极端暴雨条件下广东北江重金属污染特征

以2012年“6.25”暴雨径流过程为对象,研究广东省北江上游高桥断面在极端暴雨条件下水体理化性质与ρ(Pb)、ρ(Cu)、ρ(Zn)、ρ(Cd)(均为溶解态,下同)的变化过程;基于相关分析法,分析北江水质对水文过程的响应关系及各指标间的内联特点. 结果表明:暴雨径流期间,北江水质呈“大流量、高浓度”的特征. 暴雨径流发生前后4个典型阶段中,阶段Ⅰ(局部产流期)ρ(Cd)、ρ(Pb)仅为(0.48±0.09)和(1.91±0.29)μg/L,ρ(Cu)与ρ(Zn)基本未检出;阶段Ⅱ(以地表径流为主的全流域产流期)ρ(Cd)、ρ(Pb)、ρ(Cu)与ρ(Zn)均迅速上升,最高分别达1.80、12.34、6.18、52.57 μg/L;阶段Ⅲ(以浅层地下水径流为主的全流域产流期)重金属质量浓度整体较洪水期有所下降,但ρ(Pb)仍高于阶段Ⅰ正常水平,ρ(Zn)、ρ(Cu)和ρ(Cd)则低于阶段Ⅰ;阶段Ⅳ(深层地下水产流期)ρ(Cu)与ρ(Zn)已回落至未检出水平,ρ(Cd)持续下降,低于阶段Ⅲ和阶段Ⅰ,ρ(Pb)较阶段Ⅲ有所下降,但仍高于阶段Ⅰ. 暴雨径流期间,溶解态重金属质量浓度与流量及浊度间呈显著正相关(P<0.01),ρ(Zn)与ρ(Pb)、ρ(Cd)的相关系数均在0.85以上(P<0.01).      

高速公路雨水径流重金属污染初期效应

通过对8场降雨高速公路路面雨水径流中溶解态和颗粒态Cd、Cu、Pb和Zn 4种重金属进行现场取样检测,在定性分析径流重金属污染初期效应存现的基础上,定量分析了重金属污染初期效应的显著程度,并探讨了降雨特征对径流重金属污染初期效应的影响.无因次累积负荷分数-累积体积分数曲线分析结果表明,大多数降雨事件中总重金属存在较显著的初期效应,除溶解态Pb不具有初期效应外,其余溶解态与颗粒态重金属均存在较显著的初期效应.少数降雨事件的径流在中后期存在二次冲刷效应.初期冲刷比值分析结果表明,拦截并处理径流初期25%流量(径流的体积分数,下同)可去除整个降雨事件中所排放的35%～39%(质量分数,下同)的重金属污染负荷.总重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Cu>Zn>Pb;溶解态重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Zn>Cu>Pb;颗粒态重金属初期效应的显著程度顺序为:Cu>Cd>Pb>Zn.重金属初期冲刷比值与降雨特征相关性分析表明,平均降雨强度对径流重金属污染负荷初期效应的影响显著,降雨历时、降雨量、前期晴天数和产流时间对径流重金属污染负荷初期效应的影响较小.     

城市路面径流重金属排放规律及初期效应研究

在西安市城市主干道南二环太白立交高架段设置路面径流采样点,采用降雨-产流-产污同步观测的试验方法,对2014年7月—2015年8月的6场降雨径流事件进行采样,监测径流过程中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd的浓度变化,并研究其污染排放规律及初期冲刷效应。结果表明:路面径流污染排放规律与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态重金属浓度均在径流初期达到峰值;颗粒态重金属浓度峰值出现时间略滞后于雨强峰值;重金属总量初期冲刷程度的强弱和溶解态重金属的差异较大,重金属总量初期冲刷程度越强,溶解态重金属反而越弱。     

降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染排放的影响

在西安市城市主干道南二环路太白立交高架段设置路面径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2014年7月~2015年9月的13场径流事件全程采样,共获得样品207个,测试径流过程SS、COD、溶解态COD、Cu、溶解态Cu、Pb、溶解态Pb、Cr、溶解态Cr、Cd、溶解态Cd的质量浓度变化,研究降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染质量浓度变化和负荷排放的影响.结果表明,西安市城市道路径流SS、COD污染严重,是径流的主要污染物,重金属Pb、Cr污染水平亦较高;径流过程中污染物质量浓度变化与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态污染物排放不受降雨特征影响,均在径流初期达到质量浓度峰值随即持续降低,颗粒态污染物的质量浓度峰值出现在足够大的降雨强度峰值之后,径流过程随雨强变化波动显著,且受降雨历时和降雨量等因素的共同影响;降雨特征对溶解态污染物负荷排放的影响较小,但对颗粒态污染物具有显著影响.Ⅰ、Ⅱ型降雨事件较之Ⅲ型降雨,SS、COD、Cu、Pb、Cr、Cd的负荷初期冲刷效应更明显;路面径流的负荷初期冲刷效应并非普遍存在,所监测径流场次所有污染指标均未出现强烈的负荷初期冲刷,各污染物的负荷初期冲刷程度排序为CODSS溶CODCuPbCr溶CuCd溶Pb溶Cr溶Cd.     

洋山港潮间带海域重金属相间分布及生物累积分析与评价

洋山港作为上海航运中心的重要组成部分,日益繁忙的港口运营带来的重金属污染可能会对当地生态系统产生影响.因此,本文在洋山港海域采集了水相(溶解态和悬浮态)、沉积物相及生物相的样品,并系统分析了Cu、Pb、Cd、Zn、As和Hg等6种重金属的含量.结果表明,水相中溶解态重金属以Zn和Hg为主,但Zn、Hg、Cd和As在水相悬浮物中的存在比例更高,Cu和Pb则大部分存在于溶解态中;Cd是沉积物相中主要的污染重金属,且对生态风险的贡献最大;Cu、Pb、Zn、As和Hg更倾向分配于悬浮物中而非沉积物中;僧帽牡蛎体内主要检出了Cu、Pb、Zn和Cd等4种重金属,前两者主要是来自海水中溶解态重金属的富集,而后两者则来自于悬浮态重金属的富集.目前,通过食用洋山港潮间带僧帽牡蛎进入人体的重金属的风险较低,但洋山港运营对周边海域造成的重金属污染应该受到密切关注.     

城市地表灰尘-降雨径流系统重金属生物有效性研究

以上海中心城区为例,定点采集地表灰尘、径流悬浮物、雨水口和河流沉积物,探讨重金属在地表灰尘-降雨径流系统中的环境行为及其生物有效性变化.研究表明,研究区域地表灰尘重金属浓度高于上海土壤背景值,其中Zn、Pb、Cd和Cu高出5~7倍,Cr和Ni高出2倍,径流非点源污染Pb、Cr和Ni贡献较大,Cd、Cu和Zn污染程度较轻.多介质赋存形态研究表明,重金属生物有效性依次为Zn>Ni>Cd>Cu>Pb>Cr.其中Cr、Zn和Cu在4种介质中分别以残渣态、碳酸盐态和有机态为主;Ni地表灰尘以残渣态为主,其它3种介质以碳酸盐态为主;Cd地表灰尘以有机态为主,径流悬浮物以非稳定形态为主;Pb在迁移过程中主导形态由铁锰结合态变为有机态.非稳定形态(F1+F2)在径流悬浮物组分中占有最高比例,6种重金属迁移比率平均值为1.74,说明从地表灰尘到径流颗粒物,重金属生物有效性明显升高,径流水体毒性和潜在生态效应值得关注;雨水口和河流沉积物残渣态含量较高,成为重金属在城市地表环境迁移的蓄积库.     

洞庭湖表层沉积物重金属赋存形态及生态风险评价

为深入了解洞庭湖沉积物重金属污染现状及生态风险,采用欧共体物质标准局提出的BCR提取法分析29个表层沉积物中Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的赋存形态,并应用基于重金属形态的RSP（ratio of secondary phase and primary phase,次生相与原生相分布比值法）和RAC（风险评价指数法）评价了沉积物重金属的污染程度与生态风险.结果表明:全湖范围内,Cd主要以弱酸溶解态为主,Cr主要以残渣态和可还原态为主,Cu以残渣态和可氧化态为主,Pb以可还原态和残渣态为主,Zn以残渣态和弱酸溶解态为主;RSP评价结果显示,Cd在全湖范围表现为重度污染,Pb总体表现为中度污染,但在湘、资、沅、澧"四水"入湖口以及东洞庭湖几个采样点表现为重度污染,Cr、Cu和Zn处于轻度污染和清洁水平;RAC评价结果表明,全湖范围内5种重金属生态风险排序依次为Cd > Zn > Pb > Cu > Cr,Cd表现为高等风险,Cu、Pb和Zn表现为中等风险,而Cr表现为低等风险.研究显示,在研究沉积物重金属总量基础上进行重金属形态分析,有助于深入了解重金属对环境的危害.      

大宝山矿区污染水体中重金属的形态分布及迁移转化

对受广东大宝山矿区矿山废水排放污染的横石河水体中的过滤水、悬浮物和沉积物中重金属的污染分布特征及其迁移转化进行了系统地研究.结果表明:该水体的环境污染是以Cu,Zn,Cd和Pb则为主的多金属复合污染,综合污染指数(PI)为2.23～18.11,重金属Cu,Zn,Cd和Pb的溶解态质量浓度分别达13.82,50.83,0.103和2.91 mg/L;Cu,Zn,Cd和Pb的溶解态、悬浮态及总量沿河流断面呈相似的空间分布规律,而As则略有不同,但都是沿水流方向逐渐降低的;由于受低pH的影响,水体中As主要以细微颗粒物悬浮态为迁移载体,而Cu,Zn,Cd和Pb则以水溶态为主要迁移方式; 沉积物中5种重金属元素都以残渣态为主要存在形态,Cd和Pb的可交换态及Cu和Zn的有机态含量很高,说明这4种元素对环境都有一定的潜在威胁性.      

高速公路路面径流沉降过程中重金属去除特性

在对南京机场高速公路令桥段2008年2月~2009年2月15场降雨事件初期路面径流进行自由沉降试验的基础上,考察了自由沉降过程中Cu、Zn、Cd、Pb 4种重金属的去除率随时间的变化特征.同时,重点分析了重金属去除与截留沉速和悬浮固体(SS)去除的关系,并探讨了降雨特征和径流pH值对重金属去除特性的影响.结果表明,沉降开始30min内Cu、Zn、Cd、Pb去除率增长迅速,30min去除率均占2h总去除率的60%以上.Pb的2h平均去除率最高,可达25.62％,Cu、Cd和Zn的2h平均去除率分别为21.20%、19.97%和19.10%.同一重金属的沉降去除率每提高10%,截留沉速范围及上限值减少5倍左右.截留沉速相同时,Pb的去除效果最好,Cd、Cu、Zn的去除效果相差不大.SS与Cu、Zn、Cd、Pb沉降去除率之间的相关性存在差异,Pb多数以颗粒态形式存在,因而SS与Pb沉降去除率相关系数最大,其相关系数为0.8126(p=0.0002）;SS与Cd、Cu、Zn沉降去除率的相关系数分别为0.6871、0.6804、0.7653.路面径流pH值对重金属去除特性的影响显著,与4种重金属沉降去除率均呈正相关,且与Zn、Cd、Pb的相关系数均大于0.5;Zn主要以溶解态形式存在,因而Zn沉降去除率受pH值影响最明显,两者在0.05水平上显著相关(p=0.029).     

城市道路沉积物中重金属生态风险的优化评价

城市道路沉积物中的重金属在降水径流的冲刷下会对受纳水体产生生态风险. 基于重金属的总量、毒性、形态,分别采用单因子污染指数法(P_i)、生态风险指数法(RI)和风险编码评价法(RAC)对青岛市崂山区11条主干道沉积物中4种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的污染状况和生态风险进行评价,评价结果差异较大,建立新的模糊综合评价体系对这3种评价方法进行优化. 结果表明:①道路沉积物中的Cu、Zn、Pb、Cd均存在累积现象,4种重金属的主要来源为交通活动、大气沉降以及路面标识用漆. 重金属各形态分布不均匀,Cu以可氧化态为主,Zn以弱酸提取态为主,Pb以残渣态为主,Cd以生物可利用态(弱酸提取态、可还原态、可氧化态)为主. ②P_i评价结果显示,Cu、Zn、Pb、Cd的P_i值分别为3.80、27.61、1.21、8.33,Zn和Cd表现为重度污染水平,Cu和Pb分别表现为中度和轻微污染水平;RI综合评价结果为高风险,其中Cd属于高风险,其他3种重金属为低风险;RAC评价结果为Zn(40.44%)> Pb(28.24%)>Cd(25.37%)>Cu(3.80%),Zn表现为高生态风险,Pb和Cd表现为中等生态风险,Cu表现为低生态风险. 导致3种评价结果不同的原因是评价方法分别侧重重金属的总量、毒性或形态. ③建立了模糊综合评价体系,设置了新的综合评价标准,优化评价结果表现为Cd(87.4)>Zn(72.04)>Pb(53.96)>Cu(53.56). 这表明重金属的毒性对其生态风险的影响要大于重金属的总量和形态,总量也会一定程度上影响评价结果. 研究显示,在实际工作中,当各种评价方法所得结果存在分歧时,模糊综合评价体系有利于更准确地了解重金属污染状况和生态风险.      

鄱阳湖-乐安河湿地水土环境中重金属污染的时空分布特征

选取流域两岸富含有色金属矿产资源的乐安河及至鄱阳湖段的典型湿地区域,分别于2012年4月(平水期)、8月(丰水期)、11月(枯水期)等不同时段采集不同样点底泥、表土、上覆水等环境样品,监测分析重金属Cu、Pb、Cd的含量,并借助统计分析方法识别乐安河湿地重金属污染的时空分布特征及其来源.结果表明,乐安河流域各样点的重金属Cu含量最高,且各样点重金属的含量值均表现为Cu>Cd>Pb.以丰水期的重金属污染最严重,平水期次之,枯水期的重金属污染最轻.重金属Cu含量的高值区出现在乐安河上游;而重金属Pb含量的高值区出现在乐安河下游及入湖区域;重金属Cd的高值区出现在乐安河中游.表征重金属Cu污染的主成分贡献率为36.99%,表征重金属Cd的主成分贡献率为30.12%.底泥Cu和上覆水Cu、河滩表土Cu含量具有较强的相关性;底泥Cd和表土Cd的含量也表现出强相关性.以上结果反映出水体、底泥和土壤中的Cu污染或Cd污染的来源具有一致性,主要来源于矿山开采排放的重金属酸性污废水;而其余组分间的相关性则表现不甚明显,反映出不同污染物的来源存在一定的差异性.     

陕西西部某工业园区采暖期大气降尘重金属特征

为了解陕西省某工业园区采暖期大气降尘重金属元素特征,于2012年11月20日至2013年3月20日,通过被动采样的方式,采集该区域采暖期的大气降尘样品,利用火焰原子吸收分光光度法测定其中重金属元素Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr和Fe的含量,并分别计算各元素采暖期的日沉降通量和富集因子.结果表明:研究区采暖期大气降尘量普遍较高,并且受园区人为污染源和道路扬尘影响明显;大气降尘中重金属含量分布不均,位于园区内部点位的重金属含量明显大于上风向点位和对照点;各元素之间也有很大的差异,其中,Fe的含量远高于其他6种元素,Pb、Zn含量次之,Cu、Cd、Ni、Cr的含量较小;从采暖期日沉降通量来看,Fe、Zn、Pb的沉降通量较大,Cu、Cr、Ni、Cd的沉降通量较小.而根据富集因子分析结果可知,Zn、Pb、Cu、Cd主要来自人为源,Fe、Cr、Ni与当地的自然地质背景有关.     

Fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater management system and its implications for treatment

A stormwater management system utilizing the mechanisms of sedimentation and filtration/infiltration was developed and constructed for the immobilization of suspended solids and heavy metal constituents （Fe, Zn, Pb, Cr, Cu, Cd, Ni） in runoff. Monitoring took place between May 2010 and November 2012 on a total of 24 storm events. This research on the fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater system provided insight on the actual efficiency of the system and determined the implications for treatment of the particulate-bound and dissolved heavy metals in runoff. Results revealed that the partitioning of heavy metal load in runoff in either dissolved or particulate-bound were influenced by flow rate and total suspended solids load, and evident in high-intensity storm （rainfall-runoff event）. On the other hand, the partitioning of heavy metal load discharge from the stormwater system was more apparent during the early period of discharge having higher variability in dissolved than particulate-bound heavy metal. Findings revealed that fractionation of heavy metals played an important role in the performance of the stormwater system; thus, must be considered in designing stormwater systems. For the stormwater system to be effective, it is recommended to design the system treating not only the early period of a storm （first flush criteria） rather until the peak part of the hydrograph （high flow rate where partitioning was greatest） from a load basis.     

Cu、Zn、Pb、Cd及其混合重金属离子对鲫鱼(Carassiusauratus)DNA甲基化水平的影响

 在重金属离子的暴露作用下,鲫鱼DNA总甲基化水平发生变化.结果表明,Cu、Zn、Pb、Cd及其混合重金属离子极大地提高了鲫鱼肝脏DNA的总甲基化水平;Cu、Zn两种生物元素对DNA总甲基化水平的改变要小于Pb、Cd两种非生物元素;随着混合重金属离子浓度的增加,鲫鱼肝脏DNA的总甲基化水平也有所增高;混合重金属离子对不同组织DNA总甲基化水平的影响不同,肝脏>鱼鳃>肾脏.重金属离子作用下的鲫鱼组织DNA总甲基化水平改变是其产生基因毒性作用的另一种机制.     

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.      

杭州西湖水中四种重金属的形态分布和交换过程研究

研究了西湖水中铜，锰，锌和镉的溶解态和颗粒态的含量分布 ，月变化动脉及水平方向地动态交换，以揭示铜，锰，锌和镉在西湖水中不同相太的分布和迁移转化特征，得出西湖水中重金属的环境现状。     

伊犁河谷典型区域土壤重金属含量状况及评价研究

"十二五"期间自治区加大了对伊犁河谷境内典型生态环境区域集中式饮用水源地土壤、农田、果园、菜地以及昭苏、特克斯和新源三大天然草场土壤汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)八种重金属元素的监测,通过对上述监测数据的统计分析和评价表明:伊犁河谷典型区域土壤重金属含量均低于《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)(二级、旱地)限值,整体处于清洁安全水平,尚未受到人为显著影响.     

污泥在堆肥及油污土壤修复中重金属形态的研究

污泥堆肥工艺是实现污泥减量化,无害化和资源化的重要手段。文章考察了污泥在堆肥前后四类重金属(铜、锌、铅和镉)形态的变化。结果显示,铜、锌、铅和镉在堆肥前后的总量变化不大,Cu、Zn主要以有机结合态和残渣态形式存在,而Pb、Cd主要以残渣态形式存在。堆肥处理过程中可交换态重金属都呈下降趋势,但各种重金属的可交换态变化幅度不同,以Zn和Cd下降幅度最大,Zn的可交换态由堆肥前的10.5%下降到堆肥后的4.8%;Cd的可交换态从堆肥前的3.2%下降到堆肥后的1.8%,下降比例超过和接近50%。随着向土壤中添加污泥及堆肥量的增加,小麦植株地上和地下部分重金属含量也相应增加,且地下部分含量高于地上部分,小麦中重金属含量在地下部与地上部之间的比值恒定,特别是Pd,Cd的地上和地下部分浓度比可分别达到130和15～20,经堆肥处理的污泥可以降低小麦对其中重金属的吸收。将污泥及堆肥腐熟品添加至石油污染土壤中,与对照相比土壤中的石油烃含量有一定幅度的下降,最大下降幅度为19.6%。处理一个月后重金属含量及其形态变化不大,Zn具有向铁锰氧化态转化的趋势。     

铁锰双金属材料对砷和重金属复合污染土壤的稳定化研究

由于矿产资源的共生、伴生现象及历史上采选冶技术的相对落后,我国矿区附近的重金属污染场地多存在复合污染的情况,而稳定化技术是解决该问题的有效措施.本文通过室内模拟培养实验和静态吸附试验,研究了人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)对矿区复合污染土壤中As、Pb、Cd等重金属的稳定化作用和机制.毒性浸出实验结果表明,在3种不同的As和重金属复合污染土壤中,FMBO材料能够对As和Pb等重金属起到较好的稳定化作用,在5%的最大添加量下,FMBO对As、Pb的稳定化效率分别能够达到95.2%~100%和95.5%~97.5%,同时不会引起Cd、Zn和Cu等重金属的活化.由连续提取实验结果可知,FMBO能够使土壤中As和Pb由酸可提取态向可还原态转变,稳定性增强.微观特征分析结果表明,FMBO材料对As的稳定化主要通过表面羟基(—OH)基团的吸附作用,而对Pb、Cd等金属离子则通过吸附、沉淀等多种方式起作用.总体看来,FMBO材料适用于As、Pb等重金属复合污染土壤的治理.