（环境工程专业论文）成都市局部环境中重金属污染特征及生物有效性分析.pdf

摘要 成都市局部环境中重金属污染特征及生物有效性分析 作者简介：陈明，男，1 9 8 5 年8 月生， 年6 月毕业于成都理工大学环境工程专业， 师从成都理工大学罗丽副教授，2 0 1 1 获得工学硕士学位 摘要 随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，城市工业快速发展和机动车数 量的不断增加，重金属污染产生的危害在不知不觉中渗透到生活中的每一个环节。 其对环境产生的危害性包括很多方面，例如：重金属的环境行为、重金属的迁移 转化能力、重金属的生物有效性等。这些危害性不但取决于重金属在环境中总量 的多少，而且在很大程度上取决于重金属元素在环境中的存在形态。而重金属元 素形态不仅受气象因素、时空因素和自然地球化学因素的影响，还要受到人类生 产活动的影响。重金属元素以不同的化学形态进入城市环境生态系统，在不同条 件影响下在各环境因子之间迁移、富集和转化。因此污染特征较为复杂。本文在 成都市东边十里店设置监测点a 与西边文家场设置监测点b ，在两个监测点采 集大气颗粒物、水体、土壤和植物为样本，结合模拟浸泡试验进行分析测定，依 据重金属的化学形态和总量分析结果，对研究区域的重金属的污染现状、形态变 化特征以及生物有效性进行了系统研究，研究结果表明： 由分析对比可知，样本区域中总悬浮颗粒物、土壤中重金属污染分布特征有 相似的规律，即镉的污染相对严重，该元素的浓度在土壤中超过国家二级标准两 倍；在颗粒物中浓度超过大气环境质量四级标准。其次污染严重的是锰、铅和锌； 水体中污染较为严重的是铅和锰，而雨水中这两种重金属元素含量就超过了国家 的四级标准。通过对样本区的重金属总量分析可表明镉、铅、锰和锌的污染是不 容忽视的；由重金属元素的变异系数研究表明，镉、铜、汞和铬受外源影响较大， 表明研究区域中重金属元素污染受到人为因素的作用很强烈；通过重金属元素之 间的相关性表明，镉、铜、铅和锌之间的相关性比较高，说明他们污染来源的同 源性较大。 由样本区重金属的形态变化分析可知，浸泡前总悬浮物颗粒物的形态分布， 铅和锰化学形态为：可交换态 有机态和残留态 碳酸盐和氧化态；铜和锌化学形 态为：机态和残留态 可交换态 碳酸盐和氧化态；镉的化学形态为：可交换态 碳酸盐和氧化态 有机态和残留态。再通过河流水和不同p h 值的模拟酸雨浸泡 颗粒物的试验得知，随p h 值的增大铅的可交换态所占比例随之减少，但是锌和 镉的各个化学形态所占百分比随p h 值变化较小。在河流水浸泡条件下颗粒物中 铜和铅的总含量有轻微下降，但是铅的可交换态含量变少，该元素由不稳定态转 成都理工大学硕士学位论文 向了稳定态，大大降低了颗粒物中铅在河流水中的毒性。而锌的碳酸盐和氧化态 含量反而增加，有机态和残渣态的含量减少，使得锌的水环境毒性增加；由河流 水浸泡土壤之后的形态分析可知，镉和锰这两种金属的可交换态所占百分比很大， 污染风险很高，应该严格控制。铅、铜和锌大部分都残存于残渣态，可交换态含 量较少，污染风险相对较低。 对样本区域中重金属的生物有效性进行了分析，从总悬浮颗粒物的单因子污 染指数中可以看出锌、镉、铅、铜和锰在大气总悬浮颗粒物中都存在着污染，其 中又以锌、镉和铅这三种重金属元素污染最为突出。其重金属元素的生物可利用 性排序为：镉 锰 铅 铜 锌，迁移系数排序为：镉 锰 铅 锌 铜。由此可知镉 和铅的污染很严重；从土壤的单因子评价中可以得知，所有采样点土壤都受到镉 和锌的严重污染。从生物可利用系数、迁移系数分析可知镉、铅和锰污染较为严 重。而迁移系数中铜的数值最大，其次是镉，然而铜的不可利用态占很大的比例， 镉的不可利用态所占比例小，因此镉的危害才是最大的。从总体上看，研究区域 中镉、铅和锌的污染应该引起重视，在防治重金属污染方面要综合考虑重金属总 量和重金属的形态等方面的元素。 关键词：颗粒物水体土壤重金属生物有效性 i i a b s t r a c t c h e n g d ul o c a le n v i r o n m e n to fh e a v ym e t a lp o l l u t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n db i o l o g i c a lv a l i d i t ya n a l y s i s i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：c h e nm i n g ，m a l e ，w a sb o r ni na u g u s t ，19 8 5w h o s e t u t o rw a sa s s o c i a t ep r o f e s s o rl u ol i h eg r a d u a t e df r o mc h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yi ne n v i r o n m a t a le n g i n e e r i n gm a j o ra n dw a sg r a n t e dt h em a s t e rd e g r e ei n j u n e ，2 0 1 1 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e s l i v i n g s t a n d a r d ，t h ec i t yi n d u s t r yr a p i dd e v e l o p m e n ta n dt h er i s i n gn u m b e ro fv e h i c l e s ，t h e h a r m f u l n e s so fh e a v ym e t a lp o l l u t i o np r o d u c e di ni m p e r c e p t i b l ei np e r m e a t ee v e r y t a c h ei nl i f e h e a v ym e t a le l e m e n t so nt h ed a n g e r so fe n v i r o n m e n t a l p r o d u c ei n c l u d e s m a n yt h i n g s ，f o re x a m p l e ：t h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r s ，h e a v ym e t a lm i g r a t i o n c a p a c i t y , h e a v ym e t a lb i o l o g i c a le f f e c t i v e n e s s ，e t c t h e s ed a n g e r sn o to n l yd e p e n do n h e a v ym e t a l si ne n v i r o n m e n t ，a n dh o wm u c ho ft h et o t a ld e p e n d sl a r g e l yo ne x i s t i n g i nt h ee n v i r o n m e n to f h e a v ym e t a le l e m e n t sf o r m a n dh e a v ym e t a lf o r m ，s p a c ea n d t i m ef a c t o rb ym e t e o r o l o g i c a lf a c t o r s ，n a t u r a lg e o c h e m i c a lf a c t o r s ，b u ta l s ob yt h e i n f l u e n c eo fh u m a n p r o d u c t i o na c t i v i t i e s ，h e a v ym e t a le l e m e n t si nd i f f e r e n tf o r m si n t o t h eu r b a n e n v i r o n m e n t ，e c o l o g i c a ls y s t e m e n v i r o n m e n t a lf a c t o r su n d e rt h ei n f l u e n c e i nd i f f e r e n tc o n d i t i o n si nv a r i o u s b e t w e e nm i g r a t i o n ，e n r i c h m e n ta n d t r a n s f o r m a t i o n t h e r e f o r ep o l l u t i o nc h a r a c t e r si sm o r ec o m p l i c a t e d i nt h i sp a p e r , w i t h as e to fc h e n g d up o i n t se a s tw e s t , t os e tu pt w om o n i t o r i n gs p o tbc o l l e c t e dt h e a t m o s p h e r i cp a r t i c u l a t e ，w a t e r , s o i la n dp l a n t sa sas a m p l e ，d e t e r m i n a t i o na n d s i m u l a t i o ns o a kt e s ta c c o r d i n gt ot h em e t h o do fc o m b i n i n gt h ec h e m i c a ls p e c i a t i o no f h e a v ym e t a l sa n da m o u n to ft h es t u d ya r e aa n a l y s i sr e s u l t ，t h eh e a v ym e t a l sp o l l u t i o n s i t u a t i o n ，m e t a lc h a n g es h a p ec h a r a c t e r i s t i c s ，m e t a lb i o a v a i l a b i l i t ys y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d ，t h er e s u l t so ft h es t u d yi n d i c a t et h a t ： r e s e a r c ha r e ai nt o t a ls u s p e n d e dp a r t i c l e ，s o i lh e a v ym e t a lp o l l u t i o nd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，n a m e l y , as i m i l a rl a wo fr e l a t i v e l ys e r i o u s ，c a d m i u mp o l l u t i o no ft h e c o n c e n t r a t i o no ft h ee l e m e n t si ns o i lo v e rn a t i o n a ls e c o n d a r ys t a n d a r dt w ot i m e s ；i n p a r t i c u l a t ec o n c e n t r a t i o n sm o r et h a ni na t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tq u a l i t yl e v e l4 s t a n d a r d s s e c o n dp o l l u t i o ni sm a n g a n e s e ，l e a da n dz i n c w a t e rp o l l u t i o ni sas e r i o u s i sl c a da n dm a n g a n e s e ，w h i l et h er a i n ，t h e s et w ok i n d so f h e a v ym e t a le l e m e n tc o n t e n t e x c e e d e dt h en a t i o n a ll e v e l4s t a n d a r d s t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h es a m p l et h a t a m o u n tc a nb eh e a v ym e t a lc a d m i u m ，l e a d ，m a n g a n e s ea n dz np o l l u t i o ni si g n o r e d ； 1 1 1 成都理工大学硕士学位论文 t h r o u g ht h eh e a v y m e t a le l e m e n t sv a r i a t i o nc o e f f i c i e n tr e s e a r c hs h o w st h a tc a d m i u m ， c o p p e r ，m e r c u r ya n dc h r o m i u mi sa f f e c t e db ye x o g e n o u s t h a th e a v ym e t a le l e m e n ti n t h e s t u d ya r e ab yh u m a nf a c t o r se f f e c tp o l l u t i o ni sv e r ys t r o n g ；t h r o u g ht h e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eh e a v ym e t a le l e m e n t st h a t ，c a d m i u m ，c o p p e r ，l e a da n dz i n ci s t a l l e r , t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ep o l l u t i o ns o u r c et h a tt h eh o m o l o g yo ft h e i rb i g g e r t h es t u d ya r e as p e c i a t i o n a n a l y s i s o fh e a v ym e t a l si n t o t a l s u s p e n d e d p a r t i c u l a t e sb ys o a k i n gs p e c i a t i o na n a l y s i sb e f o r ek n o w a b l e ，l e a da n dm a n g a n e s e c h e m i c a lf o r mf o r ：c a ne x c h a n g es t a t e o r g a n i cc o n f i g u r a t i o na n dr e s i d u a l c a r b o n a t ea n dn o r m a lo x i d a t i o ns t a t e ；c o p p e ra n dz i n cc h e m i c a lf o r mf o r ：m a c h i n e c o n f i g u r a t i o na n dr e s i d u a ls t a t e e x c h a n g es t a t e c a r b o n a t ea n do x i d a t i o ns t a t e ； c a d m i u mc h e m i c a lf o r mf o r ：e x c h a n g es t a t e c a r b o n a t ea n do x i d a t i o ns t a t e o r g a n i c c o n f i g u r a t i o na n d r e s i d u a l c o n d i t i o n a g a i nt h r o u g h r i v e r sw a t e ri m m e r s i o n p a r t i c u l a t e ，d i f f e r e n tp hv a l u eo fa c i dr a i ns o a k e dp a r t i c u l a t es i m u l a t e st h a tw i t hp h v a l u e ，t e s tt h ei n c r e a s eo fl e a dc a ne x c h a n g es t a t ed e c r e a s et h ep r o p o r t i o no fz i n ca n d c a d m i u m ，b u te a c hc h e m i c a lf o r mw i t hp hp e r c e n t a g es m a l lc h a n g e s u n d e rt h e c o n d i t i o no fr i v e rw a t e ri m m e r s i o ni nt h et o t a lc o n t e n to fc o p p e ri np a r t i c l eh a s d r o p p e ds l i g h t l y ，l e a dt o t a lc o n t e n th a sd r o p p e ds l i g h t l y ，b u tl e a dc a ne x c h a n g es t a t e c o n t e n t ，t h ee l e m e n t sb e c o m el e s sb yn o ts t a b l es t a t et u r n e dt os t a b l es t a t e ，a n dg r e a t l y r e d u c et h ep a r t i c l e si nt h el e a di nr i v e rw a t e rt o x i c a n dz i n cc a r b o n a t ea n do x i d a t i o n s t a t eb u t i n c r e a s e s ，o r g a n i cc o n f i g u r a t i o na n dr e s i d u a lm o d ec o n t e n td e c r e a s e d ， m a k i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n to fz i n ct o x i ci n c r e a s e ；t h r o u g ht h er i v e rw a t e r i m m e r s i o ns o i lm o r p h o l o g ya n a l y s i sc a nk n o w ，c a d m i u ma n dm a n g a n e s et h e s em e t a l s c a l le x c h a n g es t a t ep e r c e n t a g ei sb i g g e r ，p o l l u t i o nt h er i s ki s v e r yb i g ，s h o u l db e s t r i c t l yc o n t r o l l e d l e a d ，c o p p e ra n dz i n cp r e s e n ti nm o s ts t a t e s ，c a ne x c h a n g es t a t e r e s i d u ea n dl e s sp o l l u t i o nr i s kl e v e l sa r er e l a t i v e l yl o w t h es t u d ya r e av a l i d i t ya n a l y s i so fh e a v ym e t a l si nb i o l o g y t o t a ls u s p e n d e d p a r t i c l e sf r o mt h es i n g l ef a c t o rp o l l u t i o ni n d e xc a nb es e e ni nt h ez i n ca n dc a d m i u m ， l e a d ，c o p p e ra n dm a n g a n e s et o t a ls u s p e n d e dp a r t i c l e si nt h ea t m o s p h e r et h e r ei s p o l l u t i o n ，b u t a l s o b yz i n ca n dc a d m i u ma n dl e a d t h et h r e em o s tp r o m i n e n t p e r f o r m a n c eo fh e a v ym e t a le l e m e n t s i t sh e a v ym e t a le l e m e n ta v a i l a b i l i t yf o rt h e c r e a t u r e ss o r t ：c a d m i u m m a n g a n e s e l e a d c o p p e r z i n c ，m i g r a t i o nc o e f f i c i e n t s o r t ：c a d m i u m m a n g a n e s e l e a d z i n c c o p p e r p r e d i c t a b l yc a d m i u ma n dl e a d p o l l u t i o ni sv e r ys e r i o u s ；t h es i n g l ef a c t o ra s s e s s m e n tf r o ms o i l c a nk n o w ，a l l s a m p l i n gp o i n t sb yz i n ca n dc a d m i u ms o i l a l lt h es e r i o u sp o l l u t i o n f r o mt h e b i o l o g i c a la v a i l a b l ec o e f f i c i e n t ，m i g r a t i o nc o e f f i c i e n ta n a l y s i sk n o w a b l ec a d m i u m ， i v a b s t f a c t l e a da n dm a n g a n e s ei sh i g h e r a n dt h en u m e r i c a lc o p p e ri nt r a n s f e rc o e f f i c i e n ti st h e b i g g e s t ，f o l l o w e dc a d m i u m ，h o w e v e rn o tu s es t a t ec o p p e ra c c o u n t i n gf o r al a r g e p r o p o r t i o no f n o tu s i n gs t a t e ，c a d m i u ms m a l lp r o p o r t i o n ，s ot h ed a n g e r so fc a d m i u mi s t h eg r e a t e s t g e n e r a l l ys p e a k i n g ，r e g i o n a lc a d m i u m ，l e a da n dz i n c ，t h ep o l l u t i o n p r e v e n t i o na n dc o n t r o ls h o u l db et a k e ns e r i o u s l yi nt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o na s p e c t t oc o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no ft h eh e a v ym e t a la m o u n ta n dh e a v ym e t a le l e m e n t o ft h ef o r m ，e t c k e y w o r d s ：p a r t i c u l a t e w a t e rs o i l h e a v ym e t a lb i o l o g i c a le f f e c t i v e n e s s v 第1 章绪论 1 1 选题的依据和意义 第1 章绪论 当今时代，随着国民经济的不断增长，城市化进程不断加快以及城市人口急 剧增长，能源的急剧消耗等因素使得我国城市环境问题也随之凸显出来，特别是 环境中重金属的污染备受人们的关注。环境中重金属的主要以大气颗粒物和水等 为载体，在大气、水体和土壤之间不断的进行着迁移转换。城市环境中重金属污 染物的迁移转化和累积受自然因素和人为因素双重作用的影响，自然因素的影响 是指来自( 如建筑扬尘、降尘、汽车尾气、燃煤灰等) 的重金属与其它污染物汇集 在大气中，在一定自然条件下( 如湿度、温度、阳光、风等) 发生多种界面之间的 互相作用，彼此之间构成复杂的环境污染体系，然后又通过干沉降和湿沉降的作 用释放到地表土壤和地面水体中，土壤及水体中重金属又通过扬尘和水汽再次进 入大气环境中，通过呼吸进入动物体产生危害。人为因素是指人类的生活和生产 活动将大量的重金属污染物排入城市大气、水体、土壤等各城市环境因子中。各 个环境因子中的重金属在自然因素和人为因素作用下相互转化、积累和富集。因 此，使得重金属具有高毒性、累积性和持久毒性。迄今为止，国内外很多研究者 对城市中重金属污染对人体、动植物生态毒理等方面的影响做了一定的研究。有 研究学者表明，重金属对环境的危害首先取决于其化学活性，其次才取决于其含 量【1 1 。重金属污染物与其它有机、无机污染物的最大区别是不可降解的特性，只 会发生形态的转化，。不同化学形态的金属元素具有不同的生物可利用性。因此， 判断重金属对环境的危害，不仅需要知道这些粒子中金属元素的含量，更应该了 解这些元素的化学形态分布、存在形态、生物效应等【2 】。以此为基础，结合区域 环境特征，研究重金属在大气、水体和土壤环境中的污染特征与生物有效性，是 大气、水体和土壤环境中重金属污染治理的重要环节。 成都是西部重要中心城市，是西南地区“三中心、两枢纽”的核心，如何改 善我们城市环境，提升我们城市的形象，创造一个优美的工作环境和生活环境， 为城市的可持续发展奠定一个坚实牢靠的基础，成为广大市人民心中日益关心的 问题。虽然经过很多年的环境综合整治措施，城市环境条件在总体上得到了很大 改观，但是城区环境质量仍然存在很多问题。随着城市规模不断扩大、城市中车 辆增多、工业垃圾的堆积、人口的急剧增加和工业燃煤的增加等诸多方面因素使 得能源消耗不断增长，大量有害物质排向水体中、空中和土壤中，使得我们周围 环境污染问题日趋严重，再加上特殊的地形、能源结构和气候条件等，这些诸多 的影响因素造成成都市的典型的重金属污染情况。我们以成都市为例，系统采集 成都理工大学硕士学位论文 成都市大气颗粒物、水体、土壤等样品，对其中的重金属种类、浓度、分布情况 和不同环境因素对重金属的影响以及重金属的形态分析、生物有效性方面进行探 讨研究。通过研究，达到了了解重金属在大气、土壤和水体中的污染特征、形态 特征、累积规律和生物有效性等目的，基本准确把握环境中重金属的行为，为有 效控制重金属的污染，保护人类健康提供科学依据具有非常重要的意义。因此进 行重金属在城市大气、水体和土壤环境系统中的行为研究，努力寻求城市大气、 水体和土壤中重金属污染源汇集的平衡点，为城市生态系统可持续性提供数据， 为合理进行工业布局、城市功能定位提供参考，也为评价成都市大气、水体和土 壤环境质量进一步提高提供参考。 1 2 环境中重金属的研究现状 目前，国内外关于对环境中的重金属研究主要集中在重金属的总量分析、污 染来源分析、物理化学特征和时空分布特征等。以及对生态系统和人体健康影响 的机制、风险评价以及缓解和消除重金属危害的方法和技术。 1 2 1 大气环境中重金属的研究现状 大气中污染物可分为气态污染物与颗粒态污染物两大类。气溶胶是液态或固 态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水滴、冰晶的凝结核、太阳辐射的吸收 体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。雾、烟、霾、微尘 等都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶。而总悬浮颗粒物( t o t a ls u s p e n d e d p a r t i c l e s ，t s p ) 是指粒径小于1 0 0 t m 以下的气溶胶，是目前大气环境质量评价 中的一个通用的重要污染指标。大气中t s p 的组成十分复杂，而且变化很大。 燃煤排放烟尘、工业废气中的粉尘及地面扬尘是大气中总悬浮微粒的重要来 源。t s p 是大气环境中的主要污染物，中国环境空气质量标准按不同功能区 分为3 级，规定了t s p 年平均浓度限值和日平均浓度限值，根据世界卫生组 织大气质量推荐值，对健康不致产生不良影响的t s p 浓度1 2 伪】m m 3 ，这也是我 国环境空气质量一级标准t s p 浓度的日均值。颗粒物是各种有毒有害污染物的 载体，一般说来，粒径越小吸附的污染物越多，对人体健康产生的危害越大。很 多的研究表明，颗粒物的物理性质及化学性质与颗粒物的致癌性、毒性和致畸形 性密切相关，颗粒物在重金属转化、迁移和循环中起着至关重要的作用。 随着世界经济的高速发展，重金属污染物排放到大气中引起日益严重的大气 污染。由于世界各国经济水平和科学技术水平的不同，能源结构与使用效率的不 同，大气颗粒物中重金属的污染程度和污染源类型的地域性差别就凸显。研究大 气颗粒物中重金属污染特征及其在大气环境中的形态变化情况，对控制其污染具 2 第1 章绪论 有重要意义。国际上很重视对大气颗粒物的研究和防治工作，大多数国家都已经 规定了空气中大气颗粒物的质量标准。近些年来，随着国民经济的持续发展，我 国的大气污染问题也日益凸显。目前，大气颗粒物已成为首要空气污染物，由于 大气遭到重金属的污染，使得人类直接暴露于重金属污染之中。大气中的污染物 质还可以通过沉降作用使谷物、蔬菜、水体等遭到污染。因此，大气环境中的重 金属污染研究是一个热点。世界各国的研究工作者对大气环境中的重金属污染展 开了广泛全面的研究，从大气中颗粒物的采样技术、样品预处理方法、到大气颗 粒物中重金属元素在不同粒径上的形态分析与源解析方法，可谓是研究广泛。 城市大气中的重金属污染来源较为复杂。一方面，重金属可以是多种来源( 如 建筑扬尘、地面灰尘、燃煤飞灰、汽车尾气等) 的重金属与其它污染物汇集在大 气环境中；另一方面，大气环境中的重金属在一定的大气条件下( 如风、降雪、 降水等) 下，进行迁移转化，在污染本质上表现为互为源汇的特点【3 j 。国内外对 大气中重金属的研究主要集中在颗粒物和大气水上，其中以可吸入颗粒物的研究 居多，将大气颗粒物和水体相结合来分析重金属的形态变化特征的很少。大气中 的重金属污染物具有不可降解性和累积性，不同化学形态的金属元素具有不同的 生物可利用性，有些重金属如锰、铜、锌等是生物体生命活动必需的微量元素， 但是大部分重金属如铅、镉、汞、砷等对生物体的生命活动有毒害作用，长期存 在可能对环境构成极大的潜在威胁1 4 j 。 1 2 2 土壤中重金属的研究现状 城市土壤是指城区和城郊区域、受强烈人为活动影响的土壤垆j 。人类活动给 土壤环境质量带来了不可小视的影响。随着城市化和工业化的迅速发展，尤其是 工业三废的排放、农药和化肥的不合理施用以及不合理的耕作制度等对土壤环境 产生了很大的影响，使得土壤中重金属污染风险逐渐增大。城市土壤污染问题已 引起人们的广泛高度重视，城市环境中土壤以混合、填埋、污染物的堆放、大气 沉降和水分迁移为特点。城市土地大约占陆地总面积的2 ，但是却承载着8 0 以上的工业污染物和生活污染物，这就使得城市土壤与农业耕作土壤和自然土壤 之间存在着很大的差异。它们的物理性质和化学性质发生了改变。城市土壤环境 质量好坏将直接影响到城市区域环境质量和城市绿地建设，更为关键的是将对人 类健康产生威胁，不得不引起我们的重视【6 j 。 从上世纪7 0 年代早期起，一些欧美国家的城市化水平和工业化程度发展较 高、较快，城市土壤问题早就开始引起了人们的高度注意，他们为城市土壤的研 究开创了先河，先后开展了城市土壤的分类、特牲、恢复等多方面的研究。首先 是英国开展了伦敦等大城市土壤和灰尘中铅、铜、锌和镉等重金属的研究，发现 土壤重金属的污染与工业活动、汽车尾气的排放等有关【。德国土壤学会在1 9 8 8 3 成都理工大学硕士学位论文 年成立了城市土壤工作组，美国也在纽约等城市开始了一系列有关城市土壤的研 究。1 9 9 8 年在德国蒙特利尔市召开的第1 6 届国际土壤学会会议上，首次设立了 城市及城郊土壤学科国际工作组，即城市、工矿和交通用地土壤工作组，并于 2 0 0 0 年在德国召开了第一届国际会议，包括中国在内的全球3 0 0 多名代表出席 了会议，这次会议标志着全球城市土壤学术研究进入了城市环境学的热点领域。 我国城市土壤研究以张甘霖“城市土壤研究的深化和发展一简评首届城市、工业、 交通和矿区国际会议文章为号角，铺开了城市土壤的相关研究，形成了以中科 院土壤所、地理所、浙江大学和南京农业大学等全国一批重点院所和高校为核心， 以城建、环保等综合部门和地方院所为主体的较为庞大的城市土壤研究团队，就 城市土壤的生态环境问题进行了多学科广泛研究【8 】 土壤重金属污染评价的方法很多，主要有：地质累积指数法【9 】、潜在生态 危害指数法【1 0 1 、脸谱图法【1 1 】、综合指数法、内梅罗综合指数法、污染负荷指数 法、沉积物富集系数法【1 2 】和次生相富集系数法等。刘红樱等【l3 】采用内梅罗综合 污染指数法，参照国家土壤环境质量标准，将成都地区的土壤重金属综合污染划 分为1 个土壤安全区和4 个土壤污染区，其中成都市区土壤重金属污染主要为 h g 、c d 和p b 。姚学赳1 4 】等曾报道：成都市金牛区的耕地已全部被汞( h g ) 污染， 重污染区( 超标2 倍以上) 此外，镉( c d ) 、砷( a s ) 、铬( c r ) 等有害重金属污染的耕地 面积约在5 0 以上。谭婷【1 5 】等采用地质累积指数法评价了成都平原土壤p b 污染 程度，结果表明：新都区污染较严重，成都、双流的绝大多数点也有不同程度的 污染。施泽明，倪师军等【1 6 】研究表明城市土壤重金属污染出现明显的郊区化趋 势。 1 2 3 水体中重金属的研究现状 由于在对自然资源开发时候不注重环保的重要性使得一些废弃物重返水环 境，由于人类活动对自然水体造成的污染在许多国家和地区，已经超出自然水体 的自净能力。因此，水环境污染已成为世界各国普遍关注的课题。重金属污染是 水环境污染的一个重要方面【1 7 】。随着工业和农业的不断发展，包括重金属在内 的大量污染物排入河流，造成了水质日益恶化，也给我们的生存环境带来了一系 列严重后果。日本曾出现由汞污染引起的“水吴病”和镉污染引起的“骨痛病 事件。为了控制和治理水体重金属污染，保护人类生存环境，国内外开展了大量 的研究工作【1 引。 水环境主要包括水库、湖泊、河流、海洋以及经人类加工的工业用水、生产 生活排放水和生活饮用水等水体的环境。水体重金属离子污染是指含有重金属离 子的污染物进入水体对水体造成的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等 工业生产过程中产生的重金属废水( 含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子) 4 第1 章绪论 是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种 常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理 化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如 果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成 农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产 生严重危害，使人类生活和健康受到不良影响的行为【l 们。近年来，不论是国外 还是国内，随着工农业以及经济的迅猛发展，各类水环境中重金属污染日趋加剧 已成为不争的事实。 我国作为饮用水水源的地表水主要为河流、湖泊等。有关部门对这几类水体 的监测情况分析认为，主要的重金属污染为汞【2 0 】。地表水饮用水源的镉污染仅 次于汞，铬和铅污染也比较普遍，其它重金属如镍、铊、铍和铜在中国各类地表 水饮用水体中的超标现象也很严重【2 。尚英男【2 2 】等研究表明：成都市三条河流 各重金属元素潜在生态危害程度由大n d , 依次为：沙河c d _ h g _ p b c u _ a s ； 府河h g _ c d c u p b a s ；南河h g _ c d _ c u _ p b _ a s 。成都市河道表层 沉积物以h g 、c d 污染严重；c u 、p b 次之；a s 最弱。 1 3 研究内容 从2 0 0 9 年开始收集关于成都市环境中重金属在大气、水体和土壤中污染方 面的资料，研究和总结了大气环境地球化学研究的最新进展和发展趋势，本次研 究是在系统的实地环境调查的基础上，以研究区域中重金属的浓度分布和形态变 化特征为突破口，针对在四川盆地这种特殊地形环境，在成都市东边设置监测点 a 与西边设置监测点b ，以两个监测点所采集大气颗粒物、水体、土壤和植物为 样本，分析测定和模拟浸泡试验相结合的方法，依据重金属的化学形态和总量分 析结果，对研究区域的重金属的污染现状、重金属的形态变化特征、重金属的生 物有效性进行了系统研究，以此来开展论文的研究工作，主要对以下几方面的内 容进行分析研究： ( 1 ) 研究区域环境条件分析。 研究区域地理气候条件分析，地理条件是对大气污染很重要的的条件，就如 四川这种盆地地形，就不利于大气污染物的扩散。气象条件也是环境污染预测不 可缺少的重要内容。通过在不同天气条件下采样和在不同地域的采样来分析气候 与地理位置对环境中重金属污染的影响；研究区域的能耗调查的分析，大气、土 壤和水体中重金属污染源位置、范围等，因此，从煤炭、石油和天然气消耗的角 度分析成都市的能源结构对城市环境污染的贡献程度。这样就能更好的找出污染 来源提供依据；研究区域监测点的调查分析，通过对研究区域监测点的调查了解， 5 成都理工大学硕士学位论文 能更好的了解周边环境状况，为合理的布点与采样打下基础。 ( 2 ) 研究区域环境中重金属污染基本特征分析。 根据在成都市东西监测点所采集的大气颗粒物、水体、土壤。植物样品，对 其进行试验分析，测出其重金属( c u ，p b ，f e ，m n ，z n ，a s ，h g ，c d 、c r ) 的数 据，分析这些样品中重金属的含量，得出该研究区域内重金属污染规律和特征。 使得对研究区域内重金属环境质量水平在总体上有个了解。再通过对重金属元素 的变异系数分析和重金属元素之间的相关性分析，达到对颗粒物种重金属污染程 度，分布情况以及污染元素是否同源性等的深层次的了解；对研究区域内样品中 各个重金属元素的变异系数进行分析，因为在人为因素高强度作用下，环境中会 产生的新污染源，对环境造成深刻的影响，但是因为各污染源地域分布不平衡， 造成了污染程度的地域性差异。因此就要通过元素变异系数作为反映统计数据波 动特征的参数，在一定程度上可以描述元素污染状况；对研究区域内样品中各个 重金属元素之间的相关性分析，研究样品中各个重金属之间的含量相关性，可以 推测重金属污染的同源性情况。 ( 3 ) 研究区域环境中重金属的形态分析与模拟浸泡。 环境中重金属的不同形态具有不同的生物利用性，因此对生物危害程度也就 不一样，通过形态分析可以了解重金属元素在环境中存在的各种化学形态。对重 金属进行形态分析的另外一个目的就是更加好对重金属的生物有效性进行分析， 因为重金属的形态分析是生物有效性的研究基础。研究者们通常根据多步提取法 中可交换态、碳酸盐和氧化物态之和与全量之间的比值来评价环境中重金属的生 物可利用性系数；用可交换态与全量得比值来评价环境中重金属的迁移系数。 重金属在大气颗粒物中和水体之间形态分析，t s p 是大气污染物中数量最大、 成分复杂、性质多样、危害较大的一种物质，大气颗粒物中的重金属污染物具有 不可降解性，不同化学形态的金属元素具有不同的生物可利用性【2 3 1 ，因此本文 对t s p 样品中的有毒重金属元素( c u ，p b ，m n ，z n ，c d ) 的化学形态进行研 究，并结合成都地区特点研究t s p 在模拟酸雨条件浸泡下该五种重金属的化学 形态变化情况。根据t s p 中重金属元素的地球化学和环境化学特