滇池福保湾沉积物-水界面微量重金属扩散通量估算

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1、第27卷第6期环境化学Vo1．27，No．62008正11月ENVIRONMENTALCHEMISTRYNovember2008滇池福保湾沉积物一水界面微量重金属扩散通量估算李宝，丁士明范成新白秀玲尹洪斌(1中国科学院南京地理与湖泊研究所，湖泊与环境国家重点实验室，南京，210008；2Jl$沂大学环境与旅游学院，临沂，276005)摘要对滇池福保湾沉积物间隙水及近界面上覆水中溶解性重金属含量进行分析，并根据Fick定律计算出沉积物一水界面微量重金属扩散通量．结果表明，福保湾水体中重金属含量的平均值(以g·l计)分别为：Fe25

2、．53，cu30．58，Zn221．67，Ni15．93，Co1．91，Cd1．12，Cr19．26，Pb31．08，As9．41，符合国家II类地表水质标准．沉积物一上覆水界面附近水体微量重金属浓度一般都明显高于孔隙水的相应浓度(As除外)，根据Fick扩散定律计算出沉积物对上覆水中重金属的年吸附量(以kg计)分别为：Fe3．48，Cu8．70，Zn70．66，Ni4．52，Co0．16，Cd0．31，Cr1．55，Pb12．03，As0．38．关键词沉积物．水界面，微量重金属，界面扩散作用，滇池．采用孔隙水扩散模型法对沉积物

3、重金属释放的研究¨’采用的是离心法提取沉积物孑L隙水，该法虽操作简单，但从现场采样至实验室离心获取孔隙水所需时间较长，且垂向分层中控制精度通常较低(约2cm)，近表层的上覆水也难以采集，因此，用该法不易获得沉积物-水界面上覆水和孔隙水的平滑过渡浓度梯度曲线，一定程度上影响了借助Fick定律对界面释放速率的计算结果．原位渗析膜采样器(Peeper)法是近些年从国外新引入的一种孔隙水采集法J，与传统离心法比较，该法虽然受平衡时间的制约，但具有取样时间短、取样精密度好、对环境敏感程度高，特别是可现场获取等优点．本文通过Peeper法获

4、取福保湾沉积物孔隙水，对界面浓度进行指数拟合，通过对指数方程求导，获取界面浓度梯度，确定滇池福保湾沉积物一水界面微量重金属的释放速率．1样品的采集与分析将福保湾划分为湾心区(FB一1，El02。417．4”，N24。5550．8”)、河口区(FB一2，El02。4110．1”，N24。563．7”)和沿岸区(FB一3，El02。4124．3，N24。5541．6”)．Peeper为有机玻璃制作J，36个小室并行排列，间隔1cm，每-1J,室体积约为6．4ml，孔径为0．45m的渗析膜，具生物惰性，使用时用双面夹板固定于采样器主体

5、板上．向水下垂直投放Peeper，并插入沉积物至预定深度．自Peeper投放时间(2006—11—9)计起，平衡30d，从泥中拔出Peeper，立即用移液枪穿孔抽取适量体积孔隙水装入具塞瓶中，HNO酸化，2h内带回实验室，低温保存(约4oC)．选取沉积物一水界面上0—1cm，2—3cm和界面下0一lcm，1_2cm，3__4cm孑L隙水样品，采用质谱仪(MS)分析Fe，cu，zn，Ni，co，cd，cr，Ph和As等溶解性重金属含量．2孔隙水扩散通量模型沉积物．上覆水界面处的交换通量可运用Fick第一定律来获得：F=~o0Doc

6、l：o(1)式中，F为沉积物·上覆水界面扩散通量，。为表层沉积物的孔隙度，ocl：0为沉积物一上覆水界面的浓度梯度，D为考虑了沉积物弯曲效应的实际分子扩散系数．2007年12月28日收稿．国家自然科学基金(40601087)；国家高科技研究发展计划(863)项目(2007AA06Z411)；国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BACIOB03)资助．}通讯联系人：cxfan@niglas．ac．cn．6期李宝等：滇池福保湾沉积物一水界面微量重金属扩散通量估算801直接测量沉积物弯曲度较为困难，Ullman曾经给出了真实扩散系

7、数D与孔隙度(p之间的经验关系式：D=o(D<0．7D=0(p>0．7式中，D。为无限稀释溶液的理想扩散系数．温度和离子形态对D。都有影响，滇池平均温度为20％，故本研究采用18％条件下的Dn值．对于Fe，D0=5．82X10I6em·s-。；对于Cu¨，D0=5．88X10em·s_’；对于Zn“，Do=6．13X10一em·s～；对于Ni“，Do=5．81X10I6em·s～；对于Co¨，D0=5．72X10I6em-s～；对于Cd，D0=6．03X10I6em·s～；对于Cr¨，D0=3．90X10em·S～；对于Pb，D

8、o=7．95X10一cm·s～；对于H2AsO,-，D0=9．05X10cm·s(25％)．释放量计算：nn=∑∑rijAj△×10(2)式中，为重金属扩散总量(kg·a)；rij为区域沉积物温度下的释放速率[g·(m·d)一]；A为区域所代表的面积(km)；△