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1、珠江口沉积物中珠江口沉积物中 重金属污染状况及其生态影响评重金属污染状况及其生态影响评价价0404环境科学班环境科学班劳搌华、曾建军、钟燕娌、谢惠如劳搌华、曾建军、钟燕娌、谢惠如珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价一、一、重金属污染简介重金属污染简介二、二、重金属在水体中的迁移转化机制重金属在水体中的迁移转化机制三、三、研究珠江口沉积物中重金属污染的意义研究珠江口沉积物中重金属污染的意义四、四、珠江口沉积物中重金属污染状况概述珠江口沉积物中重金属污染状况概述五、五、珠江口沉积物中重金属污染调查及其生态影响评价珠江口沉积物中重金属污染调查及其生态影响评价六、六、重金属的治理对策重金属的治
2、理对策珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价重金属污染重金属污染：密密度度在在5 5以以上上的的金金属属统统称称为为重重金金属属，有有4545种种之之多多，人人们们熟熟悉悉的的有有金金、银银、铜铜、铅铅、锌锌、镍镍、钴钴、镉镉、铬铬和和汞汞等等。不不过过，从从环环境境污污染染方方面面所所说说，主主要要是是指指生生物物毒毒性性显显著著的的汞汞、镉镉、铅铅、铬铬、砷砷等等和和具具有有一一定定毒毒性性的的锌锌、铜铜、钴钴、镍镍、锡锡等等。重重金金属属污污染染的的特特点点是是，即即使使排排出出的的浓浓度度很很小小，也也可可能能造造成成污污染染甚甚至至很很大大的的危危害害，像像发发生生在在日日本本
3、的的水水俣俣病和骨痛病就是由汞污染和镉污染造成的公害病。病和骨痛病就是由汞污染和镉污染造成的公害病。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价重金属对生物体的危害主要取决于水中重金属的重金属对生物体的危害主要取决于水中重金属的形态，而不是取决于重金属的总浓度各种络合形态，而不是取决于重金属的总浓度各种络合物，沉淀物及吸附物的毒性小于溶解在水中的金物，沉淀物及吸附物的毒性小于溶解在水中的金属离子的毒性属离子的毒性许多研究工作都证实了被有机配位体螯合的铜是许多研究工作都证实了被有机配位体螯合的铜是无毒的，铜的毒性随着被螯合的程度而下降，即无毒的，铜的毒性随着被螯合的程度而下降，即铜的毒性是由铜的
4、无机态所造成的铜的毒性是由铜的无机态所造成的所以我们需要知道重金属在水环境中的形态影响所以我们需要知道重金属在水环境中的形态影响因素因素珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价重金属在水环境中的迁移转化机制重金属在水环境中的迁移转化机制1 1水解作用水解作用2 2沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡3 3氧化还原作用氧化还原作用4 4络合解离平衡络合解离平衡5 5吸附解吸作用吸附解吸作用6 6某些重金属的生物甲基化作用某些重金属的生物甲基化作用珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价吸附解吸作用吸附解吸作用重金属进入水体后，绝大部分会马上被水中的悬重金属进入水体后，绝大部分会马上被水中的悬浮物和沉
5、积物吸附浮物和沉积物吸附天然水体中存在大量的悬浮颗粒物，如黏土矿物，天然水体中存在大量的悬浮颗粒物，如黏土矿物，水合氧化物等无机高分子化合物和腐殖质等有机水合氧化物等无机高分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水体中存在的主要胶高分子化合物，它们是天然水体中存在的主要胶体物质体物质胶体有巨大的比表面，表面能和带电荷，能够强胶体有巨大的比表面，表面能和带电荷，能够强烈递吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体烈递吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移有重大影响中的迁移有重大影响珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价重金属在沉积物中的存在形态重金属在沉积物中的存在形态可交换离
6、子态：指在黏土矿物及其他成分上的重金属离子，可交换离子态：指在黏土矿物及其他成分上的重金属离子，水相中重金属的组成和浓度变化主要受这部分重金属吸附水相中重金属的组成和浓度变化主要受这部分重金属吸附和解吸过程的影响这种形态对水环境变化最敏感和解吸过程的影响这种形态对水环境变化最敏感与碳酸盐结合态：是指与颗粒物中碳酸盐结合在一起或碳与碳酸盐结合态：是指与颗粒物中碳酸盐结合在一起或碳酸盐沉淀结合的重金属，这部分重金属对值变化最为酸盐沉淀结合的重金属，这部分重金属对值变化最为敏感，在酸性条件下易溶解释放敏感，在酸性条件下易溶解释放铁锰氧化物结合态：是以铁锰结核或凝结物形式存在颗粒铁锰氧化物结合态：是以
7、铁锰结核或凝结物形式存在颗粒上，也有的呈胶膜状覆盖在颗粒上，这部分重金属在氧化上，也有的呈胶膜状覆盖在颗粒上，这部分重金属在氧化还原电位降低时容易释放出来还原电位降低时容易释放出来有机物和硫化物结合态：指重金属以不同形态进入有机质有机物和硫化物结合态：指重金属以不同形态进入有机质中，同有机质发生螯合作用而形成螯合态盐类或硫化物，中，同有机质发生螯合作用而形成螯合态盐类或硫化物，比较稳定，不易被生物所吸收利用比较稳定，不易被生物所吸收利用碎屑矿物态：也叫残渣态，指在黏土矿物等晶格里的重金碎屑矿物态：也叫残渣态，指在黏土矿物等晶格里的重金属，不能被生物吸收，是生物无法利用的部分属，不能被生物吸收，
8、是生物无法利用的部分珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价珠珠江江口口是是我我国国三三大大河河口口之之一一, ,生生物物多多样样性性丰丰富富, ,是是幼幼鱼鱼幼幼虾虾的的繁繁殖殖保保护护区区, ,也也是是多多种种珍珍稀稀水水生生生生物物, ,如如中中华华白白海海豚豚，江江豚豚，黄黄唇唇鱼鱼等等的的栖栖息息地地和和重重要要增增养养殖殖水水域域。近近1010多多年年来来, ,珠珠江江三三角角洲洲地地区区社社会会经经济济迅迅猛猛发发展展, ,使使珠珠江江口口水水域域生生态态环环境境发发生生较较大大变变化化, ,污污染染状状况况加加剧剧。对对于于沉沉积积物物中中重重金金属属污污染染，其其具具有有
9、潜潜在在的的，长长期期的的危危害性害性, ,极有可能对环境造成二次污染。极有可能对环境造成二次污染。因因为为在在受受重重金金属属污污染染的的体体系系中中, ,水水相相中中的的重重金金属属含含量量甚甚微微, , 即即使使接接近近污污染染物物排排放放口口，水水中中重重金金属属的的含含量量也也不不高高。而而且且随随机机性性大大, ,其其含含量量分分布布常常因因排排放放状状况况与与水水动动力力条条件件的的不不同同而而不不同同；但但沉沉积积物物中中的的重重金金属属含含量量由由于于累累积积作作用用往往往往比比相相应应水水相相中中的的含含量量要要高高, ,且且表表现现出出较强分布规律。较强分布规律。 珠江口
10、沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价从从沉积物中重金属的含量可以判断研究区受污沉积物中重金属的含量可以判断研究区受污染的程度；研究重金属的含量的水平分布可以追染的程度；研究重金属的含量的水平分布可以追踪其污染源踪其污染源, ,了解其扩散范围了解其扩散范围研究沉积物重金属在柱状样不同层位的含量分研究沉积物重金属在柱状样不同层位的含量分布布, ,可了解所研究区域重金属的污染历史，把柱状可了解所研究区域重金属的污染历史，把柱状样重金属含量与未污染区背景值进行对照样重金属含量与未污染区背景值进行对照, ,则可反则可反映出不同历史阶段人类活动对所研究区域重金属映出不同历史阶段人类活动对所研究区域重金属
11、的输送量的变化情况的输送量的变化情况对沉积物中重金属进行生态影响评价，可以了对沉积物中重金属进行生态影响评价，可以了解重金属对环境和生物的潜在危害性解重金属对环境和生物的潜在危害性 珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价时时间间上上：月月的的重重金金属属含含量量高高于于月月的的含含量量，这这种种季季节节性性差差异异，可可能能跟跟珠珠江江口口水水体体盐盐度度，潮潮流流，河河水水径径流流等等因因素素有有关关，受受径径流流，潮潮汐汐流流，河河海海水水混混合合等等过过程程的的影影响响地地形形上上：通通过过研研究究得得出出珠珠江江口口表表层层沉沉积积物物中中重重金金属属Zn,Cr,Cu,CdZn,
12、Cr,Cu,Cd得得含含量量分分布布特特点点呈呈现现由由西西北北渐渐向向东东南南递递减减得得分分布布趋趋势势珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价周周边边沿沿岸岸大大于于中中心心，因因为为受受到到陆陆源源污污染染物得影响物得影响西西岸岸大大于于东东岸岸，因因为为东东岸岸受受到到弱弱潮潮流流得得影影响响，而而且且西西岸岸由由河河流流携携带带入入海海的的陆陆源源污污染染物物在在河河口口弯弯西西侧侧形形成成最最好好的的沉沉积积环环境境，主主要要的的表表层层沉沉积积物物是是粉粉砂砂质质黏黏土土沉沉积积，细细粒粒径径沉沉积积物物吸吸附附力力较较强强珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价重金属
13、在生物里面的分布状况重金属在生物里面的分布状况底栖生物体中重金属残毒量呈现出以下规律性，鱼类和软底栖生物体中重金属残毒量呈现出以下规律性，鱼类和软体动物体动物:PbAsCdHg;:PbAsCdHg;甲壳动物甲壳动物:AsCdPbHg:AsCdPbHg。不同生物对重金属的富集能力不同，同一种生物对不同重不同生物对重金属的富集能力不同，同一种生物对不同重金属的富集能力不同金属的富集能力不同, ,其大小顺序依次为其大小顺序依次为: :鱼类鱼类:PbHgAsCd;:PbHgAsCd;甲壳动物甲壳动物:CdHgAsPb;:CdHgAsPb;软体动物软体动物:PbCdHgAs:PbCdHgAs。甲壳动物和
14、软体动物体内。甲壳动物和软体动物体内CdCd和和PbPb存在的严存在的严重积累问题。重积累问题。底栖生物重金属残毒质量评价表明底栖生物重金属残毒质量评价表明, ,珠江口底栖生物均未珠江口底栖生物均未受到重金属污染。受到重金属污染。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价这里我们具体以中国科学院南海海洋研究所和香港这里我们具体以中国科学院南海海洋研究所和香港理工大学在理工大学在19971997年年6-76-7月做的研究项目为例。月做的研究项目为例。1 1采样和分
15、析测定采样和分析测定 利利用用无无扰扰动动重重力力采采样样器器在在珠珠江江口口采采集集了了2121个个柱柱状状沉沉积积物物样样品品, ,采采样样点点的的选选择择主主要要依依据据河河口口区区的的不不同同水水动动力力模模型型，具具体体布布点点的的情情况况见见( (图图1)1)。所所有有样样品品置置烘烘干干箱箱内内105105。C C恒恒温温烘烘干干, ,剔剔除除砾砾石石、木木屑屑及及贝贝壳壳、杂杂草草等等动动植植物物残残体体，玛玛瑙瑙球球磨磨机机研研磨磨后后过过180180目目筛筛供供分分析析用用。样样品品的的CuCu，PbPb，ZnZn，CrCr含含量量采采用用 等等 离离 子子 体体 原原 子
16、子 发发 射射 光光 谱谱(ICP-AES)(ICP-AES)方方法法测测定定;Cd;Cd，AsAs，HgHg分分别别用用石石墨墨炉炉原原子子吸吸收收法法和和比色法分析。比色法分析。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价2 2分析结果分析结果重金属总量分布及富集特征：重金属总量分布及富集特征：珠珠江江口口沉沉积积物物中中的的重重金金属属总总量量（见见表表1 1）。由由表表1 1可可见见, ,珠珠江江口口表表层层沉沉积积物物中中的的PbPb，CuCu，ZnZn，CrCr的的含含量量明明显显比比其其它它大大城城市市和和工工业业中中心心附附近近的的河河口口要要低低, ,原原因因可可能能是是珠珠
17、江江口口周周围围相相对对较较短短的的工工业业发发展历史以及对重金属具有较强吸附能力的黏土成分含量较低。展历史以及对重金属具有较强吸附能力的黏土成分含量较低。重重金金属属ZnZn，CrCr，CuCu，CdCd的的含含量量分分布布呈呈现现由由西西北北逐逐渐渐向向东东南南递递减减的的趋趋势势( (图图1 1，表表1),1),如如ZnZn的的平平均均含含量量为为110.85x10110.85x10-6-6mg/kg,mg/kg,其其在在靠靠近近珠珠海海的的A A，B B站站含含量量分分别别为为185x10185x10-6-6mg/kgmg/kg，210x10-210x10-6 6mg/kg,mg/kg
18、,明明显显高高于于东东南南面面的的7-107-10号号站站的的平平均均含含量量值值82.00x10-82.00x10-6 6mg/kgmg/kg。CrCr，CuCu，CdCd等等元元素素也也有有类类似似的的分分布布特特征征。重重金金属属元元素素PbPb，AsAs，HgHg的的含含量量分分布布无无明明显显规规律律, ,但但仍仍可可看看出出靠靠近近深深圳圳的的6A6A，7 7和和靠靠近近珠珠海海，澳澳门门的的B B，D D等等4 4个个站站明明显显高高于于其其它它站站。在在6A6A，7 7，B B，D D等等4 4个个站站的的PbPb平平均均含含量量为为65.25x1065.25x10-6-6mg
19、/kg,mg/kg,大大于于其其总总平平均均含含量量59.43x10-59.43x10-6mg/kg6mg/kg。 珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价65.2565.25以以上上特特征征表表明明, ,珠珠江江口口表表层层沉沉积积物物的的重重金金属属分分布布可可能能主主要要受受大大城城市市陆陆源源污污染染物物的的影影响响( (如如重重金金属属元元素素PbPb的的分分布布),),同同时时也也与与水水动动力力条条件件如如强强径径流流和和潮潮汐汐的的变变化化有有关关( (如如7-107-10号号站站由由于于径径流流量量大大, ,潮汐变化频繁潮汐变化频繁, ,大多数重金属的浓度均较低大多数重金
20、属的浓度均较低) )。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价为为了了评评估估人人类类活活动动对对珠珠江江口口表表层层沉沉积积物物重重金金属属富富集集的的影影响响, ,以以工工业业化化前前全全球球沉沉积积物物中中重重金金属属最最高高值值为为背背景景参参照照值值, ,计计算算重重金金属属的的富富集集系系数数( (表表2),2),可可见见无无论论平平均均值值还还是是中中值值,21,21个个表表层层样样品品中中只只有有HgHg富富集集系系数数大大于于1.0,1.0,其其平平均均值值为为1.42,1.42,中中值值为为1.361.36。就就最最大大值值而而言言,Hg,Hg为为2.882.88，Cu
21、Cu为为1.261.26，ZnZn为为1.201.20，CdCd为为1.101.10，PbPb为为1.091.09。就就平平均均值值而而言言, ,本本区区重重金金属属元元素素富富集集程程度度依依次次为为HgPbCuCrHgPbCuCr，ZnAsCdZnAsCd。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价3 3、沉积物中重金属生态危害评价、沉积物中重金属生态危害评价（1 1）评价方法）评价方法这这里里选选用用瑞瑞典典科科学学家家HakansonHakanson提提出出的的潜潜在在生生态态危危害害指指数数法法进进行行评评价价。根根据据这这一一方方法法, ,某某一一区区域域沉沉积积物物中中第第i
22、i种种重重金金属属的的潜潜在在生生态态危危害害系系数数ErEri i及及沉沉积积物物中中多多种种重重金金属属的的潜潜在在生生态态危危害害指指数数RIRI可分别表示为可分别表示为: :式式中中:cf:cfi i为为重重金金属属的的富富集集系系数数(cf(cfi i=cs=csi i/cn/cni i);cs);csi i为为表表层层沉沉积积物物重重金金属属i i浓浓度度的的实实测测值值;cn;cni i为为计计算算所所需需的的参参照照值值, ,参参照照值值采采用用工工业业化化以以前前沉沉积积物物中中重重金金属属的的最最高高背背景景值值( (表表3);Tr3);Tri i为为重重金金属属i i的的
23、毒毒性性系系数数, ,它它主主要要反反映映重重金金属属的的毒毒性性水水平平和和生生物物对对重重金金属污染的敏感程度属污染的敏感程度, ,有关重金属的毒性系数见表有关重金属的毒性系数见表3 3。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价表表3 3 重金属的参照值重金属的参照值(cn(cni i) )和毒性系数和毒性系数(Tr(Tri i) )沉积物重金属生态危害程度的划分标准：沉积物重金属生态危害程度的划分标准：ErEri i4040或或RI 150RI 150为生态轻微危害为生态轻微危害; ;40Er40Eri i8080或或150 RI 300150 RI 300为生态危害中等为生态危害中
24、等; ;80Er80Eri i160160或或300 RI 600300 RI 600为生态危害强为生态危害强; ;160Er160Eri i320600RI 600为生态危害很强为生态危害很强; ;ErEri i320320为生态危害极强。为生态危害极强。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价（2 2）评价结果）评价结果按按工工业业化化以以前前沉沉积积物物中中重重金金属属最最高高背背景景值值为为参参照照值值的的计计算算结结果果列列于于表表4 4，从从表表4 4可可知知2121个个站站点点没没有有300300的的点点, ,表表明明珠珠江江口口生生态态危危害害不不是是很很强强, ,有有两两
25、个个点点: :除除1212号号站站和和A A号号站站接接近近或或位位于于于于150150300,300,属属中中等等的的生生态态危危害害外外, ,其其他他站站点点的的值值均均小小于于150,150,属属轻轻微微的的生生态态危危害害。珠珠江江口口沉沉积积物物中中的的值值均均小小于于160,160,危危害害较较严严重重的的元元素素为为Hg,Hg,其其平平均均值值为为56.69,56.69,其其中中在在1212号号站站和和A A号号站站的的值值分分别别为为115.20115.20和和110.40,110.40,位位于于80Eri16080Eri160强强的的生生态态危危害害之之列列, ,在在2,4,
26、5,6A,7,8,9,10,11,13,14,15,16,C,D2,4,5,6A,7,8,9,10,11,13,14,15,16,C,D等等站站点点的的值值属属于于40Eri8040Eri80中中等等生生态态危危害害; ;其其余余的的均均属属于于Eri40Eri C C d d P P b b C C u u A A s s C C r r Z Z n n。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价水体沉积物中重金属在一定的物理化学条件下会向水体沉积物中重金属在一定的物理化学条件下会向水体释放，从而导致水质恶化。对于水体中重金属的治水体释放，从而导致水质恶化。对于水体中重金属的治理而言，一方
27、面要减少外源性污染物的排放，另一方而理而言，一方面要减少外源性污染物的排放，另一方而要改善内源性环境。因此提出如下对策要改善内源性环境。因此提出如下对策: :减少外源性重金属的进入。要大力控制污水中重金属的排放，减少外源性重金属的进入。要大力控制污水中重金属的排放，尽可能建立污水处理厂。尽可能建立污水处理厂。调节水质的氧化特性和酸碱度，以控制沉积物中重金属向水调节水质的氧化特性和酸碱度，以控制沉积物中重金属向水体释放，造成二次污染。体释放，造成二次污染。对严重污染的底泥的治理。对上底泥疏浚，并填入清洁泥沙对严重污染的底泥的治理。对上底泥疏浚，并填入清洁泥沙或碎石，可以有力地抑制底泥对河水的二次
28、污染，若用具有或碎石，可以有力地抑制底泥对河水的二次污染，若用具有吸附功能的粘土作为铺填物，则有望进一步改善水质。吸附功能的粘土作为铺填物，则有望进一步改善水质。进行水体生态修复与重建。有必要栽培一些耐性较强且速生进行水体生态修复与重建。有必要栽培一些耐性较强且速生的植物，萃取水体沉积物底泥中的重金属。的植物，萃取水体沉积物底泥中的重金属。有些河流水体的重企属是以悬浮物中含量为主，悬浮物来源有些河流水体的重企属是以悬浮物中含量为主，悬浮物来源于水土流失，因些减轻重金属污染、迁移扩散的途径主要是于水土流失，因些减轻重金属污染、迁移扩散的途径主要是开展植树造林，防止水土流失。开展植树造林，防止水土流失。珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价！珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价珠江口沉积物中重金属污染状况及其生态影响评价
