蒙脱石等粘土矿物对重金属离子吸附选择性的实验研究

矿物质与重金属离子间的相互作用已是当今环境科学、矿物学,土壤化学等学科领域研究的热点。通过蒙脱石,伊利石和高龄石在一定的介质条件下对Ｃｕ＾２＋、Ｐｂ＾２＋、Ｚｎ＾２＋、Ｃｄ＾２＋、Ｃｒ＾３＋五种重金属离子的竞争吸附实验研究,阐明了三种粘土矿物对五种重金属离子的吸附选择性。     

Distribution of Cd,Pb, Zn and Cu and their chemical speciations in soils from a peri-smelter area in northeast China

An exploratory study on soil contamination of heavy metals was carried out surrounding Huludao zinc smelter in Liaoning province, China. The distribution of total heavy metals and their chemical speciations were investigated. The correlations between heavy metal speciations and soil pH values in corresponding sites were also analyzed. In general, Cd, Zn, Pb, Cu and As presented a significant contamination in the area near the smelter, comparied with Environmental Quality Standards for Soils in China. The geoaccumulation index showed the degree of contamination: Cd > Zn > Pb > Cu > As. There was no obvious pollution of Cr and Ni in the studied area. The speciation analysis showed that the dominant fraction of Cd and Zn was the acid soluble fraction, and the second was the residual fraction. Pb was mostly associated with the residual fraction, which constituted more than 50% of total concentration in all samples. Cu in residual fraction accounted for a high percentage (40–80%) of total concentration, and the proportion of Cu in the oxidizable fraction is higher than that of other metals. The distribution pattern of Pb and Zn was obviously affected by soil pH. It seemed that Pb and Zn content in acid solution fraction increased with increasing soil pH values, while Cd content in acid soluble fraction accounted for more proportion in neutral and alkaline groups than acidic one. The fraction distribution patterns of Cu in three pH groups were very similar and independent of soil pH values. And the residual fraction of Cu took a predominant part (50%) of the total content.     

巯基棉分离富集ICP-OES测定岩盐矿中的水溶性铜铅锌镉

盐岩矿的水溶法开采是获得人类生活必需品和重要工业原料——盐的重要途径之一。在水溶法开采中,岩盐矿中的水溶性重金属会随着母液到达地表环境和后续的岩盐产品中,可能对地表环境造成污染和危害人体健康,故对岩盐矿中水溶性重金属的检测非常重要。岩盐矿中的水溶性铜铅锌镉含量较低,而盐分含量过高,过高的盐分含量会影响ICP-OES的雾化效率,故很难用ICP-OES直接测量重金属含量。本文以巯基棉为吸附材料,从溶液pH、洗脱液浓度、洗脱液体积等方面研究了分离富集岩盐矿中水溶性铜铅锌镉的实验条件。结果表明,在pH=7的介质中,巯基棉对铜铅锌镉有良好的吸附性能,被吸附的铜铅锌镉可用7 m L盐酸(15%)定量洗脱,溶液中的钠对吸附无明显影响。对解吸后的溶液,铜铅锌镉的回收率均≥92.2%,钠回收率仅0.04%,基本实现了铜铅锌镉与钠的分离,达到了ICP-OES检测要求。     

小秦岭金矿区土壤重金属生物有效性与影响因素

土壤中重金属生物有效性与影响因素分析是土壤重金属风险管控的关键问题。通过实地调查、现场采样、实验测试、综合分析等方法,分析了研究区100km2内Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Zn七种重金属元素的有效态含量特征,研究了这些重金属有效态含量之间、有效态含量与全量、有效态与土壤pH、有机质含量、粒度等基本理化参数之间的相关性,分析了重金属污染来源。结果表明,土壤中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Zn七种重金属有效态的平均含量分别为2.29mg/kg、594mg/kg、2.52mg/kg、6.30mg/kg、2.16mg/kg、48.14mg/kg、50.21mg/kg,其变异系数大小为:HgPbCuZnCdAsCr。Hg的变异系数最大,是由于金矿选矿活动采用混汞法提金排放的尾矿堆(库)分布不均。Hg、Pb、Cd、Cu、Zn有效态量与全量之间均存在显著的相关性;土壤有机质与重金属有效态之间存在显著的相关性;土壤pH与有效态重金属之间存在显著的负相关性;土壤粒度对重金属有效态的累积影响不明显。     

广东汕头市内海湾沉积物重金属环境质量调查与评价

内海湾底泥沉积物的环境质量状况与水生生物的生存和人体健康关系密切。在广东汕头市内海湾两岸23个点位采集了表层(0~20 cm)和深层(100~120 cm)底泥沉积物样品46件,对其pH值和Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn计7项重金属及K含量进行测试分析,调查底泥中这些重金属的含量特征,并参照农用地水田土壤污染风险管控标准对重金属环境污染质量进行评价。结果表明汕头内海湾底泥沉积物的pH介于7.00~8.82之间,平均值为7.83,在46件样品中41件样品的pH值大于7.5。内海湾底泥中7项重金属元素的含量均明显低于环境污染风险管制值,即对该区底泥重金属环境污染不需要管制。Cd、As、Pb、Cr这4项重金属含量均低于污染风险筛选值,其污染风险可以忽略。2件表层样品的Hg含量值高于污染风险筛选值,18件样品的Cu和Zn含量值高于污染风险筛选值,因此建议对底泥中Cu、Zn、Hg含量进行环境质量监测。K含量介于0.70%~2.59%,平均值为1.54%。基于表层底泥和深层底泥元素含量对比分析,认为该区Hg污染来源应为人为源;Cu、Zn的污染来源一部分为人为源,另一部分可能为人为源、自然源或二者的混合源。     

固体聚合膜电解浓集法测量天然水中低含量氚的化学淬灭效应研究

固体聚合膜电解浓集法是浓缩氚含量较低(1 Bq/m~3)的天然水样的常用方法,但因水样自身含有杂质离子或电解装置聚合膜带入杂质进入浓集液,使浓集液偏酸性,在测量过程中易产生化学淬灭效应,导致氚的测量值偏低。本文研究了水样自身存在的杂质离子和聚合膜上残留的杂质离子、样品溶液的pH值及其电导率所产生的化学淬灭效应的影响,实验表明,为减少化学淬灭效应,提高测量低含量氚的准确性,需保证水样溶液呈中性,电导率≤1μS/cm,同时避免杂质沉积在聚合膜上。如果水样溶液的pH值偏酸性、电导率大于1μS/cm,可采用酸碱混合型离子交换树脂去除水样中自身的杂质;对于聚合膜引入的杂质,可在电解后的水样中加入微量氨水将其pH值调节至中性。     

某矿区土壤重金属分布特征及来源解析

为探究赣南某矿区土壤重金属污染状况及来源,以该矿区内40个土壤样品为研究对象,分析了土壤中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg等8种重金属元素的含量,并采用频率直方图、相关性分析、主成分分析等多种统计方法探究了土壤重金属含量的分布特征及来源。研究结果表明:(1)研究区8种重金属中有7种不同程度地超过了江西省土壤重金属元素背景值;(2)Pb、Zn、As和Hg的含量接近正态分布,而Cu、Cr、Ni和Cd的含量则呈现出右偏分布的趋势,这可能与研究区矿山开采活动及土地利用类型等因素有关;(3)矿区土壤重金属相关性分析表明,Cu、Cr、Ni的同源性较高,可能具有相同的污染源,而Pb、Zn、Cd等元素与Cu、Cr、Ni相比,其来源可能存在一定的差异;(4)主成分分析结果显示,矿区内土壤中8种重金属元素含量可以由2个主成分来解释,所代表的实际意义按贡献率排序分别是成土母质和人为采矿活动;(5)矿区内土壤重金属污染物主要为Pb、Zn、Cd,人为采矿活动是这三种重金属污染的主要来源。     

铅锌矿尾砂重金属污染物对不同土地利用类型土壤性质影响的典范对应分析

广西阳朔思的村铅锌矿尾矿砂坝坍塌造成了大面积农田污染,已往报道多集中在金属矿山开采过程中产生的废液及大量固体废弃物堆砌而造成的环境污染,较少关注因尾矿砂坝坍塌所造成的这种土壤重金属特殊污染模式。本文运用典范对应分析(CCA)研究铅锌矿尾砂坝坍塌对不同土地利用类型(玉米地、柑橘园、水稻田)造成的重金属(铅、锌、铜、镉)污染以及对土壤理化性质(有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、碳氮比、pH值)的影响。CCA分析结果表明,研究区污染以铅、锌、镉为主,铜次之,其中锌和镉的空间分布格局受土地利用类型的影响更明显,并且镉对水稻田产生的环境风险最高。此外,在土壤中尾矿砂分布不均的前提下,土地利用类型是造成土壤重金属污染空间分布不同的重要驱动力,受土壤质地和矿砂性质的影响,重金属污染引起的酸化效应在供试土壤中不明显,使得CCA图中pH值所代表的点远离重金属箭头连线;阳离子交换量距重金属连线较近,受重金属影响明显并随重金属污染的加剧而减小;碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分受重金属污染的影响并不显著,但与施肥配比和农业管理密切相关;有机碳与重金属箭头连线分布象限相同且包裹于其中,与重金属质量分数呈正相关关系,相较于玉米地和柑橘园,水稻田中有机碳积累量更大,达到18.14 g/kg,可能因稻田中微生物的碳源代谢利用能力明显降低,土壤中有机碳的矿化分解受阻,导致水稻土中有机碳的积累。此外,尾矿砂作为土壤重金属的持续性释放源,尽管对土壤的基本理化性质尤其是速效养分的影响并不明显,但能够通过影响土壤微生物群落间接影响土壤碳循环。     

An experimental study of heavy metal attenuation and mobility in sandy loam soils

Column flow-through experiments reacting wastewater solutions with sandy loam soil samples were performed to study heavy metal attenuation by two soils with different physical and chemical properties. Reacted soil columns were leached with synthetic acid rain to study the mobility of attenuated heavy metals under leaching conditions. This study demonstrates that cation exchange, surface adsorption, chelation with solid organic material, and precipitation were the important attenuation mechanisms for the heavy metals (Cd, Cr, Cu, Mo, Ph, and Zn). Adsorption on soil hydrous oxide surfaces was the primary attenuation mechanism for Cd and Zn in both soils, and for Cu in a soil with low organic matter content. Wastewater solution pH is also an important factor that influences the retention of heavy metals. Cadmium, Cu, Cr, and Zn became mobile after prolonged application of spiked wastewater solution, either through saturation of soil adsorption sites or due to decreasing pH. Only Cr, Pb, and Mo, which are attenuated primarily through precipitation, show significant net retention by soil. Acid rain water removed heavy metals left in the column residual pore solution and weakly sorbed heavy metals in the soils, and has the ability to mobilize some strongly attenuated heavy metals, especially when the soil organic matter content is high. The results have important applications in predicting heavy metal mobility in contaminated soil, the disposal of acid mine drainage, and assessing the risks of landfall leachate leakage.     

应用毒性淋溶提取法评价天津市某工业用地及周围农田土壤中重金属生态风险

毒性淋溶提取法(TCLP)是美国法定的一种生态环境风险评价方法,通过提取土壤中的重金属有效态判断土壤重金属污染状况和评估污染区域生态风险。本文应用TCLP法提取天津市某工业园区内及周围农田土壤中的有效态Cu、Pb、Zn、Cd,采用电感耦合等离子体质谱法和原子吸收光谱法分别测定重金属全量和有效态,结合单项污染指数和内梅罗综合污染指数评价了重金属生态风险。结果表明:研究区Zn是首要污染物,主要来源于镀锌厂、金属制品厂和电镀厂,其次是Pb和Cu污染,Cd无污染;Pb、Zn可能具有同源性或伴生关系;大部分土壤处于安全水平,重金属污染率不到30%,但农田土壤出现了Zn的轻度污染。重金属全量是影响重金属有效态含量较大的因素,当Zn全量大于环境质量标准限值(300 mg/kg),Pb全量大于80mg/kg时,有效态Zn、Pb与其全量均呈正相关。因此,可以使用TCLP法将土壤重金属全量与有效态进行量化评价重金属生态风险。     

包头市典型工业区表层土壤中重金属污染状况及其潜在生态风险研究

为了解包头市典型工业企业对其所在地土壤中重金属含量的影响及污染现状,利用相关性系数对其表层土壤中7种重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Mn、Ni)来源进行研究,并采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数对其污染状况进行评价。结果表明,7种重金属含量平均值均高于内蒙古土壤背景值,其中Cd、Mn、Ni超标率已达100%,而Cu、Pb、Zn的超标率分别为97%、93%和93%,只有Cr超标率较低(53%),污染程度依次为CdPbCuNiZnMnCr,其中Pb和Cd为重度污染,Cu、Zn、Ni为中度污染,Cr、Mn为轻度污染;Cu、Zn、Cr、Mn、Ni可能同时来自工业生产和交通运输两个源,而Pb和Cd除上述来源外,燃煤烟气的排放有较大贡献。潜在生态危害依次为CdPbCuNiCrZnMn,其中Cd的潜在生态风险最大,应予以高度重视,其他金属的风险均为轻微。     

雄安新区某金属冶炼区土壤重金属污染程度及风险评价

为支撑雄安新区土地资源科学管理,完善中国土壤污染评价体系,文章以雄安新区某废旧金属冶炼区为研究区开展地质调查,采集541件表层土壤样品,测定了土壤中的Cd、Hg、Pb、As、Cu、Zn、Cr、Ni八种重金属元素的含量和pH,采用主成分分析法研究重金属元素的组合及分布特征,通过单因子指数法、内梅罗综合指数法、地质累积指数法、潜在生态风险评价法和人体健康风险评价法对土壤重金属的污染程度及风险进行评价。结果显示：研究区土壤中Cu、Zn、Cd、Pb元素超标主要受冶炼活动影响,As、Hg元素高值异常主要由受唐河污染的地下水灌溉引起;单因子污染指数超标比例大小顺序为Cd>As>Cu>Zn>Pb>Hg>Cr=Ni;内梅罗综合指数评价结果显示54%的样品达到了污染水平;地质累积指数超标比例大小为Cd>Cu>Pb>As>Zn>Hg>Ni>Cr,Cu、Cd、Zn、Pb、As极重污染比例分别为13.5%、10.2%、9.1%、10.9%、17.2%;Cd和Hg是主要的生态危害元素,Cd中等-强生态危害比例为65.2%,Hg中等-强生态危害比例为71.3%;非致癌风险因子主要为As、Cr、Pb,95.2%样品对儿童的非致癌风险超过了1,29件样品中As对儿童的致癌风险超过10^-4,研究区土壤重金属对儿童具有较高的健康风险。     

内江市双桥乡土壤重金属含量及风险评价

以四川省内江市双桥乡为研究区域,调查分析各类土壤中重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg、Ni）含量情况。采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和富集因子评价方法,对土壤重金属污染状况进行评价。研究结果表明,该地区Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn元素平均含量高于成都经济区、四川省、中国土壤背景值,有一定程度的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn富集,Hg元素有个别样点含量偏高,并且单因子重金属的污染程度依次为：Cd〉Ni〉Zn〉Cu〉Cr〉Pb〉As〉Hg,Cd在绝大部份区域存在轻微污染,由内梅罗污染指数和富集因子评价得出区域综合污染程度为轻度。     

小秦岭金矿区小麦和玉米重金属的健康风险评价

重金属污染引发的农产品质量安全问题已成为全社会关注的焦点。为了解小秦岭金矿开发引起的重金属污染风险,采集了同点位的农田土壤、小麦和玉米籽粒样品,测定了其中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu和Zn的含量及其在土壤中的形态;采用指数法和RAC风险评价法分析了土壤重金属的污染风险,采用转移因子和目标风险指数法评价了小麦、玉米籽粒中重金属的健康风险。结果表明:小秦岭金矿区土壤中Hg、Pb、Cd、Cu、Zn含量受矿业活动影响强度大,在土壤中累积明显;土壤中Hg、Cd、Pb、Cu总量超过了国家限值,呈现污染;Cd、Hg、Cu具有潜在生态风险。小麦和玉米籽粒中Pb以及玉米籽粒中的Cd的平均含量高于国家标准,呈现一定程度的污染;部分小麦样品中的Hg、Cd和部分玉米样品中的Cd超过WHO/FAO安全限值,小麦和玉米籽粒中度Pb平均含量超过欧盟安全标准,说明具有潜在的健康风险。重金属的转移因子表明Cd、Zn及Cu比其他重金属更容易从土壤转移到小麦和玉米籽粒中;通过小麦对重金属的摄入量略高于玉米,远低于WHO/FAO推荐剂量;目标风险指数评价表明,只消费小麦或玉米基本不产生健康风险,但同时消费矿区生长的小麦和玉米具有较高的Pb健康风险。     

陕西潼关县金矿矿区周边农田土壤重金属生态健康风险评价

为了解潼关金矿矿区早期粗放式的矿业活动对矿区周边农田土壤的重金属污染状况的影响以及对暴露人群的不良健康效应的评价,采用地质调查工程选取了矿区附近6块农田土壤为研究对象,通过X射线荧光光谱分析法测定了68个土壤样本中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等8种土壤重金属含量,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法和...     

Trace element concentrations of soils, plants and waters caused by a copper smelting plant and other industries, Northeast Turkey

The study area is situated in a large agricultural field which produces tobacco, maize, and other yearly cultivated vegetables in Tekkeköy, Samsun (NE-Turkey). In addition, a significant part of this area to the north along the Black Sea coast is occupied by several industrial plants such as a copper smelting plant (KB?), a fertilizer plant (Tügsa?) and industrial park facilities (IPF). In order to reveal their environmental impacts, heavy metal analyses were conducted on soil, plant leaves and water samples collected within an area of approximately 30 km² around these plants. Soil samples within an area of 10 km² around these facilities are found to be highly polluted with Cu, Zn, Pb, Fe and Mn. Pollution occurs at surface and sharply dies out at 20 cm downwards in soil profile. Since the region is polluted mostly with base metals, the copper smelting factory appears to be the main source of pollution as it processes the massive sulfidic ores of the Black Sea area. Plants show Cu, Pb, Zn and Fe pollution around KB? and Tügsa? and Cu and Pb around IPF. Pollutants observed in tobacco (Nicotiana tobacum) are Cu, Pb, Zn, Fe and S; in maize (Zea mays) Cu, Zn and Fe; and in cabbage (Brassica oleracea) Cu, Pb, Fe and S. The analyses of water samples collected from the study area reveal that Pb and, to a lesser degree, Cu and Fe pollution stem from KB?; Cu, Fe and Mn pollution from Tügsa?; Pb and minor amounts of Fe and Mn pollution from IPF. Factor analyses from analyzed metals and anionic complexes in water show three distinct groups: (a) an association of heavy metals with Na, K and Mg referring to pollution and acid leaching of soil, (b) an association of NH4, Fe, SO₄, Cl and Br indicating agricultural pollution and sea-water invasion in land near the shore line, and (c) HCO₃ behaving in a different manner in heavy metal precipitation.     

云南省宣威市农耕区土壤重金属元素分布影响因素及生态风险评价

为探究云南省碳酸盐岩风化区重金属污染特征及分布影响因素,选取云南省宣威市农垦区为研究对象,利用1:5万土地质量地球化学调查成果,通过分析表层土壤重金属元素累积特征及分布规律,并结合土壤理化性质及地形因素等数据,研究驱动农垦区土壤重金属元素富集的影响因素,并利用富集指数法(EF)和潜在生态风险评价(RI)进行污染评价.结...     

云蒙湖表层沉积物重金属分布特征及风险评价

为了解云蒙湖表层沉积物中重金属的污染状况,选取云蒙湖沉积物中6种重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As)作为研究对象,测定并分析其在云蒙湖表层沉积物中的分布、来源及生态风险,以期为云蒙湖沉积物中重金属污染治理及饮用水安全保障提供依据。采用富集系数法、相关性分析及聚类分析对重金属来源进行分析,并选用富集系数法、地累积指数法和潜在生态危害指数法对重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价。结果表明:云蒙湖表层沉积物中6种重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As平均含量分别为20.9、73.1、23.1、62.0、0.4和4.5 mg/kg;与临沂市土壤背景比较,Cd、Zn和Cr的含量超过临沂市土壤背景值,Cd污染最严重。重金属来源分析结果显示:Cd受人类活动影响较大,可能与区域农业和林业施肥有关;Cu、Zn、Pb、Cr和 As这几种重金属以自然来源为主。综合富集系数法、地累积指数法和潜在生态危害指数法3种评价方法的结果得出,云蒙湖表层沉积物中Cd 为最主要的污染元素,且具有较强的生态危害。     

Heavy metal partitioning in river sediments severely polluted by acid mine drainage in the Iberian Pyrite Belt

This study provides a geochemical partitioning pattern of Fe, Mn and potentially toxic trace elements (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) in sediments historically contaminated with acid mine drainage, as determined by using a 4-step sequential extraction scheme. At the upperstream, the sediments occur as ochreous precipitates consisting of amorphous or poorly crystalline oxy-hydroxides of Fe, and locally jarosite, whereas the estuarine sediments are composed mainly of detrital quartz, illite, kaolinite, feldspars, carbonates and heavy minerals, with minor authigenic phases (gypsum, vivianite, halite, pyrite). The sediments are severely contaminated with As, Cd, Cu, Pb and Zn, especially in the vicinity of the mining pollution sources and some sites of the estuary, where the metal concentrations are several orders of magnitude above background levels. Although a significant proportion of Zn, Cd and Cu is present in a readily soluble form, the majority of heavy metals are bonded to reducible phases, suggesting that Fe oxy-hydroxides have a dominant role in the metal accumulation. In the estuary, the sediments are potentially less reactive than in the riverine environment, because relevant concentrations of heavy metals are immobilised in the crystalline structure of minerals.     

潮白河流域土壤重金属生态风险评价方法研究

为了研究潮白河流域某段土壤重金属环境质量现状及潜在生态风险评价,系统采集了42件土壤样品,对其7种重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd和As)进行了测试分析,利用《土壤环境质量标准》评价土壤重金属污染现状,并参考北京市土壤重金属背景值,采用环境质量指数与环境潜在生态危害指数、内梅罗综合指数法相结合的方法,探讨土壤中7种重金属的累积污染现状及潜在生态风险。研究表明,土壤样品中Cu、Zn、Cr含量超标分别为97.62%、100%、100%;Cu、Zn、Cr含量重度污染等级以上的分别占2.38%、2.38%、4.76%;潜在生态危害指数法评价表明,Cu、Zn、Cr含量处于轻微生态危害等级分别占97.62%、100%、100%,Cu含量2.38%处于强生态危害等级。内梅罗综合指数法评判表明,所有样点均已污染,其中达到轻度污染、中度污染、重度污染的样点分别占28.57%、42.86%、28.57%;而潜在生态危害指数法评价显示土壤样品点中97.62%处于轻微生态风险等级,根据悲观原则可以判断该段流域重金属污染均处于轻度污染以上。