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在城市非点源污染过程中,重金属是主要的污染物之一。重金属更多的是以附着在颗粒物的形式存在。粒径较小的颗粒物通常不易被道路清扫车去除,然而粒径较小的颗粒物通常附着的污染物量占污染物总量的比例极大,因此,粒径效应的研究对城市非点源污染的认识和防治具有很大的作用。
在城市地表干燥期间,重金属主要附着在地表颗粒物上,并随着干燥时间的增加进一步的积累,从而会形成一定量的污染负荷。当重金属积累到一定程度时,随着降雨径流进入受纳水体,形成城市地表径流污染。这就是重金属“积累--冲刷”过程。
本文深入研究“积累--冲刷”过程中,颗粒物附着重金属的粒径效应,并通过干燥条件和降雨径流条件粒径效应的对比分析,揭示小粒径粒径颗粒物的潜在污染以及实际污染,并通过泡水实验这一联系干燥条件和降雨径流条件颗粒物研究的重要手段,加深对颗粒物附着重金属污染的认识。
主要研究内容和结论如下:
(1)在重金属积累过程粒径效应方面。小粒径颗粒物重金属浓度较高,其重金属污染不容小觑。车流量对单位颗粒物中重金属浓度积累的影响也不明显,但是会影响单位地表颗粒物的载荷,进而影响重金属的载荷。干期对不同粒径范围颗粒物的重金属浓度没有明显的影响,但是对单位地表颗粒物的载荷会有影响,无论小粒径颗粒物还是大粒径颗粒物随着干期的增加而增加。降雨后不同径颗粒物中重金属浓度影响并不明显,但是对单位地表颗粒物的载荷会有影响,不同粒径单位地表颗粒物载荷变化有所不同,小粒径颗粒物载荷下降最大,大粒径颗粒物载荷下降最小。
(2)在降雨径流及地表颗粒物重金属的粒径效应对比方面。单位质量地表颗粒物中重金属含量随着粒径的降低有明显的增加,小于40μm单位质量颗粒物中重金属含量最高。但是由于颗粒物质量随粒径分布的影响,重金属总量随粒径分布的集中度不强,125-300μm范围内的颗粒物重金属总量最多。降雨径流过程中,实际影响水环境的颗粒物主要集中在125μm以下,且0.45-40μm的颗粒物重金属载荷很高,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn平均高达77.1%。对比干燥条件下六种重金属在40μm以下颗粒物中的平均载荷仅为18.7%,可知,重金属潜在水环境风险的载荷分布与实际影响水环境的载荷分布有明显的差异。分析二者差异产生的原因,进入水体的小粒径颗粒物质量百分数变大是重要原因之一;大气湿沉降对小粒径颗粒物重金属载荷可能会有一定的影响。
(3)在泡水实验方面。小粒径范围颗粒物解析成溶解态的重金属浓度较高,主要和小粒径范围颗粒物本身附着的重金属含量有关。小粒径颗粒物吸附能力更强,单位质量颗粒物吸附的重金属含量更多,因此解析成溶解态后的重金属浓度也相应的较高。重金属泡水后溶解态的浓度随时间的变化趋势不太明显,这说明了重金属在降雨径流过程初期即在固液两相处于相对平衡的状态。小于40μm的颗粒物重金属浓度经历泡水后有明显的增大趋势,这印证了第四章降雨径流中重金属载荷主要集中在小于40μm的颗粒物中这一现象。六种重金属溶解态比例随着颗粒物粒径的增大有增加的趋势。