湘江長(zhǎng)株潭段水資源重金屬污染修復(fù)及開(kāi)發(fā)潛力研究.pdf

1、水資源是人類(lèi)賴(lài)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(guó)水資源總量約為2.8萬(wàn)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(gè)水資源最貧乏的國(guó)家之一。近年來(lái)，隨著人口迅速增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的縱深發(fā)展，水資源環(huán)境壓力巨增。過(guò)度消耗、無(wú)序開(kāi)發(fā)和水環(huán)境污染等導(dǎo)致了嚴(yán)重的水資源退化和水生態(tài)災(zāi)害，很大程度上制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展甚至危害國(guó)家安全。
　　湘江長(zhǎng)株潭段是湘江中下游段，約132公里，

2、兩岸人口約1100萬(wàn)，是湖南建設(shè)兩型社會(huì)的核心地帶，在全省政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有十分重要的地位。上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，沿湘江長(zhǎng)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(dòng)植物和居民生活帶來(lái)巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，區(qū)域水資源環(huán)境的治理和恢復(fù)迫在眉睫。
　　本文利用突變綜合模型、實(shí)驗(yàn)探究、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法和多層級(jí)灰色模型等研究工具，對(duì)以重金屬鉻為例的湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染環(huán)境進(jìn)

3、行評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展湘江長(zhǎng)株潭段鉻污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)的研究，為正在開(kāi)展的湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染提供了理論支持和可供選擇的修復(fù)方法。與此同時(shí)，對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行研究，這對(duì)合理規(guī)劃和開(kāi)發(fā)湘江長(zhǎng)株潭段水資源，保持該流域水資源開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略可持續(xù)性，促進(jìn)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境合理利用和有效保護(hù)，保障長(zhǎng)株潭兩型社會(huì)建設(shè)的順利進(jìn)行有著較為重要的實(shí)踐意義。理論上，也豐富了河流重金屬污染與修復(fù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理的研究?jī)?nèi)容。因此，本項(xiàng)目開(kāi)展

4、了以下幾個(gè)方面的研究：
　　（1）在對(duì)湘江長(zhǎng)株潭重金屬污染物Cr(VI)的遷移轉(zhuǎn)化方式進(jìn)行了初步的探析的基礎(chǔ)上，對(duì)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(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了探索。研究發(fā)現(xiàn)，Cr(VI)污染物在湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染中的總貢獻(xiàn)率為13.21％。水質(zhì)污染指數(shù)綜合均值為2.33，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)物種群數(shù)平均每年下降約10種；資源魚(yú)類(lèi)產(chǎn)量減少快，某些珍稀魚(yú)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(fēng)險(xiǎn)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(duì)湘江長(zhǎng)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(zāi)害，
　?。?）利用突變理論(Catastrophe theory)對(duì)Cr(VI)污染物遷移造成的生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期準(zhǔn)確把握湘江長(zhǎng)株潭段重金屬污染對(duì)水資源生態(tài)環(huán)境的污染程度以及水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)潛力。結(jié)果顯示，該河段8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值普遍偏高，加權(quán)平均均

6、值為0.958，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬于較高范疇，重金屬污染修復(fù)治理工作難度較大。
　?。?）利用生態(tài)修復(fù)劑改性殼聚糖來(lái)物理修復(fù)湘江長(zhǎng)株潭段水體中的Cr（VI）污染。實(shí)驗(yàn)證明，改性殼聚糖（Modified-chitosan）對(duì)實(shí)驗(yàn)室模擬污染水體中 Cr(VI)的最大吸附容量為90.651mg/g。達(dá)到平衡的吸附時(shí)間是2h，吸附的最佳pH值范圍為2～6。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與準(zhǔn)一階動(dòng)力模型和Langmuir吸附等溫線擬合程度更高。印跡殼聚糖對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段檢

7、測(cè)點(diǎn)水樣中 Cr(VI)具有較明顯的去除效果。0.05g印跡聚殼聚糖對(duì)200mL各湘江長(zhǎng)株潭段檢測(cè)點(diǎn)水樣中Cr(VI)的去除率能達(dá)到90%以上。為控制Cr(VI)廢水對(duì)湘江長(zhǎng)株潭段河流生態(tài)環(huán)境的危害，為探索湘江長(zhǎng)株潭段Cr(VI)污染修復(fù)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(duì)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(yùn)系數(shù)都大于1，此時(shí)李氏禾已經(jīng)達(dá)到鉻超級(jí)累積植物的標(biāo)準(zhǔn)。在5 mmol/kg EDDS協(xié)助下，李氏禾提取鉻的能力相對(duì)較強(qiáng)且植物生長(zhǎng)相對(duì)較好，且李氏禾對(duì)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(fù)提供的一種可供選擇的方法。
　?。?）采用多層級(jí)灰

9、色模型（Multi-grey model）對(duì)重金屬污染背景下湘江長(zhǎng)株潭段水資源開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行研究。以湘江長(zhǎng)株潭段水資源對(duì)區(qū)域社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)、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(biāo)間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為判斷依據(jù)，通過(guò)層次分析法（AHP）的甄選，最終確立三級(jí)判斷指標(biāo)。通過(guò)建立灰色矩陣，推算出湘江長(zhǎng)株潭段水資源開(kāi)發(fā)潛力系數(shù)約為2.983，屬于次高層級(jí)開(kāi)發(fā)潛力值域范圍[2.5，3.25]，理論上可判定長(zhǎng)株潭城市群的水資源開(kāi)發(fā)潛力比較高。相