湘江長株潭段水資源重金屬污染修復及開發(fā)潛力研究.pdf

1、水資源是人類賴以生存的基本條件之一，是生態(tài)環(huán)境的控制性因素。我國水資源總量約為2.8萬億立方米，居世界第6位，人均占有水資源量2400m3/年，僅為世界平均水平的1/4，是世界13個水資源最貧乏的國家之一。近年來，隨著人口迅速增長、社會經(jīng)濟的縱深發(fā)展，水資源環(huán)境壓力巨增。過度消耗、無序開發(fā)和水環(huán)境污染等導致了嚴重的水資源退化和水生態(tài)災害，很大程度上制約了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展甚至危害國家安全。
　　湘江長株潭段是湘江中下游段，約132公里，

2、兩岸人口約1100萬，是湖南建設(shè)兩型社會的核心地帶，在全省政治、經(jīng)濟和社會發(fā)展中具有十分重要的地位。上個世紀70年代以來，沿湘江長株潭段陸續(xù)建有各種工礦企業(yè)570多家，每年有大量重金屬污染廢水直接排入湘江，給該河段的水生態(tài)環(huán)境、沿岸動植物和居民生活帶來巨大的環(huán)境風險，區(qū)域水資源環(huán)境的治理和恢復迫在眉睫。
　　本文利用突變綜合模型、實驗探究、生態(tài)風險指數(shù)評價法和多層級灰色模型等研究工具，對以重金屬鉻為例的湘江長株潭段重金屬污染環(huán)境進

3、行評價，并在此基礎(chǔ)上，開展湘江長株潭段鉻污染環(huán)境生態(tài)修復的研究，為正在開展的湘江長株潭段重金屬污染提供了理論支持和可供選擇的修復方法。與此同時，對湘江長株潭段水資源可持續(xù)開發(fā)潛力進行研究，這對合理規(guī)劃和開發(fā)湘江長株潭段水資源，保持該流域水資源開發(fā)的戰(zhàn)略可持續(xù)性，促進區(qū)域水生態(tài)環(huán)境合理利用和有效保護，保障長株潭兩型社會建設(shè)的順利進行有著較為重要的實踐意義。理論上，也豐富了河流重金屬污染與修復、生態(tài)風險評價和管理的研究內(nèi)容。因此，本項目開展

4、了以下幾個方面的研究：
　　（1）在對湘江長株潭重金屬污染物Cr(VI)的遷移轉(zhuǎn)化方式進行了初步的探析的基礎(chǔ)上，對該段河道、水體、水岸及流域因Cr(VI)的遷移所引起的生態(tài)風險進行了探索。研究發(fā)現(xiàn)，Cr(VI)污染物在湘江長株潭段重金屬污染中的總貢獻率為13.21％。水質(zhì)污染指數(shù)綜合均值為2.33，遠遠高于水質(zhì)清潔指數(shù)。在重金屬Cr(VI)污染下，沿岸和流域水陸生動物種群數(shù)平均每年下降約10種；資源魚類產(chǎn)量減少快，某些珍稀魚種瀕臨

5、滅絕；微生物群落構(gòu)成呈現(xiàn)單一化和惰性化，生態(tài)風險暴露表征明顯，比較客觀的呈現(xiàn)了重金屬污染物Cr(VI)廢水對湘江長株潭段親水岸生態(tài)環(huán)境的影響程度和所產(chǎn)生的生態(tài)災害，
　?。?）利用突變理論(Catastrophe theory)對Cr(VI)污染物遷移造成的生態(tài)環(huán)境污染風險進行了評價，以期準確把握湘江長株潭段重金屬污染對水資源生態(tài)環(huán)境的污染程度以及水資源可持續(xù)開發(fā)潛力。結(jié)果顯示，該河段8個觀測點的生態(tài)風險評價值普遍偏高，加權(quán)平均均

6、值為0.958，生態(tài)風險屬于較高范疇，重金屬污染修復治理工作難度較大。
　?。?）利用生態(tài)修復劑改性殼聚糖來物理修復湘江長株潭段水體中的Cr（VI）污染。實驗證明，改性殼聚糖（Modified-chitosan）對實驗室模擬污染水體中 Cr(VI)的最大吸附容量為90.651mg/g。達到平衡的吸附時間是2h，吸附的最佳pH值范圍為2～6。實驗數(shù)據(jù)與準一階動力模型和Langmuir吸附等溫線擬合程度更高。印跡殼聚糖對湘江長株潭段檢

7、測點水樣中 Cr(VI)具有較明顯的去除效果。0.05g印跡聚殼聚糖對200mL各湘江長株潭段檢測點水樣中Cr(VI)的去除率能達到90%以上。為控制Cr(VI)廢水對湘江長株潭段河流生態(tài)環(huán)境的危害，為探索湘江長株潭段Cr(VI)污染修復的生態(tài)環(huán)境技術(shù)和管理手段提供依據(jù)。
　?。?）李氏禾（Leersia Hexandra Swartz）對重金屬污染物具有累積富集作用，本文在土壤中施加 EDDS顯著地增加了李氏禾地下部分的鉻含量向

8、地上部分轉(zhuǎn)移。在5、10mmol/kg EDDS處理下，200、400、600、800mg/kg土壤中鉻濃度的李氏禾的地上部分鉻含量都大于1000mg/kg，而且轉(zhuǎn)運系數(shù)都大于1，此時李氏禾已經(jīng)達到鉻超級累積植物的標準。在5 mmol/kg EDDS協(xié)助下，李氏禾提取鉻的能力相對較強且植物生長相對較好，且李氏禾對底泥中的鉻具有非常好的富集效果。因此，李氏禾為湘江沿岸鉻污染底泥的修復提供的一種可供選擇的方法。
　　（5）采用多層級灰

9、色模型（Multi-grey model）對重金屬污染背景下湘江長株潭段水資源開發(fā)潛力進行研究。以湘江長株潭段水資源對區(qū)域社會生產(chǎn)活動、城市農(nóng)村生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等要素的影響度，以指標間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為判斷依據(jù)，通過層次分析法（AHP）的甄選，最終確立三級判斷指標。通過建立灰色矩陣，推算出湘江長株潭段水資源開發(fā)潛力系數(shù)約為2.983，屬于次高層級開發(fā)潛力值域范圍[2.5，3.25]，理論上可判定長株潭城市群的水資源開發(fā)潛力比較高。相