顾桥采煤沉陷区表生环境中汞的分布特征及来源示踪研究

作     者：刘思魁 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程桦;郑刘根

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：采煤沉陷区 总汞 甲基汞 分布特征 汞同位素 

摘      要：汞作为世界上最受关注的污染物之一,在环境中的污染有四个重要特征:持久性,迁移性,高毒性和生物蓄积性。环境中汞的来源可分为自然来源和人为来源,其中燃煤排放已成为汞人为来源的主要途径,淮南作为安徽重要的煤炭生产基地,煤炭资源丰富,长期煤炭资源的开发和利用会导致土地沉陷、水土污染等一系列生态环境问题。人为排放的汞通过干湿沉降等方式进入环境,经过一系列转化,可以直接或间接转化为具有高神经毒性的甲基汞(Me Hg)等有机形态,最终通过食物链的生物放大作用富集在营养级较高的鱼体中,严重影响水产品质量及人类健康。稳定同位素示踪技术已广泛应用于环境污染物的迁移转化,污染机制等研究中,结合不同环境样品汞同位素特征研究采煤地区表生环境中汞的含量分布,可以揭示表生环境中汞的分布特征及潜在来源,为研究区复杂表生环境中汞的污染防治提供科学依据。本研究以淮南顾桥采煤沉陷区为主要研究对象,通过采集研究区水体、土壤和水体沉积物样品,测试分析了样品基本理化性质及总汞、甲基汞含量;探讨了汞在采煤沉陷区表生环境中的分布特征,结合沉陷区不同环境介质理化性质,分析了采煤沉陷区表生环境中总汞及甲基汞分布的影响因素,并通过样品汞同位素组成建立多元混合模型,探究研究区水体沉积物中汞的主要来源及贡献占比。主要结论如下:(1)顾桥采煤沉陷区土壤总汞含量略高于淮南市土壤背景值,研究区土壤总汞在不同采样点具有较大的空间分布差异性,主要与大气排放和临近道路汽车尾气排放有关;研究区甲基汞分布与总汞类似,土壤中总汞与有机质和黏粒含量呈明显的正相关关系,富含有机质的细颗粒对汞的吸附性较强;研究区土壤中甲基汞主要与有机质含量相关,酸性条件下有机质对土壤中汞的甲基化过程起到一定的促进作用。(2)顾桥采煤沉陷区表层水体总汞含量平均值未超过我国地表水环境质量Ⅳ级标准,研究区水体总汞分布表现出较大的空间差异性,总汞含量最大值出现在11和14号样点,沉陷区燃煤电厂和煤矸石充填道路与水体长期的接触是影响表层水体总汞分布的主要因素;汞在不同深度水体中具有向表层富集的趋势;沉陷区水体颗粒态汞含量大于溶解态汞;水体中总汞与颗粒态汞含量呈正相关关系且主要由颗粒态汞组成,主要受到人为开采和养殖活动的影响。(3)顾桥采煤沉陷区水体沉积物中总汞表现出一定程度的累积;总汞和甲基汞含量空间分布差异性较大且分布特征,交通运输、矸石充填等人为活动是水体沉积物中汞出现较大空间分布差异性的主要原因;Me Hg%的分布与主要与渔业养殖活动有关。研究区水体沉积物汞主要存在细颗粒的有机质中;甲基汞与总汞、有机质、黏粒含量间均呈正相关关系,Me Hg%与p H呈正相关关系,与黏粒含量呈负相关关系,水体沉积物中的粒径组成对甲基化过程的影响主要取决于有机质类型。(4)顾桥采煤沉陷区水体沉积物中吸附到颗粒上汞的物理沉降可能是影响水体沉积物中δHg的主要原因,研究区水体沉积物中ΔHg/ΔHg为0.7304,表明水体沉积物中的一部分汞在沉积前经历了光还原过程。水体沉积物中的汞主要来源与采煤及燃煤活动,煤、矸石、及土壤对水体沉积物中汞的贡献率平均值分别为26.54%,38.11%、35.34%。汞同位素作为稳定的示踪剂,可用来获得有关来源和生物地球化学循环相关信息。