安全阈值法（MOS₁₀）评价了水体中6种典型重金属对水生生物的生态风险.结果表明：新疆地表水重金属暴露浓度平均顺序为Ni > Zn > Cu > Cr > Cd >Pb,均值都未超过世界卫生组织（WHO）饮用水健康标准.重金属生态风险评价结果表明,短期暴露下,6种重金属的MOS₁₀均大于1,Cr、Cd、Cu、Pb、Ni和Zn暴露浓度超过影响10%的水生生物的概率分别为9.95%、9.40%、9.40%、1.72%、6.08%和0,说明6种重金属对水生生物的短期生态风险较小;长期暴露下,Zn的MOS₁₀大于1,Cr、Cd、Cu、Pb和Ni的MOS₁₀均小于1,Cr、Cd、Cu、Pb、Ni和Zn暴露浓度超过影响10%的水生生物的概率分别为15.40%、12.01%、24.80%、15.70%、98.25%和0,说明Zn的生态风险较低,Cr、Cd、Cu、Pb和Ni对水生生物具有长期潜在的生态风险,且6种重金属对水生生物的生态风险大小依次为Ni > Cu > Pb > Cr > Cd > Zn.     

舟山近岸海域沉积物中重金属的生物有效性研究

对舟山附近海域沉积物中的酸可挥发性硫化物（AVS）、同步提取重金属（SEM）和5种重金属的分布进行了调查,并用（SEM-AVS）差值法对上述重金属的生物有效性进行了研究。结果表明,该海域表层沉积物中AVS和SEM含量均较低,AVS含量范围为0.005~4.21 μmol/g,平均含量为0.546 μmol/g,SEM含量范围为0.3356~1.614 μmol/g,平均含量为0.7998 μmol/g;表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr和Cd的平均含量分别为24.65×10-6、27.21×10-6、114.5×10-6、58.26×10-6和0.142×10-6。（SEM-AVS）差值法的结果表明除5个站位外,其余站位沉积物中重金属对生物可能具有中等毒性。     

粤东近岸海域表层沉积物重金属污染评价及来源解析

为了解粤东近岸海域表层沉积物重金属的空间分布、污染程度、生态风险和潜在来源,对粤东近岸海域153个表层沉积物样本中重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As）含量的分布特征进行分析,采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对粤东近岸海域表层沉积物重金属污染状况和潜在生态危害程度进行评价,利用相关性分析和主成分分析方法,结合重金属排放特点解析了重金属污染物的主要来源。结果表明,7种重金属含量均不同程度超过了背景值,入海河口及其附近区域是重金属的主要富集区。地累积指数的评价结果显示,各重金属污染程度为Pb>Cu>Hg>Zn>Cr>As>Cd。潜在生态危害指数评价结果表明,粤东近岸海域表层沉积物重金属整体表现为中等程度的生态风险,Hg和Cd是主要的贡献因子,需加强监测。分析表明,粤东近岸海域表层沉积物中重金属主要来自电子垃圾拆解、化石燃料燃烧、涉重金属企业排放、农业生产活动和船舶排污。     

曼谷湾沉积物重金属元素的富集效应与生物有效性

2010年在曼谷湾(泰国湾北部)及其北部主要河口(湄干河、拉塞河、湄南河和邦巴功河)采集了46个表层沉积物样品,分析了样品中重金属元素(Cd、Co、Cu、Pb、Zn)的含量水平,并用Al均一化数据,获得消除了粒度效应的重金属地球化学特征.利用1mol/L的HCl对该区沉积物进行了处理,通过分析沉积物重金属在酸溶相和残渣相的分布,揭示其生物有效性.结果表明,曼谷湾周边河流沉积物中重金属元素含量明显高于曼谷湾;曼谷湾沉积物中重金属(Co、Cu、Pb、Zn)从北向南随着离岸距离的增加而增加,Cd没有明显分布规律;地累积指数显示Cd和Pb存在显著的地球化学富集特征.Cd和Pb在酸溶相中的比例相对较高,表明其生物有效性较高,易引发二次污染.     

贵州高原普定水库水环境重金属的时空分布特征及风险评价

为了解乌江上游普定水库水环境中重金属污染水平及其污染程度,于2018年对普定水库表层水体以及表层沉积物6种重金属（Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb）含量及其时空分布进行了研究,并分别采用综合污染指数评价法、地积累指数评价法和潜在生态风险指数法对表层水体和表层沉积物的污染程度和生态风险进行了评价.结果表明:①普定水库表层水体ρ（Hg）、ρ（As）、ρ（Cu）、ρ（Ni）、ρ（Cd）、ρ（Pb）的范围分别为（0.004±0.003）（0.050±0.044）（4.225±3.117）（18.343±17.093）（0.845±0.739）（6.155±5.747）μg/L,其中ρ（Hg）、ρ（As）、ρ（Ni）、ρ（Cd）、ρ（Pb）在季节性变化上具有相似规律,均表现为冬季>秋季>春季>夏季,ρ（DO）与ρ（Hg）、ρ（As）和ρ（Cu）均呈显著相关,说明这3种重金属含量可能受到ρ（DO）影响.②普定水库表层沉积物w（Hg）、w（As）、w（Cu）、w（Ni）、w（Cd）、w（Pb）的范围分别为（0.06±0.02）（14.75±4.88）（166.60±74.74）（87.43±51.18）（1.89±0.26）（206.34±110.33）mg/kg,其中w（Pb）、w（Cd）和w（Cu）平均值分别为贵州省土壤元素背景值的6.0、5.8和5.0倍;重金属含量沿程分布特征存在季节性差异,w（Cd）、w（Pb）、w（Hg）、w（Cu）、w（Ni）在秋冬季最高,w（Cd）、w（Pb）、w（Hg）沿程逐渐升高,在大坝口达到最高值,呈现出明显的空间分布特征,表明从上游到下游重金属污染逐渐严重.③采用综合污染指数法分析表明,普定水库水质未受到重金属污染;采用地累积指数法评价表明,普定水库表层沉积物以Cu、Ni、Pb、Cd污染为主;潜在生态风险指数法表明,Cd和Pb具有较高的风险值,是普定水库重金属生态风险的主要来源.研究显示,普定水库水环境主要受外源污染,矿山开采以及冶炼活动可能是造成重金属含量较高的主要原因之一,因此需要加强普定水库水环境重金属综合治理,尤其是对Cd和Pb污染的治理.      

长江口邻近海域表层沉积物重金属赋存形态及生态危害评估

为探究长江口东南支海域表层沉积物重金属形态分布特征及污染状况,本研究于2019年12月在长江口邻近海域采集了18份表层沉积物样品,使用微波消解法以及改进后的沉积物重金属形态分析的连续提取法分别分析了沉积物中7种重金属（Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、As、Ni）的总量和各形态含量,结合沉积物质量基准（SQG）、风险商（HQ）等方法初步探讨了长江口邻近海域表层沉积物中重金属的赋存形态特征,并评估了其生态风险。结果显示,从近岸到近海,重金属含量梯度逐渐减小,除Cd、Cr属于Ⅱ级标准,其余重金属平均含量均达到海洋沉积物质量Ⅰ级标准。长江口邻近海域沉积物呈中性?弱碱性,属还原环境;Zn、Pb、Cd以次生相为主要赋存形态,对环境条件变化较为敏感,其中Cd次生相的质量分数最高（74.2%）,且以可还原态为主要赋存形态,Cu、Cr、As、Ni以原生相为主要赋存形态,性状相对稳定。生态风险评估结果表明,长江口邻近海域表层沉积物重金属的组合生物效应对水生生物产生危害的概率较低。As与Cd元素的生态风险较高,尤其是Cd,易被生物利用,对环境危害性更强,需要引起重视。     

南方丘陵区河流表层沉积物重金属污染评价

采样分析南方丘陵山区瓯江、钱塘江、闽江、九龙江沉积物中重金属含量,并对其来源及生态风险进行研究.结果显示,沉积物中Mn、Zn、As、Cd、Pb、V在九龙江有较高浓度,Ni、Cu在钱塘江浓度最高,Cr、Sb在瓯江浓度最高,而Al、Co和V的最高浓度分布在闽江.但重金属含量空间差异不显著.SQGs、Igeo和EF评价显示,Cd在研究区沉积物中污染最为严重,呈中度至重度污染,其次是Mn、Zn、Pb,其在研究区部分地区存在轻度污染,其他重金属处于无污染状态.RI评价显示,研究区河流沉积物存在极高重金属潜在生态风险,尤其是Cd.相关分析和PCA分析显示,Zn、As、Cd、Pb来自于自然过程、矿业开采及农业生产过程,Cr、Ni、Sb来自于工业生产过程产生废水,Al、Co和V来自于自然过程,而Cu则来源于混合源.pH值、TP、TN和LOI是影响水体中重金属含量的重要因子.本研究为河流生态系统的健康和保护提供重要依据.     

大辽河感潮段及其近海河口重金属空间分布及污染评价

为了解大辽河感潮段及其近海河口重金属污染水平,对其上覆水、悬浮颗粒物和表层沉积物中6种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn)的含量及空间分布分别进行了研究,并分别采用综合污染指数法和地累积指数法对其水体和表层沉积物重金属污染程度进行评价.结果表明,研究区域上覆水重金属浓度的高低顺序为Pb相似文献   

长江下游不同源沉积物中重金属特征及生态风险

不同来源沉积物中重金属的污染特性差异明显,影响了它们的危害程度.采集长江下游市政、矿山、工业及港口来源的沉积物,并用ICP-AES测定常量元素.原子吸收光谱测定Cu、Zn、Pb,Cd、Cr 5种重金属.结果表明,重金属在市政来源中含量中等且分布相对均匀,矿山来源的以Cu、Pb为主.工业来源的金属含量均较高,港口来源Cd的含量最高.重金属均有一定的富集,尤其是Cd的富集系数,最高达到7.3.通过重金属与常量元素的主成分分析研究了沉积物中重金属的来源,发现市政来源的重金属主要来自雨水冲刷城市下垫面及管道内壁,矿山来源重金属的特点由矿山开采及尾矿淋滤决定,工业来源重金属大多由机械碎屑和金属溶解产生,港口来源重金属主要是密集的运输船与车辆气体排放引起.采用Hakanson的生态风险指数法对不同来源沉积物中重金属进行风险评价,其单因子生态危害程度为Cd>Cu>Pb>Cr>Zn,综合潜在生态风险指数表明,不同来源重金属的危害程度依次为港口源>工业源>矿山源>市政源.     

重金属污染沉积物质量评价研究—以太湖为例

以太湖的表层沉积物为研究对象,运用相平衡分配法(EqP)探讨了沉积物中4种重金属(Cu, Pb, Zn, Cd)的沉积物质量基准(CSQC)值;根据美国国家环境保护局(US EPA)基于水生生物对重金属的最终慢性毒理水平的淡水水质基准,制定了太湖4种重金属(Cu, Pb, Zn,和Cd)的沉积物质量基准值分别为145.2,308.72,293.01,0.46mg/kg.以此CSQC为参比值,参考潜在生态危害指数法对各元素赋予不同的权重值,运用综合污染指数法对太湖沉积物重金属的环境质量进行评价,结果显示,2010年8~9月太湖沉积物质量基本为良.这一结果与沉积物重金属总量分析结果一致.     

大风江口海域沉积物酸可挥发性硫化物、重金属分布及风险评价

为了解广西北部湾典型亚热带主要入海河口区——大风江口海域沉积物重金属生物毒性/生态风险现状,以2018年7月在该区域采集的10个采样点表层沉积物为基础,采用冷扩散法提取样本中酸可挥发性硫化物（acid volatile sulfides,AVS）,并同步提取重金属（simultaneously extracted heavy metals,SEM）,采用碘量法测定AVS含量,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定同步浸提的Cr、Cu、Zn、Cd、Pb等5种重金属元素含量（同步提取的5种重金属含量之和用∑SEM表示）,并利用∑SEM/AVS比值法和∑SEM-AVS差值法进行沉积物重金属生态风险评价.结果表明:大风江口海域表层沉积物AVS含量范围在0.33~9.30 μmol/g之间,平均值为（3.63±2.76）μmol/g,AVS含量呈现由河流向入海河口区域递减的趋势;∑SEM范围在2.12~27.08 μmol/g之间,平均值为（7.61±7.32）μmol/g,∑SEM呈由河流向开阔海域先增加后递减的趋势;相比于其他海区,大风江口海域沉积物中AVS含量和∑SEM均较高.大风江口海域沉积物中AVS含量与溶出液pH（7.59~8.89）、沉积物氧化还原电位（E_h）（-165~182 mV）均呈显著负相关,表明沉积环境中E_h和pH越低,越有利于AVS的生成.大风江口及邻近海域表层沉积物中∑SEM/AVS和∑SEM-AVS的变化范围分别为0.62~15.33和-3.49~22.90 μmol/g.研究显示,大风江口海域表层沉积物中重金属具有潜在中等或高的毒性生态风险,应加强重金属污染防控.      

湘江水系沉积物重金属元素分布特征及风险评价

对湘江流域水系沉积物中9种重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sb、Zn）含量进行统计分析,以地累积指数（I_geo）为参数分析了1982年以来湘江流域重金属污染程度的变化趋势,采用富集因子法和对数回归模型评价了重金属污染程度和潜在水生生物风险,并采用主成分分析法判别了重金属的可能污染来源.结果表明：湘江流域水系沉积物中重金属的空间分布极不均匀,近30a以来重金属元素的I_geo大体呈缓慢上升的趋势,长株潭地区和衡阳地区大部分重金属元素的I_geo逐渐降低.湘江流域污染程度最高的重金属元素为Cd,其次为As和Hg,郴州地区呈现出以Cd为主,多种重金属复合污染特征,具有很强的潜在水生生物危害性,是湘江流域污染最严重的地区.水系沉积物中重金属可能的2个主要污染来源为采选、冶炼废水的排放和尾矿库的泄漏,岩石的化学风化和河流的搬运作用.     

临水河表层沉积物中的重金属污染评价

选取临水河底部表层沉积物为研究对象,采用地质累积指数、潜在生态危害指数对其重金属污染进行评价。结果表明:沉积物Cr、Cd、Cu、Pb的含量介于203.971~412.363 mg/kg,浓度由高到低依次为Cr>Cu>Pb>Cd;Cd、Cu、Pb的空间变异系数较大,依次为82.8%、65.1%和43.1%,表明这3种重金属可能存在点源污染;Cr的空间变异系数较小,为28.2%,说明该重金属可能存在面源污染。地质累积指数表明:Cd和Cr的污染等级分别为3~5级和1~2级,为中度污染到极强度污染,Cu和Pb无污染。潜在生态危害指数RI值为280.54~879.27,污染程度为中等污染至很强污染。Cd为河流表层沉积物重金属污染的最大贡献者。     

稻草生物炭对土壤中Cd2+和Pb2+的吸附特性

为了探究稻草生物炭对土壤中重金属Cd2+和Pb2+的吸附机制,采用水稻秸秆在500℃下热解制备稻草生物炭,设置不同吸附时间、Na+和Ca2+离子强度、pH等影响因素,拟合稻草生物炭对重金属的吸附动力学、吸附等温线;在此基础上,采用黄沙模拟土柱试验得出稻草生物炭固定Cd2+和Pb2+的穿透曲线,着重分析比较pH和Na+离子强度对稻草生物炭吸附固定重金属的影响.结果表明:在高pH、低离子强度下,稻草生物炭对重金属的吸附效果较好;当pH为6时,稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附效率分别为92.58%、63.36%;当离子强度为10 mmol/L时,稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的最高吸附效率分别为97.58%、68.35%;准二级动力学模型能很好地拟合稻草生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附规律,拟合系数（R2）均大于0.995 8,表明稻草生物炭吸附速率主要由化学吸附机制决定;此外,稻草生物炭对Pb2+的吸附规律适合采用Langmuir等温吸附模型进行描述,而对Cd2+的吸附规律采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能进行很好的模拟,表明稻草生物炭对Pb2+的吸附是近似单分子层吸附,而对Cd2+的吸附存在多分子层吸附.由黄沙土柱模拟试验结果得出,稻草生物炭对Pb2+和Cd2+的滞留率随着pH的升高和离子强度的降低而增强.在Pb2+和Cd2+同时存在条件下,当pH为6、离子强度为1 mmol/L、稻草生物炭按黄沙质量的0.5%投加时,稻草生物炭对土柱中Pb2+、Cd2+的滞留效果最好.研究显示,高pH对稻草生物炭吸附固定重金属起到促进作用,而高离子强度对稻草生物炭吸附固定重金属起到抑制作用.      

湖北省铜绿山矿区农业土壤重金属形态及生物有效性

以铜绿山矿区农业土壤为研究对象,采用BCR连续提取法提取并测定了土壤中Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属的形态和含量,分析了重金属各形态、土壤p H和有机质之间的相关性;并对重金属分布特征和有效性进行了分析,探究土壤本身性质对矿区农业土壤重金属及其生物有效性的影响因子。结果表明:矿区农业土壤受到重金属不同程度的污染,重金属的污染程度大小为:CuZnPbCd;各重金属之间存在不同程度的相关性,Pb和Zn之间显著相关,二者可能属于同源污染物;四种重金属总量与土壤的p H和有机质不存在相关性;Pb与Cu、Zn和Cd有效态含量之间有显著相关性,表明矿区农业土壤中重金属Pb与Cu、Zn和Cd有效态含量之间相互促进、相互影响的作用较强;矿区农业土壤p H值与Pb_(可还原态)、Cd_(可还原态)、Cd_(弱酸提取态)、Cd_(可氧化态)之间均存在显著相关关系;有机质含量与Pb_(可还原态)、Pb_(残渣态)、Cu_(残渣态)、Cd_(弱酸提取态)、Cd_(可还原态)、Cd_(可氧化态)之间相关性显著,可见土壤的p H值、有机质都会对土壤中重金属的化学形态产生一定的影响;土壤中Pb、Cd的生物有效性主要受其全量、土壤p H和有机质的影响,而Zn和Cu受其全量、土壤p H和有机质的影响较小。