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呼和浩特市景观水重金属污染监测与分析
日期:2016-06-12

   

水是人类生命的基础, 又具有重要而特殊的景观价值。20世纪80年代以来,随着我国城市化进程的加快和工农业的迅猛发展,大量重金属元素通过多种途径被排放到水体中,造成水体大面积重金属污染。直接威胁到农业生产和人类健康,如何解决我国水土重金属污染的问题已迫在眉睫。目前,呼和浩特市景观用水主要来自地下水和自来水,呼和浩特市地表水可利用量较少,各类用水都靠开采地下水,多年来,地下水处于超量开采状况,呼和浩特已成为严重缺水城市。同时,随着呼和浩特市工业化的不断发展和城市化进程的加快,工业,商业和交通以及居民生活过程等各种各样的人类活动将大量重金属污染物带入水体和土壤中,这些污染物直接或间接地造成城市水体的重金属污染。

本研究主要对呼和浩特市景观水中重金属进行监测与分析,选择呼和浩特市马场后街,阿尔泰游乐场,青城公园,南湖湿地公园,扎达盖河,满都海公园为研究对象,采用原子吸收分光光度法(AAS)对不同水样中的铜,镉,铅含量进行了监测,并对测试结果进行分析与评价。监测结果表明青城公园、马场后街、阿尔泰、南湖湿公园、扎达盖河、满都海公园等6处景观水体水体中,Cu、Cd、Pb含量基本可以满足II类水质要求,说明6处景观湖水质均比较好。

 关键词:景观水体  重金属  AAS  呼和浩特    

1 前言

1.1景观水重金属污染现状及国内外研究进展

水是构成自然界生态环境的物质要素,为人类提供了生活资源。水又是人们的实践对象。人类从古文明的发源地到对水的盲目崇拜;从对驾驭自然的奢望到水域开发的创举;从水资源的危机到重返大自然的呼唤,人类为了生存和生活的发展,与水发生了多种多样的水事关系:水与生命,水与经济,水与地球,水与资源……。 但是,纵观水科学领域,便可发现,时至今日,人们对水的研究,主要着眼于水的自然属性以及水作为物质的主要作用——灌溉、发电、供水、航运等,而对与水的社会属性,特别是水在社会精神文化领域的利用,缺乏系统的科学研究。水影响和丰富人类精神领域的最突出表现是其景观效应,或者说水除了作为物质资源外,还有一种刺激感观、活跃情操、平心静气的精神资源,是分布广泛而又作用突出的“景观资源”。随着社会的进步和发展,人类除了对物质产生不断增长的需求外,对精神世界的需求迅速增长。在自然构景主体资源中,水扮演着重要的角色。在城市建设中,更加需要这种具有景观效应的水体。

所谓的景观水体是指天然形成的或人工建造的,给人以美感的城市、乡村及旅游景点的水体。如大小湖泊、人工湖、城市河道、护城河以及住宅小区的小池塘等等。 随着城镇化发展的加快,生活水平的提高,人们越来越向往“小桥流水”如诗如画般的生活环境,向往“碧波荡漾,鱼鸟成群”的自然美景。在城市绿地、公园建设和大型标志性建筑中,人工湖泊、人工河道及景观水池不断涌现,房地产开发中水景住宅也成为一大热点。 景观水体已成为城市景观多样性的重要组成部分,无论是在中国还是在欧美,无论是现代花园还是古典园林,水景都占据着举足轻重的地位。

近年来,随着城市各种景观水体的建设,水景存在的问题也逐渐的显露出来,如补充水源、处理成本、后期管理等。特别是水面较大的人工湖问题更为突出,目前对人工湖生态景观规划策略、景观水体功能、景观水体水源、补水及水质保障、节水策略及景观水体生态维护等研究还不够。人工湖水体中重金属污染尤为突出,除了生物毒性显著的镉、汞、铬、铅外,还包括铜、锌、钴、镍、锡、钒等[1]

铅是一种毒性重金属,在人体内没有任何生理功能,不是必需元素。

铅进入人体后,最突出的生化作用就是与蛋白质上的硫基(-SH)有高度的亲和力,使蛋白质变性,进而对人体产生毒害,除部分通过粪便、汗液排出外,其余在数小时后溶入血液中,阻碍血液的合成,导致人体贫血,出现头疼、眩晕、乏力、困倦、便秘和肢体酸痛等,使营养物质和氧气供应不足。铅过量还会引起心律失常、腹痛、腹泻、肾功能损害等疾病[2]

铜是人体必需的微量元素之一,含量少或者缺失会导致妇女不育、早产、心血管疾病、儿童贫血、发育停滞等[3,4]。当铜含量过多,在体内蓄积一定量或者价态的改变就会具有很强的毒性。肝内含铜量会增加数倍,超过忍受限度时,红细胞就不能摄取全部铜,这时铜突然释放到血清内,发生溶血,引起肝、肾良性坏死[5,6] 。由于铜对人体的危害,目前对铜离子的检测有水质检验、精细化工和食品安全的检验标准,虽然大部分的金属离子是生物体的必需元素,但是有少部分的金属离子对生物体没有任何好处,属于有害金属,镉就属于此类。

镉是一种约1930年半衰期的多器官、多系统毒物。最早发现镉的是冶金学F·Stromger,他在1987年氧化锌中发现了镉。到二十世纪七十年代国际上才逐渐重视镉对人体的危害,并进行研究[7]。镉主要积蓄在肾脏,引起人体的泌尿系统功能变化,引起多种疾病,如骨痛病和在日本富山县发生的痛痛病等[8]。镉过量还会引起组织代谢产生障碍,有致畸、致癌和致突变作用,引起肺、骨及肝脏的损坏和肿瘤的增长以及胰腺癌等疾病[9],严重者会导致死亡。医学专家指出,镉从毒性和蓄积状况上看,已位居“金属危害排行榜”的第三位,仅次于汞与铅。在环境监测中,镉不仅是常规分析项目之一,也是我国实施排放总量控制的指标之一。

1.2 原子吸收光谱法(AAS)介绍

原子吸收光谱法指的是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射,使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同,将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光,这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长,由此可作为元素定性的依据,而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。

原子吸收光谱法具有检出限低(火焰法可达ng/cm–3级)准确度高(火焰相对误差小于1%),选择性好(即干扰少)分析速度快等优点。在温度吸收光程,进样方式等实验条件固定时,样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收,其吸光度(A)与样品中该元素的浓度(C)成正比。即 A=KC 式中,K为常数。据此,通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度,又巳知标准溶液浓度,可作标准曲线,求得未知液中待测元素浓度。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。

1.3研究目的与意义

    近年来,随着城市各种景观水体的建设,水景存在的问题也逐渐的显露出来,如水质差、处理成本、后期管理等。特别是水面较大的人工湖问题更为突出,目前对人工湖生态景观规划策略、景观水体功能、景观水体水源、补水及水质保障、节水策略及景观水体生态维护等研究还不够,人工湖水体中往往会出现重金属的污染,使得景观水体水质恶化,影响水生植物的生长。因此,加强景观水体环境治理研究是一项紧迫而艰巨的课题。

   呼和浩特市是内蒙古自治区首府,是自治区政治、经济、文化、科技、教育、金融、交通、通讯、信息的中心,是内蒙古呼市一包头一鄂尔多斯“金三角”经济区和自治区中西部对内对外联系交往的重要门户与产业区,具有土地资源深度和广度开发利用的优越外部环境条件。

    本实验根据呼和浩特地区城市水环境的特点,针对呼和浩特市景观水域的水质状况,从可持续发展的角度出发,将城市河湖景观与河湖水质改善技术相结合,提出改善城市景观水体水质,控制河流水体中的重金属污染,改善景观湖泊水质的措施方法。

2 实验材料与方法

2.1 实验原理

将待测溶液雾化并引入原子化器中, 在适当的火焰温度下转化为基态原子蒸气,当光源发射出的特征谱线与被测元素吸收波长相同且通过火焰中的基态原子蒸气时,因基态原子吸收了光,光减弱程度即为吸光度 A,该值与基态原子的数目(元素浓度) 在一定的光谱条件下遵循朗伯-比耳定律。即在一定的实验条件下, A = kCk 为常数,C为被测元素浓度[10]

2.2  实验仪器和试剂

仪器: EFD-Y2型火焰原子吸收分光光度计,镉元素、铜元素及铅元素空心阴极灯, 乙炔钢瓶, 空气压缩机,离心机,容量瓶,移液管,洗耳球, 烧杯。

试剂: 浓硝酸,稀硝酸,镉、铜、铅的标准贮备液,浓度均为0.1g /L(国家标准物质中心) ,蒸馏水。

2.3 水样的采集和处理

采样瓶先用洗涤剂洗净, 再用去蒸馏水洗净烘干,分别采集呼和浩特市马场后街,阿尔泰游乐场,青城公园,南湖湿地公园,扎达盖河,满都海公园六种水样。用移液管量取同等量的六种水样至离心管中,离心 30 min 取出,取上层清液至洗净烘干的烧杯中,贴好标签,待用11

2.4 标准溶液的配

分别移取 CdCuPb 标准贮备液 5 mL100 mL的容量瓶中,加去离子水摇匀定容,配制成浓度分别为 5mg /L 的中间液。分别移取2mL4 mL6 mL8 mL10 mL Cd中间液于 50 mL 的容量瓶中、加去离子水定容, 标签分别为: Cd1Cd2Cd3Cd4Cd5;分别移取2.5mL5 mL10 mL20 mL30 mL Cu中间液于 50 mL 的容量瓶中、加去离子水定容,标签分别为: Cu1Cu2Cu3Cu4Cu5;分别移取2.5 mL5 mL7.5 mL10 mL12.5 mL Pb中间液于50 mL 的容量瓶中、加去离子水定容,标签分别为: Pb1Pb2Pb3Pb4Pb5。另外准备50 mL去离子水作为空白试样。标准系列溶液的具体浓度见表 1

1标准系列溶液

重金属元素

1

2

3

4

5

6

Cd(μg/L)

0

0.05

0.10

030

0.50

1.00

Cu(μg/L)

0

0.25

0.50

150

2.50

5.00

Pd(μg/L)

0

0.50

1.00

3.00

5.00

10.00

 

3 结果与讨论

3.1  CdCuPb标准曲线绘制

   根据实验所得数据拟合直线,所得直线如图3-1、图3-2、图3-3。从图中可以看出吸光度AbsCdCuPb质量浓度有着良好的线性关系,相关系数R20.99,达到极显著水平,相关线性方程见表2.

图1 Cd标准曲线

 

图2 Cu标准曲线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3 Pb标准曲线

 

表2  标准曲线的线性回归方程

元素

Cd

Cu

Pb

线性回归方程

A=0.2927C+0.0041

A=0.1816C+0.0091

A=0.0303C+0.0002

相关系数

0.996

0.999

0.999

3.2 检测水体CdCuPb含量

表3 水样中待测重金属离子总量的测定结果

被测元素

Cd(mg/L)

Cu(mg/L)

Pb(mg/L)

青城公园

0.0002

0.0126

0.0125

马场后街

0.0003

0.0159

0.0026

阿尔泰

0.0003

0.0044

0.0158

南湖湿公园

0.0017

0.0115

0.0125

扎达盖河

0.0027

0.0154

0.0125

满都海公园

0.0034

0.0143

0.0224

 

4 各景观湖中Cd、Cu、Pb含量

分别采集了呼和浩特市区内,青城公园、马后街、阿尔泰、南湖湿公园、扎达盖河、满都海公园等6景观水体样本,采用原子吸收光谱法分别测各个水样中所含铜离子、镉离子、铅离子含量,所测结果如表3所示。从表中可以看出各个水体中Cu和Pb的含量远高于镉的含量。

《地表水环境质量标准》(GB3838-83)中将地表水水域环境,按功能高低依次划分为五类。各类对重金属含量都要一个限值,表4主要列出了各类中Cd、Cu、Pb的指标要求。从表4可以得出,所测的6处景观湖样品中,Cu、Cd、Pb含量基本可以满足II类水质要求,说明6处景观湖水质均比较好。

4 地表水环境质量标准基本项目标准限值

指标

I

II

III

IV

V

Cd

0.001

0.005

0.005

0.005

0.1

Cu

0.01

1.0

1.0

1.0

1.0

Pb

0.01

0.01

0.05

0.05

0.1

4 结论与展望   

4.1 结论

本文主要采用了原子吸收光谱法(AAS)测定青城公园、马场后街、阿尔泰、南湖湿公园、扎达盖河、满都海公园等6处景观水体水体中重金属(Cd、Cu、Pb)的含量。从测结果可以得出目前所测的6处景观湖样品中,Cu、Cd、Pb含量基本可以满足II类水质要求,说明6处景观湖水质均比较好。

4.2 展望

城市景观水体已成为城市建设中的重要组成部分目前,绝大部分城市景观水体污染现状令人堪忧。污染原因包括外污染源的直接进入、景观水体设计不合理、水系统封闭以及缺乏日常维护管理。当前景观水处理方法有物理法、生化法、生态法及多种方法结合,上述处理方法各有其应用范围和特点,需要根据实际情况合理选用。城市景观水治理是一项综合复杂的工程,须通过技术、市场、政策等方面的综合提升和系统规范,才能得到显著的治理效果,从而使景观水体真正发挥美化环境的功能。

     

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