白洋淀铁锰的分布水平及迁移特征_梁淑轩

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摘 要:为确定白洋淀的铁锰分布水平,在白洋淀国控点 采 集 上 覆 水 和 沉 积 物 进 行 监 测 分 析 ,并 通 过 潜 在 迁 移 指 数 评 价 了 铁 锰的潜在风险。结果表明:白洋淀上覆水中铁 锰 含 量 平 均 值 分 别 为 0.10 mg/L、0.41 mg/L,其 中 铁 能 够 达 到 地 表 水 水 质 标 准,锰超标。沉积物中铁含量平均值为2.49 mg/kg;锰 含 量 在 府 河 入 淀 口 南 刘 庄 浓 度 达 到 2260 mg/kg,明 显 高 于 其 他 采 样 点,其余几个采样点的平均值为95mg/kg。铁的存在形态浓度从 大 到 小 依 次 为:残 渣 态 > 酸 溶 态 > 可 还 原 态 > 可 氧 化 态;锰 的存在形态浓度顺序为:酸溶态>残渣 态 > 可 还 原 态 > 可 氧 化 态。 沉 积 物 中 铁、锰 的 潜 在 迁 移 指 数 平 均 值 分 别 为 46.95%、 62.23% 。 说 明 锰 的 潜 在 迁 移 可 能 性 大 于 铁 ,更 易 形 成 二 次 污 染 。 关 键 词 :白 洋 淀 ;铁 ;锰 ;分 布 特 征 ;潜 在 危 险 性 中 图 分 类 号 :X142 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1672-9250(2014)04-0513-05
某种重金属的 PMI取 值 越 接 近 100%,则 表 示 该金属在环境中的 潜 在 迁 移 性 越 强 (或 活 性 越 强); 相反,重金属 的 PMI值 越 小 (或 接 近 于 0),则 表 明 该 金 属 在 环 境 中 的 稳 定 性 越 强 (或 惰 性 越 强 )。 这 样 可以通过比较 重 金 属 的 PMI值 来 直 观 地 反 映 重 金 属的稳定度高低。
在8个国控监测点采集上覆水样品和沉积物样 品。用有机玻璃 定 深 采 水 器 采 集 水 面 下 0.5 m 处 的水作为上覆水样 品,用 彼 得 逊 采 泥 器 采 集 表 层 沉 积物作为沉积物 样 品。 上 覆 水 加 入 保 存 剂:测 定 铁 的水样,每100mL 样 品 中 加 入 HCl 2 mL;测 定 锰 的水样,用 HNO3酸 化 至 pH<2[6]。 之 后 将 水 样 带 回实验室4 ℃保 存,用 于 分 析。 沉 积 物 样 品 保 存 于 洁净的密封袋中,带 回 实 验 室 后 自 然 风 干,研 磨、过 100 目 筛 ,装 入 样 品 袋 ,备 用 。
素的影响,不 同 采 样 点 的 铁 锰 含 量 有 一 定 的 差 异。 Fe含量的 最 高 值 来 自 8 号 采 样 点,其 含 量 达 到 了 0.22 mg/L;4 号 采 样 点 含 量 最 低 ,为0.05 mg/L。8 个不同采样点含量的 平 均 值 为 0.10 mg/L。Mn 含 量的 最 高 值 来 自 8 号 采 样 点,其 含 量 达 到 了 1.24 mg/L;最 低 值 来 自 4 号 采 样 点 ,含 量 为 0.04 mg/L。 8 个 不 同 采 样 点 含 量 的 平 均 值 分 别 为 0.41 mg/L。
DOI:10.14050/j.cnki.1672-9250.2014.04.018
2014 年 第 42 卷 第 4 期 Vol.42.No.4,2014
地 球 与 环 境 EARTH AND ENVIRONMENT
513
白洋淀铁锰的分布水平及迁移特征
梁淑轩,秦 哲,王云晓,刘 洁
(河北大学化学与环境科学学院,河北 保定 071002)
38°55.059 116°01.124 1.58
38°54.927 115°59.802 1.58
38°56.100 116°00.524 1.95
38°54.175 115°56.651 1.30
水温 (℃) 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 18.0 18.5 21.0
往第1步的残渣中加入20mL 新配制浓度为0.5mol/L 的盐酸羟胺(硝 酸 酸 化,pH 值 约 为 2),用 手 振 荡 离 心 管 使 残 渣 全 部 分 散 ,再 按 第 1 步 方 法 进 行 振 荡 、离 心 ,移 液 、洗 涤 。
编号
名称
S1
端村
S2 采蒲台
S3
圈头
S4 光淀张庄
S5 枣林庄
S6 王家寨
S7 烧车淀
S8 南刘庄
经纬度
Baidu Nhomakorabea
水深


(m)
38°50.807 115°56.954 3.10
38°49.744 116°01.150 4.00
38°51.420 116°01.559 5.00
38°53.603 116°01.523 2.73
第4期
梁 淑 轩 等 :白 洋 淀 铁 锰 的 分 布 水 平 及 迁 移 特 征
515
步骤
酸溶态 (简称 B1)
可还原态 (简称 B2)
可氧化态 (简称 B3)
残渣态 (简称 B4)
表 2 沉 积 物 中 不 同 赋 存 形 态 提 取 过 程
Table 2 Methods of extracting different forms in sediments
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地 球 与 环 境
2014 年
图 1 取 样 点 位 置 图 Fig.1 Sampling sites in the Baiyangdian Lake
表 1 采 样 点 物 理 指 标
Table 1 Physical indices of the sampling sites
采样点
PMI=B1∑+BBi2×100% 式中:PMI—某种重金属 的 潜 在 迁 移 指 数,取 值 0% ~100%;B1—某种重金属 的 可 交 换 态 的 质 量 分 数, mg/kg;B2—某 种 重 金 属 的 可 还 原 态 的 质 量 分 数, mg/kg;∑Bi—重金属的四种 形 态 的 质 量 分 数 之 和, 即该金属 在 沉 积 物 中 的 质 量 分 数,mg/kg;i—指 重 金属 BCR 连续提取中的第i种形态,i=1,2,3,4。
沉 积 物 中 铁 、锰 含 量 如 图 3 所 示 。 8个采样点沉积物中铁、锰总量 有 一 定 的 差 异。 1号采样点沉积物中 铁 含 量 最 高,含 量 为 5.23 mg/ kg;最低值 来 自 3、7 号 采 样 点,含 量 均 为 1.38 mg/ kg,各 点 平 均 值 为2.49mg/kg。重 金 属 锰 含 量 在8
为定量描述铁 锰 的 二 次 释 放 污 染,本 文 引 入 铁 锰的 潜 在 迁 移 指 数 计 算 (Potential Mobile Index,
PMI)的概念 。 [9] 潜 在 迁 移 指 数 的 含 义 是 指 沉 积 物 中 某 种 重 金 属 在 环 境 中 可 能 向 其 它 介 质 (如 植 物 、水 体 等 )迁 移 的 部 分 所 占 该 金 属 总 量 的 质 量 百 分 比 ,即 表示迁移能力的强弱。计算方法为:
改进 BCR 法提取过程
称取烘干后的样品0.5g于离心管中,加入20mL 浓度为0.11mol/L 的醋酸,室温下振荡16h,振荡过程中确保样品处于 悬浮状态,于转速4000r/min下离心20min,上清液转移入聚 乙 烯 瓶 中,储 存 于 4 ℃ 冰 箱 内 以 备 分 析。 往 残 渣 中 加 入 20 mL 去离子水进行洗涤,振荡15min,于转速4000r/min下离心20min,弃掉上清液。
铁和锰是水体 中 常 见 的 重 金 属,且 在 水 体 生 态 系统中起着一定的作用。铁锰均是水生植物生长所 必须的微 量 元 素,同 时,作 为 氧 化 还 原 敏 感 元 素,它 们 在 沉 积 物 -水 界 面 及 其 附 近 的 迁 移 转 化 行 为 既 反 映 了 氧 化 还 原 条 件 的 改 变 ,还 常 常 伴 随 着 其 他 元 素 的 迁 移 转 化[3]。 近 年 来 ,水 体 中 的 铁 锰 含 量 及 其 迁 移 转 化 规律以及潜在危害已经引起了广大学者的关注[4,5]。
本文基于白洋淀国控点上覆水和沉积物中的铁 锰 含 量 测 定 结 果 ,分 析 了 白 洋 淀 的 铁 锰 分 布 水 平 ,并 通过沉积物中的铁锰形态分析了铁锰的潜在迁移危 害水平。
1 实验部分
1.1 采 样 点 布 设 本文以白洋淀 淀 区 为 研 究 对 象,采 样 点 设 置 在
白洋淀的8个国家 控 制 监 测 点,分 别 为:端 村、采 蒲 台、圈头、光淀张庄、枣 林 庄、王 家 寨、烧 车 淀 和 南 刘 庄。采样点具体位置 如 图 1 所 示,各 采 样 点 的 基 本 状况如表1所示。 1.2 样 品 采 集 与 制 备
地表水水质标准 中 铁、锰 的 限 值 分 别 为 0.3 和 0.1mg/L[10],由此可 知,白 洋 淀 国 控 点 的 铁 含 量 均 在限值 以 内,能 够 达 标;锰 含 量 存 在 超 标 情 况,除 2 号 和 7 号 采 样 点 外 ,其 他 均 超 标 。 2.2 白 洋 淀 沉 积 物 铁 锰 含 量 2.2.1 白 洋 淀 沉 积 物 中 铁 锰 含 量 分 析
采用 SPSS 软 件 进 行 双 变 量 相 关 性 分 析,用 Spearman相关系数计算各组数据之间的相关 关 系。 用 Origin 软件进行绘图分析。
2 结果与讨论
2.1 白 洋 淀 上 覆 水 铁 锰 含 量 分 析 上 覆 水 中 铁 、锰 含 量 如 图 2 所 示 。 由于受到母质 来 源、水 位 水 量 及 人 为 扰 动 等 因
白洋淀是我国 华 北 平 原 上 最 大 的 淡 水 湖 泊,由 大小不等 的 100 多 个 淀 泊 组 成,面 积 为 366km2。 地处大清河水系中 部,永 定 河 冲 积 扇 与 滹 沱 河 冲 积 扇之间的低洼地区,在 拦 蓄 洪 水、调 节 气 候、改 善 生 态 环 境 、发 展 旅 游 事 业 等 方 面 发 挥 了 重 要 作 用 ,故 有 “北国江南”、“华 北 明 珠”之 称 。 [1] 滞 蓄 萍 河、瀑 河、 白沟河、漕河、府河、清水河、唐 河、孝 义 河、潴 龙 河 9 条入淀河道的洪沥 水,所 以 白 洋 淀 又 有 九 河 末 梢 之 称 。 但 上 世 纪 八 十 年 代 以 来 ,连 年 气 候 干 旱 ,流 域 内 工 农 业 需 水 量 增 加 ,上 游 修 建 水 库 人 为 截 断 等 原 因 , 只有府河常年有水 进 入 白 洋 淀,而 府 河 是 上 游 保 定 市排放生活污水、工 农 业 生 产 污 水 的 排 泄 通 道。 白 洋淀在自然因素和 人 类 活 动 的 影 响 下,出 现 了 水 资 源短缺、水 体 污 染 严 重、生 态 系 统 退 化 等 一 系 列 问 题 [2],白 洋 淀 水 环 境 问 题 日 益 严 重 。
收 稿 日 期 :2013-01-10;改 回 日 期 :2014-03-13 基 金 项 目 :国 家 重 大 水 专 项 资 助 项 目 (2008ZX07209-008)、河 北 省 科 技 支 撑 计 划 项 目 (10276710D)联 合 资 助 。 第 一 作 者 简 介 :梁 淑 轩 (1967- ),女 ,教 授 。E-mail:liangsx168@126.com.
1.3 样 品 测 定 上覆水铁锰的测 定 参 考 《水 和 废 水 监 测 分 析 方
法》(第四版)[6];沉 积 物 样 品 的 测 定 参 考 《湖 泊 富 营 养化调查规范》(第二版)[7]。铁锰形态分为酸溶 态、 可还原态、可氧化 态、残 渣 态,分 析 测 定 采 用 改 进 的 BCR 法[8],该 方 法 是 欧 洲 共 同 体 标 准 物 质 局 (Euro- pean Community Bureau of Reference)在原有 BCR 方法的基础上的进 一 步 修 正,提 取 沉 积 物 中 重 金 属 的 不 同 赋 存 状 态 ,具 体 步 骤 如 表 2 所 示 。 1.4 数 据 分 析
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