巢湖沉积物不同粒径颗粒物中重金属赋存、吸附行为及生态风险评价

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在水动力的作用下,浅水湖泊沉积物-水界面沉积物易受到扰动并发生再悬浮,悬浮颗粒物上的重金属会释放到水体中,从而造成了潜在的生态风险。再悬浮过程中,不同粒径颗粒物的悬浮时间有很大差异,因此不同粒径颗粒物造成的潜在生态风险也会有所差异,本研究以此为背景展开研究。在浅水湖泊巢湖设置5个采样点,以巢湖表层沉积物为研究对象,根据斯托克斯沉降公式对采集的表层沉积物进行湿沉降,以便于分离出所需的粒径组分即(<1 μm、1-2.5 μm、2.5-5 μm、5-10 μm、10-30 μm)。然后采用 Tessier 法对这五组粒径颗粒物及原泥进行形态分析,并对各粒径颗粒物进行理化性质测定(有机质、非晶质氧化铁/铝、游离氧化铁/铝)。其次,研究了各粒径颗粒物对典型金属Cu、Pb的吸附特征。最后采用各种常见的生态风险评价方法评价各组颗粒颗粒物的潜在生态风险。相关研究结果如下:(1)5个采样点不同粒径颗粒物理化指标浓度都是随着粒径的减小呈增加的趋势,有机质随粒径的变化范围为0.50%~3.96%,Feo为7.10~34.65 g/kg,Fed为50.39~134.36g/kg,Alo为 0.675~6.79 g/kg,Ald为 2.01~11.95 g/kg。(2)不同粒径颗粒物上金属的赋存形态浓度随着粒径的减小呈增加的趋势,As在不同粒径颗粒物上的浓度变化范围是14.15~51.51 mg/kg,Cd的浓度范围是0.130-0.830 mg/kg,Cr 的浓度范围是 59.70~212.0 mg/kg,Cu 的浓度范围是11.57~58.02 mg/kg,Ni的浓度范围是16.31~75.27 mg/kg,Pb的浓度范围是19.63~82.18 mg/kg,Zn 的浓度范围是 54.78-426.8 mg/kg,Cu、Ni、Pb、Zn 等几种重金属有效态浓度整体占总浓度的比例在30%~60%之间,风险相对较高,且以铁锰氧化物结合态和有机物结合态为主。Cd的有效态浓度占总浓度的90%以上,其中有效态中以第一态离子交换态为主,占比达到70%左右,另外Cr和As的残渣态比重较大,约占其总浓度的90%。(3)本研究中准二级动力学及Freundlich模型对Cu、Pb拟合效果更好,各采样点原泥对Cu、Pb的吸附能力大小是5#采样点>1#采样点>3#采样点,Cu、Pb 吸附量范围分别为 4616.7~5611.4 mg/kg、15102.6~16684.1 mg/kg.各采样点不同粒径颗粒物对Cu、Pb的吸附量均是粒径越小吸附量越大。不同粒径对Cu的吸附量范围为 3170.6~8494.2mg/kg,对 Pb 的吸附量范围为 11811.7~19489.3 mg/kg。(4)生态风险评价结果显示:颗粒物粒径越小其生态风险越大,其中<1 μm粒径的颗粒物的生态风险是粗粒径10~30 μm颗粒物的3~8倍。结果显示Cu的释放风险相对较小,而Cd和Fe的释放风险相对较大。
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