（环境工程专业论文）三峡水库135m蓄水前后水体重金属变异研究.pdf

西南大学硕士学位论文 中文摘要 中文摘要 三峡j ：程运行以后，由于经济增长，城镇人口增加船舶数量增加，排入水体中的污染 物将会增加，如不加以控制，污染负荷必然增加；同时，三峡水库建成后，妖江的水力学条 件会发生变化，水面加宽，水深加大，水流速度减缓，水体的自挣能力减弱；岸边污染带可 能加长加宽，面积加大，污染带中的污染物浓度增加。重金属在不同酸碱和不同氧化还原条 件下会发生一系列反应，可生成易溶于水的化合物随水迁移，或生成难溶性化合物在水中沉 淀。义因它们在水中星离子态，易吸附于悬浮物和胶体上随胶体发生凝聚或消散作用x 出现 在水中。 本文通过对1 3 5m 水位水库蓄水前后上游区、回水变动区、库区水体中重金属含量及其 时空分布规律的对比研究，探讨了成库前后库区重金属污染状况的变化，为进一步研究1 5 6m 、 1 7 5m 水位水库可能出现的问题提供基础数据；同时通过对水体中重金属污染程度和健康风 险的评价，确定优先控制的重金属，从而为环境健康风险管理提供科学依据和主要决策对象。 以朱沱、寸滩( 上游河道区) 、清溪场( 回水变动区) 、万州( 库区) 4 个断面为代表分析 了成库前后四种重金属的水平和垂直分布规律。结果表明，总p b 成库后大于成库前，成库前 后沿程变化趋势基本一致；可溶态p b 成库前大于成库后，沿库区一上游区成库前有增火的趋 势，成库后有减小的趋势。总c u 成库后大于成库前，成库前后沿库区一上游区方向逐渐增大： 除朱沱外，其余断面可溶态c u 成库后犬于成库前。总c d 成库前沿程变化不明显，成库后大 于成库前，沿库区一上游区有增大趋势；可溶态c d 成库前后变化不明显。总h g 和可溶态h g 大多数为未检出，成库前后变化不明显。 成库前后表层( 水面t - - 0 5 m ) 、中层( 0 6 倍水深) 、一f 层( 0 8 倍水深) 均值无明显差异， 成库前除总c u 和可溶态c u 变异系数分别为1 5 6 和1 5 3 # 1 - ，其余变异系数均小于1 0 ， 成库后除总c u 变异系数为1 3 1 外，其余变异系数均小于1 0 。同一监测断面，各重金属在 垂直方向上均无明显差异。 上游区、回水变动区、库区总c d 成库前表现为丰水期 枯水期平水期，总p b 含量成库 前表现为丰水期 平水期兰枯水期：成库前后上游区、网水变动区、库区总c u 表现为丰水期 平水期 枯水期。可溶态c u 枯水期有增大的趋势，平水期和丰水期有降低的趋势。 水体中各重金属含量与基本水质参数相关分析结果表明：成库前干流水体中c d 、p b 与 e h 分别呈极显著负相关以外，其余各重金属含量与各基本水质参数之间相关性不明显；成库 后水体中重金属含量与各基本水质参数之间相关性不明显。成库前s s 和p h 呈显著负相关， 其余指标相关性不明显，成库后s s 与p h 、电导率、e h 关系密切，分别达显著、显著、极显 著水平。胶体的吸附作_ j 是使许多微量金属从天然溶液中转入团相最重要的途径之一，因此 s s 可能通过影响d h 、电导率和le h 而间接影响水体中各重金属的含量。成库前后，水体中可 能存在p b 、c d 复台污染和p b 、c u 复合污染以及c u 、c d 复合污染。 嚣角大学碛一。学往论文中文捎簧 鼍! ! s 毫s ! ! 鼍! ! ! ! 曼曼! ! ! ! ! ! ! 冀寰舞i i ii i i , s ! ! ! ! ! s ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! s 烹 假设三峡水库不同蓄永期上游来水中煎象属输入负荷保持现状，预测了上游来水重金属 输入负荷状况。其中，1 3 5m 莆水时。c d 、p b 和c u 的年输入负荷分别为1 8 3 1t 、2 7 1 2 5t 和 l5 2 6 3 t ：1 5 6 m 蓄水时，c d 、p b 和c u 的年输入负荷分别为1 3 8 3 t 、l8 1 7 9 t 和1 4 4 5 9 t ；1 7 5 m 蓄水时，c d 、p b 和c u 的年输入负荷分别为1 0 7 3 t 、1 5 5 7 0 t 和1 1 8 2 6 t 。表明在三峡水库重金 援的输入灏中。上游来永对库鹾整金属输入的影响不容忽视。在器水的3 个阶段，c u 、s s 均 与流繁其有显著相关性。 成簿暴予漉承蒋中各重佥演革霸予游染指数和n e m e r o w 综台污染指数均有不同程度的增 人，持j i ； 】是p b 污染应该引起重视。健康风险评价结果表明，成痒前詹j 致癌有毒化学物质( h g 、 p b 年c u ) 所引起的健康危害的个人年风险为p b c u h g ，致癌物质对人体健康危害的个人 年风险均大干非致癌物。备类污染物所致个人平均健康危害成库前厨均低于i c r p 推荐的标准， 为可接受水平。 大宁河2 0 0 4 年水质监测结聚袭明，c d 、c u 达到地表求环境鏖懿标准( g b 3 8 3 8 - - 2 0 0 2 ) l 类永溪标准，p b 这i g l l l 粪水菔标准。攀因子污染指数段表现为c d p b c u ，说明c d 、p b 污染翱辩严重一些，n c l t t e r o w 综合污染指数可看出，大宁澍求体中重金属多因子综台污絷指 数为o 3 0 。明显小于于流水体。太宁河水体中各重金属含量变化簸杂，无明显规律，c d 、p b 含量与电导率呈极显著正相关。健壤风险评价结果表明，非致瘵有霉化学物质( h g 、p b 和c u ) 所引起的健康危害的个人年风险为p b c u h g ，与干流水体情况一致。 美键试：兰醺水库 1 3 5 m 承霞承体重金属 a b s t r a c t w h e nt h et h r e eg o r g ep r o j e c tn j n ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f e c o n o m y t h ep e p l ei nt o w n a n dt h eq u a n t i t yo fs h i p p i n g si n c r e a s e d i fn oc o n t r o l l e d t h ec o n t a m i n a t i v el o a d sw i l li n c r e a s e s i m u l t a n e i t y ，w i t ht h et h r e eg o r g er e s e r v o i rb e i n gf o u n d e d th y d r a u l i c se o n d i t i o n e so f t h ey a n g t e s r i v ew i l lc h a n g e ，t h es u r f a c ew i d e n e d ，t h ed e p t hd e e p e n e d tt h ev e l o c i t yo ff l o wd e c r e a s e d ，t h e a b i l i t yo f s e l f - d e c o n t a m i n a t ew e a k e n e d ；t h eb a n kc o n t a m i n a t i v ez o n e sm a yl e n g t h e na n dw i d e n ，t h e a r e am a yi n c r e a s e ，t h ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t sm a yi n c r e a s e h e a v ym e t a l so c c u r r e das e r i e so f r e a c t i o n e si nd i f f e r e n tc o n d i t i o n e so f a c i da n da l k a l ia n dr e d o x i tm a yc r e a t ed i s s o l v a b l ec o m p o u n d s t r a n s f e r r i n ga l o n gt h ec u t e n t ro rt h a w l e s sc o m p o u n d sd e p o s i t e di nt h ew a t e r f o rt h eh e a v ym e t a i p r e s e n c e di nt h ef o r mo fi o n e s ，i tw a se a s yt oa d s o r bo nt h es u s p e n s i o ns u b s t a n c ea n dc o l l o i d i n d i f f e r e n ta c i da n da l k a l ic o n d i t i o n e s ，i tc o m ei n t ot h ew a t e r a g a i nw i t ht h ea g g l o m e r a t i o no r d i s s i p a t i o no f t h ec o l l o i d i ts t u d i e do nt h eh e a v ym e t a l so fu p r i v e r 、b a c k r i v e r 、r e s e r v o i ra r e a se o n t r a s t i v e l yb e f o r ea n d a f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s a sar e s u l t ，t h es t a t u so fh e a v ym e t a lp o l l u t i o n sw a s o b t a i n e db e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ，t h eb a s i cd a t a sw e r ea l s oo 舵r r e dw h e n w a t e rl e v e lr e a c h e st o1 5 6a n d 1 7 5m e t e r s s i m u l t a n e i t y ，b a s e do nt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o ns t a t u s a n dh e a l t hr i s ka s s e s s m e n t ，t h ep r e f e r e n t i a lc o n t r o l l e dp o l l u t a n t sc a na l s ob em a d es u r e i tc a l lo f f e r s c i e n t i f i ca c c o r d i n g sa n dp r i m a r yd e c i s i o n m a k i n g st oa d m i n i s t r a t i o no f e n v i r o n m e n t a lh e a l t hr i s k z h ut u o 、c u n t a n ( u p r i v e ra r e a ) 、q i n g x i c h a n g ( b a c k r i v e ra r e a ) 、w a n z h o u ( r e s e r v o i ra r e a ) w e r e r e p r e s e n t a t i v et oa n a l y s et h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i s t r i b u t i o no ft h e4h e a v ym e t a l s t h er e s u l t i n d i c a t e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a lp bh a da u g m e n tt r e n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5 m e t e r s ；t h ec o n c e n t r a t i o no fd i s s o l v a b l ep bh a dt h ea u g m e n tt r e n db e f o r et h ew a t e rl e v e lr e a c h e d 1 3 5m e t e r s ，a n dh a dd e p r e s s e dt r e n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s t o t a lc uh a da u g m e n t t r e n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s a l o n gt h ec u r r e n td i r e c t i o n ，t o t a lc uh a da u g m e n t t r e n d a n db e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ；e x c e p tz h ut o o ，d i s s o l v a b l ec uh a d a u g m e n tt r e n di nt h eo t h e rm o n i t o r i n gs i t e sa f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s t o t a lc dh a dn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nd i f f e r e n tm o n i t o r i n gs i t e sa n dh a da u g m e n tt r e n da f t e rt h ew a t e rl e v e l r e a c h e d1 3 5m e t e r s ；d i s s o l v a b l ec dh a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e l r e a c h e d1 3 5m e t e r si nd i f f e r e n tm o n i t o r i n gs i t e s t h eb u l ko ft o t a lh ga n dd i s s o l v a b l eh gw e r en o t c h e c k e du pa n dh a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e di3 5m e t e r s b e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ，t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nt h e u p p e r - l e v e r 、m i d d l e l e v e la n du n d e r - l e v e la saw h o l e b e f o r et h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ，t h e v a r i a t i o nt o e f f i c i e n t so f t o t a lc aa n dd i s s o l v a b l ec uw e r e15 6 a n dl5 3 ，a n dt h eo t h e r sw e r e1 e s s i i i m a s t e rd i s s e r t a t i o no f s o u t h w e s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h a nl o ，e x c e p tt o t a lc uw e r e1 3 1 ，t h eo t h e r sw e r el e s st h a n1 0 a f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d 13 5m e t e r s i nt h es a m em o n i t o r i n gs i t e ，i ta l s oh a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i nu p r i v e ra r e a 、b a c k r i v e ra r e a 、r e s e r v o i ra r e a ，t o t a lc ds h o w e d h i g h l e v e lp e r i o d l o w - l e v e l p e r i o d l _ l e v e lp e r i o db e f o r et h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ，t o t a lp bs h o w e dh i g h - l e v e lp e r i o d l e v e lp e r i o d ：z _ l o w l e v e lp e r i o db e f o r et h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ，t o t a lc us h o w e dh i g h l e v e l p e r i o d l e v e lp e r i o d l o w - l e v e lp e r i o db e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s t h e d i s s o l v a b l ec uh a da u g m e n tt r e n di nl o w - l e v e lp e r i o d ，d e p r e s s e dt r e n di nl e v e lp e r i o da n dh i g h - l e v e l p e r i o d t h er e l a t i v i t yb e t w e e nt h eh e a v ym e t a l sa n db a s i cw a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r ss h o w e dt h e r ew e r e n os i g n i f i c a n tr e l a t i v i t i e se x c e p tt h ec d 、p bh a dv e r ys i g n i f i c a n tn e g a t i v er e l a t i v i t yt oe hb e f o r et h e w a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s ，a n dt h e r ew e r eo os i g n i f i c a n tr e l a t i v i t i e sa f t e rt h ew a t e rl e v e l r e a c h e d1 3 5m e t e r s t h e r ew e r es i g n i f i c a n tn e g a t i v er e l a t i v i t yb e t w e e ns sa n dp hb e f o r et h ew a t e r l e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s t h er e l a t i v i t i e sb e t w e e ns sa n dp h 、c o n d u c t a n c e 、e hw e r es i g n i f i c a n t 、 s i g n i f i c a n t 、v e r ys i g n i f i c a n ta f t e r t h e w a t e r l e v e l r e a c h e d1 3 5 m e t e r s t h ea d s o r p t i o no f c o l l o i d i so n e i m p o r t a n ta p p r o a c ho fh e a v ym e t a l sf r o mn a t u r a ll i q u o rt os o l i d s sm a ya f f e c tt h ec o n c e n t r a t i o no f h e a v ym e t a l sb ya f f e c t i n gp h 、c o n d u c t a n c ea n de h t h e r em a yb ep b 、c dc o m p l e xp o l l u t i o na n dp b 、 c uc o m p l e xp o l l u t i o na n dc u 、c dc o m p l e xp o l l u t i o nb e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5 m e t e r s b a s e do nc u r r e n ts i t u a t i o n p r o v i d e dt h ed i s c h a r g em e t h o do f h e a v ym e t a l si nt h eu p r i v e rs t a y s t h es a m e ，h e a v ym e t a ll o a d sa td i f f e r e n tw a t e rl e v e l sw e r ep r e d i c t e d w h e nt h ew a t e rl e v e lr e a c h e s 1 3 5 m e t e r s c d l o a d w o u l d b e1 8 3 1t o n s p e r y e a r ，a n d t h a t o f p b 、c u w o u l db e2 7 1 2 5 、1 5 2 6 3 t o n s p e r y e a rr e s p e c t i v e l y ；t h e a n n u a l l y i n p u t l o a d s o f c d 、p b a n d c u w o u l dd e c r e a s e t o1 3 8 3 、1 8 1 7 9 、 1 4 4 5 9 t o n sr e s p e c t i v e l y w h e n t h e w a t e r l e v e lr e a c h e s1 5 6 m e t e r s ：w h e r e a s1 0 7 3 、15 5 7 0 、1 1 8 2 6 t o n s r e s p e c t i v e l ya tt h ew a t e rl e v e lo f1 7 5m e t e r s t h er e s u l ti n d i c a t e dt h eh e a v ym e t a l si nt h eu p r i v e t c o n t r i b u t e dg r e a t l yt ot h eh e a v ym e t a ls o u r c e si nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a s a tt h et h r e e w a t e rl e v e l s ，t h e r ew a ss i g n i f i c a n tr e l a t i o n sb e t w e e nc u 、s sa n df l u x a f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e d1 3 5m e t e r s t h es i n g l eg e n ea s s e s s m e n ti n d e x e sa n dn e m e r o w p o l l u t i o ni n d e x e sh a da u g m e n tt r e n d s t h ep bp o l l u t i o ns h o u l da r o u s er e g a r d se x p e c i a l l yt h er e s u l t s o f h e a l t hr i s ka s s e s s m e n ti n d i c a t e dt h eh e a l t hr i s ko f t h ec h e m i c a ln o n c a r e i n o g e n s ( h g 、p ba n dc u ) w a sp b c u h g ，a n di tw e r el o w e rt h a nt h ec h e m i c a lc a r c i n o g e n sb e f o r ea n da f t e rt h ew a t e rl e v e l r e a c h e d13 5m e t e r s t h ea v e r a g er i s kd u et ot h ef o u rh e a v ym e t a l sw a sm u c hl o w e rt h a nt h e m a x i m u ma l l o w a n c el e v e l sr e c o m m e n d e db yi c r e a c c o r d i n gt ot h et h es u r f a c ew a t e re n v i r o n m e n t a lq u a l i t yc r i t er i o n ( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) ，t h ec da n d c ao f d a r t i n gr i v e rr e a c h e dt ow a t e rc l a s sl i ，p br e a c h e dt ow a t e rc l a s si i i 丁h es i n g l eg e n ei n d e x m a s t e rd i s s e r t a t i o no f s o u t h w e s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t w a sc d p b c u i ti n d i c a t e dt h ep b 、c dp o l l u t i o nw a ss e r i o u sr e l a t i v e l yt h en e m e r o wp o l l u t i o n i n d e xw a so _ 3 0 ，l e s st h a nt h et r u n ks t r e a ms i g n i f i c a n t l y t h er u l eo fh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o ni n d a r t i n gr i v e rw a sn os i g n i f i c a n tt h er e s u l t so f h e a l t hr i s ka s s e s s m e n ti n d i c a t e dt h eh e a l t hr i s ko f t h e c h e m i c a ln o n c a r c i n o g e n s ( h g 、p ba n dc u ) w a sp b c u h g ，t h es a m et ot h et r u n ks t r e a m k e y w o r d s ：t h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r 13 5m e t e r sw a t e rl e v e lw a t e rb o d y h e a v y m e t a i s v 西南人学硕士学位论文 第l 章文献综述 第1 章文献综述 重金属的定义目前还没有严格统一的提法。一般认为重金属是指比重在4 0 以上的约6 0 种金属元素或比重在5 0 以上的4 5 种金属元素。重金属与人体有着十分密切和复杂的关系。 备种重金属元素在生物体内的正常含量均小于体重的o 0 1 ，属于微量元素。有的微量元素 是人和动物生长发育必需的，有的是非必需的，如h g 、p b 、c d 等。目前，水体污染方面所说 的重金属，一股是指h g 、c d 、p b 、c r 以及类重金属a s 等生物毒性显著的金属，也指具有一 定毒性的一般重金属，如z n 、c u 、c o 、n i 、s n 等1 2 i 。但引起人们特别注意的是h g 、c d 、c r 、 p b 以及a s 等。 1 1 水体中重金属的来源 重金属元素是地壳岩石中的天然组成成分，自然界的水、土壤和空气中均含有一定量的 各种重金属元素。有的地区由于岩层、十壤或地下水中某种重金属元素含量过高，对人体产 生不良影响，导致地方病的发生。如某些地区由于碘含量过高，导致当地居民患高碘性地方 性甲状腺肿；有的地区由于土壤和饮水中含硒过高，引起居民地方性硒中毒；有的地区由于 地f 水含砷过高导致地方性砷中毒的发生。然而，水体中重金属元素污染的主要来源还是 人类的生产活动如采矿、冶炼、使用重金属的工业生产过程、施用农药( 包括p b 、h g 、c d 、 a s 等) ，以及煤、石油等燃料的燃烧( 排放出p b 、v 、n i 等金属) p 。j 。另外，重金属也可通 过风化、火山爆发、风暴、生物转化等自然作用进入水体中，大气中的重金属尘埃经沉降和 地表径流进入江河湖泊，也可使水体受到污染。 1 2 水体中重金属污染的特征 在天然水体中只要有微量重金属，即可产生毒性反应，一般重金属产生毒性的范围约在 1 0 - 1 0m gl 。之问，毒性较强的重金属如h g 、c d 等毒性浓度范嗣为o o k _ 0 1m gl 一1 6 1 ，世 界著名公害事件中的日本熊本县发生的“水俣病”事件和富山县发生的“痛痛病”事件就是分别 由h g 、c d 污染引起的。天然水体中的重金属虽只有微量浓度，但其毒性具有长期持续性，且 水体中某些重金属可在微生物作用下，转化为毒性更强的有机化合物。重金属还能被生物大 量富集，通过食物链危害人类。生物从环境中摄取重金属，并经体内或在某些器官中高度富 集，其寓集倍数可达成千上万倍( 水中动植物、陆生农作物都有这种现象) ，然后通过食物进 入人体，在人体的某些器官中积蓄起来构成慢性中毒，严重危害人体健康，这种生物富集、 生物浓缩、生物放大的特性是重金属污染的突出特点。同时，重金属无论采用何种处理方法 或利用微生物都不能降解，只能改变其化台价或化合物种类，天然水体中o h 、c i 。、s 0 4 6 、 n h 。+ 、有机酸、氨基酸、腐殖酸等都可以同重金属生成各种络合物或螯台物，使重金属在水 中的浓度增大，也可以使沉入水底中的重金属又释放出米。 两商丈学硕l ：学位论文 第1 章文献综述 1 3 水体中重金属的迁移与转化 环境中的重金属由于受各种冈素的影响，其化学形态可发生转化从而影响重金属在环 境中的迁移转化、毒性人小及被人体吸收的可能性。例如在水环境中的重金属被生物吸收 后可在体内发生甲基化作用，无机汞可转化为毒性较高的甲基汞，而三价砷则是在生物体内 转化为毒性较低的单甲基胂酸雨i 二甲基胂酸。 1 3 1 重金属在水体中的迁移转化 重金属在水体中的化学形态不同，对生态系统的影响也不同。可溶态毒性大，可赢接为 人、生物吸收，蓄积性强。重金属污染物进入水体后在各种物理、化学、生物因素作用下改 变其化学结构和性质，首先大部分形成悬浮物，吸附在矿物碎粒、氧化的碳酸盐或氢氧化物 沉淀、腐殖质上以及与含水的氧化铁、氧化锰形成拭沉淀；然后，悬浮物随水迁移。在不同 的水力学作用及物化过程中，部分通过絮凝作用沉降到水底形成沉积物。当环境条件发生改 变，如d h 值降低、含氧量减少、含盐量增加等，沉积物则通过溶解、络合、水解等物化过程 重新进入水中，形成二次污染。其中重金属溶解性的变化对其毒害作用和迁移能力的影响最 大1 7 8 】。影响重金属溶解度的因素有： p h 的影响当p h 低于7 时，在游离氧存在的情况f ，重金属离子( m e ”) 有较大的溶解 度且相当稳定，随着p h 的增加，重金属离子首先生成稳定的重金属碳酸盐，再生成稳定的重 金属氢氧化物。当e h 为负值时，在很宽的p h 范围内重金属可形成稳定的硫化物。重金属碳 酸盐、氢氧化物和硫化物的溶解度都较原米的重金属氯化物和硫酸盐的溶解度小。 络合螯合的影响水环境中存在着多种天然和人工配位体，它们能与重金属形成稳定程 度不同的络合物或螯台物，从而影响重金属的溶解度及其在水环境中毒害作用的强弱和迁移 能力。重金属大多属下元素周期表中的过渡元素，其最外层为s 电子，数目为l 或2 ，而次外 层为d 电子，电子数为1 - 9 过渡元素在失去最外层s 电子而成为重金属离子时，未充满的d 电子层仍可接收外来电子。 水中存在的重要的无机配位体有c i 、o h 一、c 0 3 2 。、h c 0 3 + 、f 、s 2 - 等。c l _ 可以和重金属 形成最稳定的络合物，c l 对重金属的络合能力顺序为h g c d z n p b 。o h 在水溶液中优先 与f e “、m n 3 + 等结合，形成羟合络离子或氢氧化物的沉淀。而s 。属于路易氏硬碱易于和 h 9 2 + 、a r 等形成多硫络离子或硫化物沉淀。水环境中的有机配位体包括有机的降解产物，如 氨基酸、醣、腐殖酸，以及进入水体的污染物，如洗涤剂、农药等。有机配位体同重金属离 f 配位的能给出电子的官能团有脂肪氢基、芳香氨基、羧基、烯醇基、烷氧基、羰基、硫醇 基、磷酸基、瞵酸基等：水环境中最重要的有机络合剂是腐殖质。许多研究表明：重金属在 天然水体中主要以腐殖酸的配合物形式存在。m a t s o n 等指出c d 、p b 和c u 在美洲的犬湖( g r e a t l a k e ) 水中不存在游离离子而是以腐殖酸配合物形式存在。酬敏酸等与h g 、c u 的络合能力 最强，m n ”、z n “、m g ”、a r 等离子都不能将h g 从络台物中置换出米，因此自然淡水水体 2 两南大学顶士学位论文第1 章文献综述 中9 0 的h g 和c u 都以与腐殖酸络合形态存在，而其它金属仅有小于1 0 的比例与腐殖酸络 合陟。h g 和腐殖酸形成的络合物只有在低p h 和低e h 时才是稳定的。在低p h 时，腐殖酸 的羧基和h g 直接成键；p h 增加时，腐殖酸与h g 形成羟基络合物。重金属在离子状态时毒害 作用和迁移能力最强，形成氢氧化物和硫化物沉淀时毒害作片j 和迁移能力最弱，形成络合 物时则介于两种情况之间。在入海口成淡水混合区，5 3 的c u 、z n 都是以可溶性有机配位络 台物形态存在1 1 2 - 1 6 。 胶体吸附的影响胶体的吸附作用在很大程度上控制着微最金属在水环境中的分布与富 集状况，是使许多微量金属从不饱和的天然溶液中转入围相最重要的途径之一。大量资料表 明，在水环境中所有寓古胶体的沉积物由于吸附作用几乎都富集c u ”、n i ”、c o ”、b a ”、z n ”， p b ”等金属。水体底泥和悬浮物中含有丰富的胶体，可分为无机胶体( 粘粒矿物胶体) 、有机 胶体( 可溶性和不溶性腐殖质) 以及有机无机复合胶体。这些胶体对重金属的吸附和离子交 换作用使重金属从溶解状态转为固相，从而改变了重金属在水体中的分布状况，底泥中富集 的污染物在污染停止后很久仍能通过解吸作用源源不断地释放到水体中，当大量污染物进入 水体时底泥又能迅即吸附大量污染物，从而发挥缓冲作用【l 。”】。在海水中4 5 - 7 0 的p b 、 4 0 6 0 的c u 可吸附在胶体上。加帝纳( j g a r d i n e r ，1 9 7 4 ) 的试验也表明，底泥和悬浮物对 c d ”的吸附作用及其可能发生的解吸作用是控制河水中c d ”浓度的主要因素。 e h 的影响水环境的氧化还原状态也会改变重金属的形态和溶解度，从而影响其毒性和 迁移能力。自然界水体中存在的氧化剂有溶解氧、三价铁、四价锰、六价的硫、铬、钼、五 价的氮、砷、钒等，还原剂有二价铁、负二价硫、二价锰、三价铬、三价钒等。些重金属 如c r 、v 等在高度氧化条件下形成易溶的化台物( 铬酸盐、钒酸盐) ，在还原环境中形成难溶 的化合物而不能迁移 2 2 - 2 5 1 而f e 、m n 则是在还原条件下易迁移。a s 在天然水所具有的e h p h 范围内的存在形式为亚砷酸( h 3 a s 0 3 ) 、h 2 a s 0 3 一、砷酸( h 3 a s 0 4 ) 、h 2 a s 0 4 、h a 0 4 6 ，在强 碱性时呈a s o 。3 ，在强酸性时基a s o + ，在非强酸性和非强碱性条件下呈亚砷酸或砷酸离子形 态。在一般水体中c d 多以c d 2 + 形态存在，在高p h 时生成【c d ( o h ) 2 】等羟基化合物 2 ”。 在水环境中h g 最常见的是正二价和零价，这是h g 区别于其他金属的特点，具有很高的电离 势，转化为离子的倾向小于其他重金属，能以零价形态存在于大气、土壤和水体中。 甲基化的影响一些重金属的甲基化同样影响其毒性和迁移能力。淡水水体底泥中的嫌 气细菌能使无机汞甲基化( 詹森，1 9 6 7 ) ，后来w o o d ( 1 9 6 8 ) 证实甲烷细菌中的维生素b 1 2 衍生物( 甲基钴氨素) 参与了此反应。w o o d 还发现，锡、钯、铂等在水环境汇中都能被甲基 化，而p b 、c d 、z n 则不能，因为p b 、c d 、z n 的烷基金属在水溶液系统中不稳定。在厌氧细 菌的作f = | 下砷化物可生成毒性强的二二甲基砷和三甲基砷，但较不稳定很易被氧化。目前已 经确定在环境中可以生物甲基化的研究较多f 2 9 - 3 2 1 。h g 的甲基化主要是通过一些能合成甲基钴 胺索( 甲基维生素b 1 2 ) 的微生物作h = i ，使无机汞转化为甲基汞。然而，在富氧条什f 主要形 成可溶丁水的单甲基汞，易被生物吸收而进入食物链；在厌氧条件f ，无机汞的甲基化作川 西南大学硕1 ：学位论文第l 章文献综述 缓慢，主要形成不溶于水且具有挥发性的二甲基汞，二甲基汞在酸性环境和紫外线的照射f ， 可转变为单甲基汞。 重金属各种化台物在水中溶解度不人，水体中含量很低，以十亿分之) l t l - ( p p b ) 。水体 中重金属绝大部分沉入底泥中底泥中含量比水体中含量人3 个数量级以百万分之一计 ( p p m ) ，常占水体重金属总量的6 0 9 0 。水体中存在多种物质体系，水化学条4 1 + 经常发生变 化，特别是在垂赢方向上，水面至底泥之间发生价态和形态变化尤为明显”。 在水体中重金属形态的变化有多种情况，如p b 、z n 、c u 等在底泥中，易转变为“不可逆 性”的难溶性化合物，退出水体中的物质生物循环；象h g 、a s 这类元素，进入底泥中后，又 会转为可溶性化合物，更易转入食物链中，最后在人体内累积，对人体健康造成危害。 根据重金属在水环境中的稳定性可将重金属大致分为三类p m ： 水环境稳定元素一p b 、z n 、c u 等： 水环境较稳定元素一c d 、c r 、s e 等； 水环境不稳定元素一h g 、a s 等。 1 3 2 重金属在食物链中的迁移转化 重金属主要是通过水体在环境中迁移转化的，同时也可以通过复杂的食物链( 网) 进行 迁移转化。重金属通过食物链在生物界的迁移转化不仅可从食物链的一级转到另一级而 且在此转化过程中还有逐级浓缩放大的作用。 重金属通过食物链在生物界中的迁移转化往往是：乙种生物捕食甲种生物，丙种捕食乙 种，而丁种又捕食丙种等。在这种关系中，物种的寿命和个体的大小，一般是甲( 乙( 丙 乙 丙 丁。由于这种食物链关系当重金属被生物吸收进入 体内而有蓄积时( 即吸收量 排泄