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北京密云水库上游金属矿区土壤中重金属污染及风险评价

作　者: 高彦鑫
导　师: 季宏兵
学　校: 首都师范大学
专　业: 环境工程
关键词: 铁矿和金矿重金属相关性分析聚类分析主成分分析 Tucker3模型风险评价
分类号: X833
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文分析了密云水库上游金属矿区土壤Mn, Zn, Cu, Pb、 Ni、 V、 Cr, Cd、 As、 Hg总量及提取态重金属含量,采用多种统计学法和风险评价法,探讨铁矿、金矿土壤重金属污染现状。研究金属矿区土壤中重金属普遍超出北京市土壤背景值,铁矿区土壤Ni、 Cr和Hg平均超标倍数较大,分别为2.38倍、3.68倍和6.67倍。金矿区土壤重金属富集程度普遍高于铁矿区,平均超标倍数最高值为Hg(7.67倍),最低值为As(0.95倍)。铁矿区土壤重金属污染程度由强到弱为Hg>Cr>Ni>Zn>Cu>Cd>Mn>Pb,金矿区土壤重金属污染程度为Hg>Cr>Cd>Cu>Ni>Zn>Mn>Pb>V。采用沉积物质量标准SQG评价矿区土壤重金属毒性,铁矿和金矿土壤Ni属于严重污染水平,Cr属于中度污染水平,As、 Pb等除部分采样点以外属于中度污染水平。BCR逐级提取法分析金属矿区土壤Mn、 Zn、 Cu、 Pb、 Ni、 V、 Cr、 Cd形态,将重金属形态分为可交换态、易还原态、易氧化态和残渣态。铁矿、金矿土壤Mn可交换态含量最高,其中铁矿Mn：0.20mg/kg～347.55mg/kg,金矿Mn：42.33mg/kg～844.69mg/kg。铁矿Mn、 Pb和Zn可交换态和易还原态含量之和约分别占总量的50%、30%、20%左右；金矿Mn, Pb和Zn可交换态和易还原态含量之和约分别占总量的60%、40%、30%左右,可交换态和易还原态重金属是土壤环境潜在污染源。矿区土壤Cr、 Ni和V以残渣态为主,不容易对矿区周边环境造成危害。相关分析、聚类分析讨论了铁矿、金矿开采区土壤重金属含量的污染状况,不同矿区部分重金属相关性很高,有相似的污染源和地球化学性质。主成分分析法结果显示：铁矿和金矿区第一组分能够分别解释接近46.13%、41.28%的信息量,分别反映出Cd、 Cu、 Pb、 Zn、 Mn、 As富集程度和Cu、 Mn、 V、 As富集程度。矿区主要污染源为矿山排放废水和尾矿渣淋滤液,可能污染源为居民生活污染、大气沉降。Tucker3模型讨论了矿区采样点、重金属及其形态矩阵的载荷值分布特征,此模型进一步表明矿区重金属的潜在危害性。采用地累积指数法、潜在生态风险指数法、模糊数学综合评价法探讨铁矿、金矿开采区土壤重金属污染状况。铁矿土壤Cr和Hg污染程度较高；金矿区Cd和Hg潜在危害程度很高,金矿开采区土壤重金属污染程度高于铁矿。模糊数学综合评价法分析铁矿开采区重金属污染为警戒级别(三级),金矿开采区重金属污染为安全级别(二级),因为模糊数学综合评价法消除了矿区类别间的边界模糊性。密云水库上游金矿、铁矿土壤重金属污染状况分析和评价结论,将为北京市矿山环境污染防治和密云水库的保护提供科学依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究目的和意义  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-15
    1.2.1 重金属及其环境效应  12-13
    1.2.2 重金属形态特征研究现状  13-14
    1.2.3 重金属污染评价研究现状  14-15
第二章研究区域基本情况  15-19
  2.1 地理概况  15
  2.2 气候条件  15
  2.3 水系及水文条件  15-16
  2.4 矿区土壤环境条件  16
  2.5 研究区域矿区地质概况  16-19
    2.5.1 铁矿开采区地质概况  16-17
    2.5.2 金矿开采区地质概况  17-19
第三章样品采集与分析方法  19-22
  3.1 样品的采集  19
  3.2 样品的分析测定  19-22
    3.2.1 重金属总量分析测定  19-20
    3.2.2 重金属形态含量分析测定  20
    3.2.3 有机质的分析测定  20-21
    3.2.4 土壤中pH值分析测定  21-22
第四章铁矿土壤中重金属污染状况  22-34
  4.1 表层土壤重金属分布特征  22-25
    4.1.1 重金属总量  22-23
    4.1.2 重金属污染水平  23-25
  4.2 化学统计学分析铁矿土壤中重金属分布  25-27
    4.2.1 相关性分析  25-26
    4.2.2 聚类分析  26-27
  4.3 表层土壤重金属赋存形态分布特征  27-34
    4.3.1 重金属形态  27-31
    4.3.2 Tucker3模型  31-34
第五章金矿土壤中重金属污染状况  34-44
  5.1 表层土壤重金属分布特征  34-36
    5.1.1 重金属总量  34-35
    5.1.2 重金属污染水平  35-36
  5.2 化学统计学分析金矿土壤重金属分布  36-37
    5.2.1 相关性分析  36-37
    5.2.2 聚类分析  37
  5.3 表层土壤重金属赋存形态分布特征  37-44
    5.3.1 重金属形态  37-42
    5.3.2 Tucker3模型  42-44
第六章对比分析铁、金矿区土壤重金属污染特征  44-48
  6.1 矿区重金属总量分布  44-45
  6.2 重金属形态含量的分布  45-46
  6.3 主成分分析（PCA)确定重金属来源  46-48
第七章矿区土壤重金属污染评价  48-64
  7.1 地累积指数法  48-53
    7.1.1 地累积指数  48
    7.1.2 铁矿和金矿土壤重金属地积累指数法  48-53
  7.2 潜在生态风险指数法  53-57
    7.2.1 生态风险指数  53-54
    7.2.2 铁矿与金矿土壤重金属生态风险指数  54-57
  7.3 模糊数学综合法  57-64
    7.3.1 模糊数学  57-58
    7.3.2 模糊数学综合法基本理论  58-60
    7.3.3 矿区重金属污染综合分析  60-64
第八章结论与展望  64-66
  8.1 本文结论与讨论  64-65
  8.2 本文创新点与展望  65-66
参考文献  66-74
致谢  74-75
个人简历  75

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