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永定新河是联系北京和天津地区的一条重要排污河,是北方干旱、多源补给的典型河流,工业和生活废水是永定新河的重要补给源之一,因而重金属污染是影响该河流水质及其生态安全的重要因素。本文依托国家973项目“京津渤区域复合污染过程、生态毒理效应及控制修复原理”,研究永定新河水环境中主要重金属(Cu、Zn、Pb、Cd和Cr)的含量及其在悬浮物、胶体、沉积物和溶解态间的分布,初步探讨了胶体态重金属向沉积物迁移、沉积物中重金属在不同相间再分配的主要规律,分析了水体重金属的来源。 研究于2007年10月、2008年1月和2008年6月采集了永定新河表层水样品,分析表明永定新河表层水Cu、Zn和Pb含量水平较低;但Cd和Cr含量较高,中游表层水Cr含量高达4.44 mg/L。河道水流大小不是主导污染物含量大小的决定性因素,永定新河表层水体中的重金属含量主要受两岸排污口排放强度和变化的影响。主成分分析表明永定新河表层水中的重金属主要来源于河闸和排污闸,这些闸的水源构成变化使得永定新河不同时间的污染源具有差异。 通过对采集的沉积物样品分析,得出永定新河Cu、Zn、Cd和Cr污染严重,Cu、Zn、Cd和Cr的含量分别高达39258.9、8700.7、5.2和3874.6 mg/kg。永定新河延程设有多个河闸,水流在河闸之间处于静止状态,沿岸源源不断排入的污水中的重金属在沉积物当中累积下来,所以沉积物金属含量较高。主成分分析表明主要沉积物重金属污染源包括屈家店闸、北辰开发区闸、下水道河闸入河口、金钟河、北塘排污河,这些污染源属混合源,无法判断其具体的行业或企业来源。对比表层水和沉积物中重金属来源的空间变化,也表明清淤、永定新河复杂的有机无机配合体以及河闸使得沉积物和表层水重金属之间没有对应的关系。 于2008年6月采集表层水样品,通过搅拌式超滤装置获得了不同分级中的胶体金属含量。通过胶体金属含量与胶体有机碳和胶体Fe的相关分析表明,永定新河表层水金属具有不同的化学行为,Cu和Cr与低分子胶体有机质结合在一起,且这些胶体有机质在不同的粒径范围内均匀分布;Fe和Mn本身是重要的无机胶体,且随着胶体分子量的降低,Mn含量升高,Fe与Mn的趋势相反;有机和无机胶体都能络合Zn,大分子胶体主要以有机质的形式影响Zn,而低分子胶体中Fe对Zn的影响较大。 研究以Na和Mg作为保守元素,通过对比河流交汇以后胶体金属实际含量和理论含量,分析了胶体对金属迁移的影响。结果表明,实测值和理论值之间有显著差异,说明混合带出现非保守行为。河水混合、胶体絮凝、胶体絮凝形成悬浮颗粒物、悬浮颗粒物沉降等使得表层水胶体中的Cu、Zn、Pb、Cd和Cr迁移到沉积物中。沉积物中金属可以在不同相间发生再分配,由于孔隙水中的重金属含量高于上覆水中的重金属含量,所以孔隙水中的重金属可以迁移到上覆水中。将孔隙水中的重金属含量与沉积物中的非残渣态重金属含量作比值,得到比值大小Cd>Cu>Zn> Cr>Pb,Pb具有从表层水向沉积物转移的趋势。污染输入和表层水溶氧对沉积物金属在不同相间的再分配具有重要影响。