（环境工程专业论文）淮南潘谢矿区底泥与土壤中重金属竖向分布规律研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni n g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g t h er e s e a r c ho fv e r t i c a ld i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a li n s e d i m e n ta n ds o i lo f p a n j ia n dx i e q i a om i n i n ga r e a s ， h u a i n a n c i t y c a n d i d a t e ：s ug u i r o n g s u p e r v i s o r ：g a ol i a n g m i n s c h o o lo fe a r t ha n de n v i r o n m e n t a n h u i u n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y n o 16 8 ，s h u n g e n gr o a d ，h u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，p r c h i n a 966吣3咖3眦12 吣丫 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得塞缝理王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名：盏整盏日期：趣监年j 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞缝堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞塑堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：莎样泵 签字日期：凇，年月 日 导师张品胁 签字吼加年钥夕日 摘要 摘要 本论文以淮南潘集矿区和谢桥矿区为研究区域，通过对两矿区塌陷区塌陷水 体底泥及周边土壤环境的现场调查与采样，分别测定了底泥与土壤中重金属的含 量，研究了底泥中重金属的竖向分布规律，对底泥与土壤中各重金属相关性进行 了分析，采用地累积指数法、潜在生态危害指数法及内梅罗指数法对底泥与土壤 中重金属的污染状况进行了综合评价。本论文得到的主要结论如下： 1 、潘谢矿区底泥与土壤中重金属c u 、p b 、c r 、h g 含量达到土壤环境质量标 准( g b1 5 6 1 8 1 9 9 5 ，下同) 的一级标准，n i 、c d 含量达到土壤环境质量标准的 二级标准，z n 的含量未超出土壤环境质量标准的三级标准。 2 、潘谢矿区塌陷水体底泥中重金属的含量随底泥深度的变化多样，主要表现 为趋于直线状、单峰状及波浪状。潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c u 、z n 、n i 、 f e 、h g 的垂直变化曲线多为单峰状，p b 、c d 、c r 的垂直变化曲线较为紊乱，多 为波浪状。谢桥矿塌陷水体底泥中重金属c u 、z n 、c r 的垂直变化曲线多为单峰 状，p b 、n i 、c d 的垂直变化曲线多为波浪状，f e 、h g 的垂直变化曲线趋于直线， 较为平缓。 3 、在相关性分析上，潘集矿区塌陷水体底泥中重金属p b 、n i 、c d 三者相互 之间、c r 与f e 之间的相关系数为1 ，z n 与c u 、c r 、f c 之间、p b 与c r 、f e 之 间的相关系数为5 。潘集矿区土壤中重金属c u 、c d 、h g 三者相互之间、c u 与 z n 之问、f e 与h g 之问的相关系数为1 ，f e 与c u 、c d 之问的相关系数为5 。 谢桥矿底泥中重金属z n 与c u 之间、c d 、f e 、h g 三者相互之间的相关系数为1 。 谢桥矿土壤中重金属c u 与c r 、p b 的相关系数为1 ，c u 与n i 、z n 与h g 、p b 与c r 的相关系数为5 。 4 、基于地累积指数法得出潘集矿区塌陷水体底泥受重金属z n 、c d 偏中度 中度污染，h g 轻度污染。谢桥矿塌陷水体底泥受重金属z n 偏中度中度污染、 c d 轻度- 偏r f l 度污染。基于潜在生态危害指数法得出，潘集矿区塌陷水体底泥c d 、 h g 污染评价结果均为轻微一中等一强，其它污染程度皆为轻微，各层潜在生态危害 评价指数为轻微一中等。谢桥矿区塌陷水体底泥c d 污染评价结果为轻微中等强， 其它污染程度皆为轻微，各层潜在生态危害评价指数均为轻微。 5 、基于潜在生态危害指数法得出，潘集矿区土壤c d 评价结果为轻微中等一 强，h g 污染评价结果为轻微中等，其它污染程度皆为轻微，各采样点潜在生态 危害评价指数均为轻微。谢桥矿区土壤受c d 污染评价结果为轻微一中等强，各采 安徽理上大学硕士学位论文 样点潜在生态危害评价指数均为轻微。基于内梅罗指数法得出潘谢矿区重金属污 染评价i 级内梅罗指数为重污染中污染，i i 级内梅罗指数为尚清洁轻污染， 级内梅罗指数为清洁。 i 药 9 2 】表 3 5 】参 6 4 】 关键词：潘谢矿区；重金属；底泥；土壤；相关性；竖向规律；污染评价 分类号：x 8 2 5 a b s t r a c t t h ep a p e rs e l e c t sh u a i n a no fp a n j ia n dx i e q i a om i n i n ga r e a sa ss u r y e yr e g i o n ， t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n ds a m p l i n gt oc o l l a p s ep o n ds e d i m e n ta n dt h es u r r o u n d i n g s o i le n v i r o n m e n t ，t e s tt h ec o n t e n th e a v ym e t a lo ft h es e d i m e n ta n ds o i l ，s t u d yt h e v e r t i c a ld i s t r i b u t i o nr u l eo fh e a v ym e t a l si nt h es e d i m e n t ，a n a l y s i st h eh e a v ym e t a l c o r r e l a t i o no fs e d i m e n ta n ds o i l ，c o m p r e h e n s i v l ye v a l u a t et h ep o l l u t i o ns i t u a t i o no f h e a v ym e t a l si ns o i la n ds e d i m e n tw i t ha c c u m u l a t ei n d e xm e t h o d ，p o t e n t i a le c o l o g i c a l h a r mi n d e xm e t h o da n dn e m e r o wi n d e xm e t h o d t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h i sp a p e r a r ea sf o l l o w s ： 1 t h e h e a v ym e t a lc o n t e n to fc u ，p b ，c r , h gi n s e d i m e n t a n ds o i lo fp a n j ia n d x i e q i a om i n i n ga r e a sr e a c h i n gc l a s sio fs o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y ( g b15 618 19 9 5 ) ， t h ec o n t e n to fn i ，c dr e a c h i n gc l a s sl io fs o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y , t h ec o n t e n to fz n r e a c h i n gc l a s s i i i o fs o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y 2 t h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l si ns e d i m e n ti sd i v e r s ew i t ht h ed e p t ho ft h e s e d i m e n t , m a i nc h a r a c t e r i s t i c si st e n d i n gt os t r a i g h tl i n es h a p e ，t h es i n g l e - p e a ks h a p e a n dw a v y i ns e d i m e n to fp a n j im i n i n ga r e a ，t h ev e r t i c a lc u r v eo fc u ，z n , n i ，f e ，h gi st h e s i n g l e - p e a ks h a p e ，t h ev e r t i c a lc u r v eo fp b ，c d ，c ri st h ew a v ys h a p e i ns e d i m e n to f x i e i q a om i n i n g ，t h ev e r t i c a lc u r v eo fc u ，z n ，c ri st h es i n g l e - p e a ks h a p e ，t h ev e r t i c a l c u r v eo fp b ，n i ，c di st h ew a v ys h a p e ，t h ev e r t i c a lc u r v eo f f e ，h gi st h es t r a i g h tl i n e 3 a c c o r d i n gt ot h ec o r r e l a t i o na n a l y s i so fh e a v ym e t a l ，i ns e d i m e n to fp a n j ia r e a , t h ec o r r e l a t i o no fb e t w e e nt h et h r e ep b , n i ，c d ，c ra n df ei s1 ，t h ec o r r e l a t i o no fz n a n dc u ，c r , f e ，p ba n dc r , f ei s5 i ns o i lo fp a n j ia r e a , t h ec o r r e l a t i o no fb e t w e e nt h e t h r e ec u 、c d 、h g ，c ua n dz n ，f ea n dh gi s1 ，t h ec o r r e l a t i o no ff ea n dc u ，c di s5 i ns e d i m e n to fx i e q i a o ，t h ec o r r e l a t i o no fb e t w e e nt h et h r e ec d ，f e ，h g ，z na n dc ui s 1 i ns o i lo f x i e q i a o ，t h ec o r r e l a t i o no fc ua n dc r , p bi s1 ，t h ec o r r e l a t i o no fc ua n d n i ，z na n dh g ，p ba n dc ri s5 4 a c c o r d i n gt ot h ee v a l u a t i o nr e s u l t so fa c c u m u l a t i o no fi n d e xm e t h o d ，t h e p o l l u t i o no ft h eh e a v ym e t a lz n ，c di ns e d i m e n to fp a n j ia r e ai sp a r t i a lm o d e r a t e - m o d e r a t e ，t h ep o l l u t i o no ft h eh e a v ym e t a lz ni ns e d i m e n to fx i e q i a oi sp a r t i a l m o d e r a t - m o d e r a t e ，t h ep o l l u t i o no fc di sm i l d - p a r t i a lm o d e r a t e a c c o r d i n gt ot h e e v a l u a t i o nr e s u l t so fp o t e n t i a le c o l o g i c a lh a r mi n d e xm e t h o d ，t h ep o l l u t i o no ft h e i 安徽理上大学硕士学位论文 h e a v ym e t a lc d ，h gi ns e d i m e n to fp a n j ia r e ai ss l i g h t - m e d i u m - s t r o n g ，o t h e r si ss l i g h t t h ep o l l u t i o no ft h eh e a v ym e t a lc di ns e d i m e mo fx i e q i a oi ss l i g h t - m e d i u m s t r o n g ，o t h e r si ss l i g h t 5 a c c o r d i n g t ot h ee v a l u a t i o nr e s u l t so f p o t e n t i a le c o l o g i c a lh a r mi n d e xm e t h o d ， t h ep o l l u t i o no ft h eh e a v ym e t a lc di ns o i lo fp a n j ia r e ai ss l i g h t - m e d i u m s t r o n g ，t h e p o l l u t i o no fr i gi ss l i g h t - m e d i u m ，o t h e r si ss l i g h t t h ep o l l u t i o no ft h eh e a v ym e t a lc d i ns o i lo fx i e q i a oi ss l i g h t - m e d i u m s t r o n g ，o t h e r si ss l i g h t a c c o r d i n gt ot h ee v a l u a t i o n r e s u l t so f n e m e r o wi n d e xm e t h o d ，t h el e v e lin e m e r o wi n d e xo fh e a v ym e t a li ns o i lo f p a n j ia n dx i e q i a oa r e ai sh e a v y - m i d d l ep o l l u t i o n ，t h el e v e li ii sg e n e r a lc l e a n l i g h t p o l l u t i o n ，t h el e v e lm i sc l e a n f i g u r e 【9 2 】t a b l e 【3 5 】r e f e r e n c e 【6 4 k e y w o r d ：p a n - x i em i n e ；h e a v ym e t a l ；s e d i m e n t ；s o i l ；c o r r e l a t i o n ；v e r t i c a ll a w ； p o l l u t i o ne v a l u a t i o n c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：x 8 2 5 一 f 1录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 插图与附表清单x 1 绪论1 1 1 概况l 1 1 1 重金属一1 1 1 2 底泥的组成一3 1 1 3 矿区重金属来源一4 1 2 研究背景、目的及意义5 1 2 1 研究背景5 1 2 2 研究目的及意义5 1 3 国内外研究现状、研究内容及技术路线6 1 3 1 国内外研究现状一6 1 3 2 研究内容一9 1 3 3 技术路线1 0 2 研究区域概况与研究方法1 l 2 1 研究区域概况1 1 2 1 1 自然地理概况1 1 2 1 2 气候与水文特征l l 2 2 样品采集与预处理1 3 2 2 1 采样点的布设l3 2 2 2 采样方法15 2 2 3 样品预处理17 2 3 分析方法l7 2 3 1p h 值测定1 7 2 3 2 重金属的测定18 3 实验结果与分析一2 0 3 1 潘谢矿区塌陷水体底泥与土壤的p h 值2 0 3 2 潘集矿区塌陷水体底泥r f l 重金属含量及竖向分布规律一2 l 安徽理工大学硕士学位论文 3 2 1 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属含量2 l 3 2 2 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属水平分布特征2 5 3 2 3 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属竖向分布规律3 2 3 3 潘集矿区土壤中重金属含量监测结果及分析4 0 3 3 1 潘集矿区土壤中重金属含量4 0 3 3 2 潘集矿区土壤中重金属含量分析4 4 3 4 潘集矿区塌陷水体底泥与土壤中重金属含量相关性分析5 l 3 5 谢桥矿塌陷水体底泥中重金属含量及竖向分布规律5 3 3 5 1 谢桥矿塌陷水体底泥中重金属含量5 3 3 5 2 谢桥矿塌陷水体底泥中重金属水平分布特征5 7 3 5 3 谢桥矿塌陷水体底泥中重金属竖向分布规律6 4 3 6 谢桥矿土壤中重金属含量监测结果及分析7 l 3 6 1 谢桥矿土壤中重金属含量7 l 3 6 2 谢桥矿土壤中重金属含量分析7 6 3 7 谢桥矿塌陷水体底泥与土壤中重金属含量相关性分析8 l 3 8 本章小结一8 2 4 底泥与土壤中重金属污染生态风险评价8 4 4 1 重金属污染评价方法8 4 4 1 1 地积累指数法8 4 4 1 2 潜在生态危害指数法8 5 4 1 3 内梅罗污染指数法8 6 4 2 潘谢矿区底泥中重金属污染评价结果与分析8 7 4 3 潘谢矿区土壤中重金属污染评价结果与分析9 0 4 4 三种评价方法的比较9 2 5 结论与建议9 4 5 1 结j 沧9 4 5 2 存在的问题及不足9 5 参考文献9 6 致谢10 0 作者简介及读研期问主要科研成果1 0 1 堡型唑 _ - - _ _ - - - - _ - _ _ _ _ _ h _ - 一一 c o n t e n t s a b s 昀c t i d e t a i l e di l l u s 昀t i o na n da t t a c h e dl i s t s x 1i n 缸o d u 嘶o n 1 1 1s i t i l a t i o n 1 1 1 1h e a v ym e t a l ”1 1 1 2t h ec o m p o s i t i o no f t h es e d i m e n t 3 1 1 3t h es o u r c eo fh e a v ym e t a li nm i n i n g 4 1 2t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d , p u r p o s ea n dm e a n i n g 5 1 2 1t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d 5 1 2 2t h er e s e a r c hp u r p o s ea n dm e a n i n g 5 1 3t h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hc u r r e n ts i t u a t i o n , t h ec o n t e n ta n dt h e t e c h n i c a lr o u t e 6 1 3 1t h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hc u r r e n ts i t u a t i o n 6 1 3 2t h ec o n t e n t 9 1 3 3t h et e c h n i c a lr o u t e 10 2 r e g i o n a ls i t u a t i o na n dr e s e a r c hm e t h o d 1 1 2 1r e g i o n a ls i t u a t i o n 11 2 1 1n a t u r a lg e o g r a p h i c a lc o n d i t i o n s 11 2 1 2t h ec l i m a t ea n dh y d r o l o g i c a lf e a t u r e s 11 2 2s a m p l ec o l l e c t i o na n dp r e p r o c e s s i n g 13 2 2 1s a m p l ep o i n tl a y o u t 13 2 2 2s a m p l i n gm e t h o d 15 2 2 3s a m p l ep r e t r e a t m e n t 17 2 3a n a l y s i sm e t h o d 17 2 3 1t h ed e t e r m i n a t i o no f p hv a l u e 1 7 2 3 2t h ed e t e r m i n a t i o no f h e a v ym e t a l i8 3t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s 2 0 3 1t h ep hv a l u eo f s e d i m e n ta n ds o i lo f p a n j ia n dx i e q i a o m i n i n ga r e a 一2 0 3 2t h ec o n t e n ta n dv e r t i c a ld i s t r i b u t i o nr u l eo fh e a v ym e t a li ns e d i m e n to fp a n ji m i n i n ga r e a 2 1 安徽理上大学硕士学位论文 3 2 1t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a li ns e d i m e n to f p a n j im i n i n ga r e a 2 1 3 2 2t h el e v a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh e a v yi ns e d i m e n to fp a n j i m i n i n ga r e a 2 5 3 2 3t h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o nr u l eo f h e a v ym e t a li ns e d i m e n to f p a n j im i n i n g a l le n 3 2 3 3t h em o n i t o r i n gc o n t e n tr e s u l t sa n da n a l y s i so fh e a v ym e t a li n s o i lo fp a n j i m i n i n ga r e a 4 0 3 3 1t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a li ns o i lo f p a n j im i n i n ga r e a 4 0 3 3 2t h ec o n t e n ta n a l y s i so f h e a v ym e t a li ns o i lo f p a n j im i n i n ga r e a 4 4 3 4t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i so fh e a v ym e t a li ns e d i m e n ta n ds o i lo fa a n j im i n i n g a r e a 5l 3 5t h ec o n t e n ta n dv e r t i c a ld i s t r i b u t i o nr u l eo fh e a v ym e t a li ns e d i m e n to f x i e q i a om i n i n g 5 3 3 5 1t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a li ns e d i m e n to f x i e q i a o m i n i n g 5 3 3 5 2t h el e v a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh e a v yi ns e d i m e n to fx i e q i a o m i n i n g 5 7 3 5 3t h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o nr u l eo fh e a v ym e t a li ns e d i m e n to fx i e q i a o m i n i n g 6 4 3 6t h em o n i t o r i n gc o n t e n tr e s u l t sa n da n a l y s i so fh e a v ym e t a li n s o i lo fx i e q i a o m i n i n g 7 1 3 6 1t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a li ns o i lo f x i e q i a om i n i n g 7 1 3 6 2t h ec o n t e n ta n a l y s i so f h e a v ym e t a li ns o i lo f x i e q i a o m i n i n g 7 6 3 7t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i so fh e a v ym e t a li ns e d i m e n ta n ds o i lo fx i e q i a o m i n i n g a r e a 8 1 3 8t h ec h a p t e rs u m m a r y 8 2 4p o l l u t i o ne c o l o g yr i s ka s s e d d m e n to fh e a v ym e t a li ns e d i m e n ta n ds o i l 8 4 4 1t h ep o l l u t i o ne v a l u a t i o nm e t h o do fh e a v ym e t a l 8 4 4 1 1a c c u m u l a t i o no fi n d e xm e t h o d 8 4 4 1 2p o t e n t i a le c o l o g i c a lh a r mi n d e xm e t h o d 8 5 4 1 3n e m e r o wp o l l u t i o ni n d e xm e t h o d 8 6 4 2p o l l u t i o ne v a l u a t i o nr e a u l t sa n da n a l y s i so fh e a v ym e t a li ns e d i m e n to fp a n j i a n dx i e q i a om i n i n ga r e a 8 7 c o n t e n t s 4 3p o l l u t i o ne v a l u a t i o nr e a u l t sa n da n a l y s i so fh e a v ym e t a li ns o i lo fp a n j ia n d x i e q i a om i n i n ga r e a 9 0 4 4t h ec o m p a r i s o no f t h et h r e ee v a l u a t i o nm e t h o d s 9 2 5c o n c l u s i o na n ds u g g e s t i o n 9 4 5 1c o n c l u s i o n 9 z i 5 2t h ep r o b l e m sa n di n s u f f i c i e n c y 9 5 r e f e r e n c e s 9 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 10 0 r1 i 1 1 - - 安徽理工大学硕士学位论文 插图与附表清单 图l 研究技术路线图10 图2 潘集矿区塌陷塘底泥与周边土壤采样点图：一1 4 图3 谢桥矿塌陷塘底泥底泥与周边土壤采样点图15 图4 塌陷塘底泥样品的采集l6 图5 采集的底泥柱状样品。1 6 图6 土壤样品的采集17 图7 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c u 含量柱状图2 l 图8 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属z n 含量柱状图2 2 图9 潘集矿区塌陷水体底泥r f l 重金属p b 含量柱状图2 2 图1 0 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属n i 含量柱状图2 3 图1 1 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c d 含量柱状图一2 3 图1 2 潘集矿区塌陷水体底泥r f l 重金属c r 含量柱状图2 4 图1 3 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属f e 含量柱状图2 4 图1 4 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属h g 含量柱状图2 5 图1 5 潘集矿区塌陷水体底泥巾重金属c u 、p b 、c r 、n i 水平含量变化图一2 5 图16 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属z n 、f e 水平含量变化图2 6 图1 7 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c d 、h g 水平含量变化图2 6 图1 8 潘集矿区塌陷水体底泥巾重金属c u 的空间分布图一2 7 图1 9 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属z n 的空问分布图一2 8 图2 0 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属p b 的空间分布图2 8 图2 1 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属n i 的空间分布图2 9 图2 2 潘集矿区塌陷水体底泥r f l 重金属c d 的空间分布图2 9 图2 3 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c r 的空间分布图3 0 图2 4 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属f e 的空间分布图3 0 图2 5 潘集矿区塌陷水体底泥r f l 重金属h g 的空间分布图3 1 图2 6 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c u 的含量与底泥深度的关系3 2 图2 7 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属z n 的含量与底泥深度的关系一3 3 图2 8 潘集矿区塌陷水体底泥巾重金属p b 的含量与底泥深度的关系3 4 图2 9 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属n i 的含量与底泥深度的关系3 5 图3 0 潘集矿区塌陷水体底泥中重金属c d 的含量与底泥深度的关系3 6 插