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MCAE第六章 颗粒物与底泥中的金属

已有 3703 次阅读 2010-4-6 23:33 |个人分类:读书笔记|系统分类:科研笔记

第六章 颗粒物与底泥中的金属

颗粒物和底泥中的金属浓度(μg/kg)通常远高于水中的浓度(μg/L)。若要测定底泥中的金属,需先用酸消解。如同时用浓HNO3,HClO4和HF,可消解全部基质,所以称为全消解(total decomposition)。如仅用浓HNO3,则称为近全消解(near total decomposition)。近全消解法通常可以回收80-95%的总含量,但是某些金属的回收率比较低,如Cr,V可能会低于50%,50%的Fe和Al会留在残渣中。全消解得到的数据比较准确反应真正的金属含量,但是所需设备比较复杂。近全消解得到的数据与生态风险相关性更好。另外还有其他的提取金属的办法,如1%的HCl提取2h。

悬浮的底泥是某些滤食性动物的重要食物,因此其所含金属更容易被生物吸收。测定悬浮底泥中的金属有数种办法:1)过滤法,需过滤大体积的水,且易受污染。2)反复离心浓缩法,工作量大。3)于水中安装收集设备(trap),比较实际。

不同的自然岩石(shale,limestone,sandstone)金属含量也不同,石灰岩中的金属含量低。底泥中若存在高含量的石灰岩,金属浓度会被稀释。

按照颗粒直径大小,底泥可分成三个组分:粘土(clay)<2μm,淤泥(silt)2-60μm,砂(sand)60-200μm。粒径分布对底泥的金属含量影响巨大。细小颗粒的比表面积大,而且通常含有更多的铁锰氧化物和有机物,因此金属含量高。

以前人们认为颗粒物表面的金属来自于人为污染,内部的金属是颗粒自然携带的。这两个论断都不正确。金属污染物可以进入颗粒物内部。

通常用孔径63μm的筛进行湿筛(wet sieving),去除大颗粒物的影响,测定细小颗粒中的金属含量来评价生态风险。有时还会用Al进行归一化,因为Al含量反映了细小颗粒物的含量。也有用Fe,有机物或细小颗粒物百分比来进行归一化的,但是效果通常不好。为了使归一化后的数据更易解读,引入了富集指数(enrichment factor,EF): EF=(Mx/Alx)/(Mc/Alc)。M—metal,x—sediment,c—control。

氧化还原状态对于底泥中的金属形态影响极大。在好氧条件下,金属主要和铁锰氧化物结合。一旦有铁锰氧化物沉淀到颗粒物表面,必定会同时沉淀其他金属。在厌氧条件下,金属主要形成硫化物。有机物在各种条件下对金属的结合作用不变。粘土的比表面积大,提供表面吸附有机物和金属氧化物,从而结合金属。厌氧底泥中如果Fe>S,则全部S都被Fe结合,如果S>Fe,则有臭鸡蛋味,即存在H2S。

Irving-Williams series描述了金属离子和有机物的结合强度: Zn2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Fe2+ > Mn2+ > Ca2+ > Mg2+。参看wiki (http://en.wikipedia.org/wiki/Irving-Williams_series)

对大部分金属来说,底泥中的有机物和铁氧化物是主要结合位点。但是对某些金属(Pb,Co),Mn也占主导作用。

对于厌氧污泥,有两个很重要的概念:AVS(acid volatile sulphide)和SEM(simultaneously extracted metal)。
Cr(III)易吸附到颗粒物上,Cr(VI)即CrO42-毒性大,流动性强,但是容易被还原为Cr(III),因而很少为主导形态。这些因素决定Cr的生态风险不大。As(III)即AsO2-比As(V)即AsO3-流动性强(As(V)易吸附到颗粒物上),且毒性大,在还原条件下,As(III)占主导,生态风险高。

Kd值用于表示金属在颗粒物和水相之间的分配。通常海水中的Kd比淡水低,一方面是由于主要金属离子的竞争,另一方面是由于与Cl-形成复合物。水中的DOC也会降低Kd,但是,如果DOC由于离子强度变化而沉积到颗粒物表面,又会导致Kd升高。

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