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砷是具有高毒性且在环境介质中普遍存在的化学元素,砷污染已经威胁全球数以百万人的健康,因而成为全世界关注的环境问题之一。辽宁省是我国著名的工业基地,重工业是砷污染的一个重要来源。排放出来的砷在沉积物中逐渐富集,使沉积物受到不同程度污染。针对辽河水系特殊的污染历史,本文对大辽河水系表层沉积物和剖面沉积物以及河口表层沉积物中砷的污染分布、形态分布、生态风险等环境行为进行研究,得出以下结论:
1)大辽河水系表层沉积物中总砷浓度范围为1.57mg/kg-83.09mg/kg,平均值为lO.36mg/kg,变异系数为148%,空间变化很大。三条河流的污染程度顺序为:大辽河>太子河>浑河。占主导地位的砷主要是无定形铁铝氧化物结合态砷,浓度为4.16mg/kg,在总砷中所占的比例为42.90%:其次为残渣态砷,浓度为2.42mg/kg;专性吸附态砷和晶形铁铝氧化物结合态砷含量相当,分别为1.87mg/kg和1.76mg/kg;沉积物中非专性吸附态砷含量很小,仅占总砷含量的0.11%。
2)大辽河河口表层沉积物中,总砷的变化范围为4.61mg/kg-19.13mg/kg,平均值为ll.41mg/kg,变异系数为40.85%,与大辽河水系表层沉积物总砷分布相比,河口表层沉积物中总砷空间分布比较均匀。占主导地位的砷主要是无定形铁铝氧化物结合态砷和残渣态砷,分别为3.80mg/kg和3.28mg/kg,在总砷中的分布比例分别为32.4%和31.9%。
3)在大辽河水系表层沉积物中,生物可给性砷平均浓度为2.01mg/kg,浓度范围为0.27mg/kg-17.70mg/kg。生物可给性砷含量随着总砷含量的升高而显著升高。对比组成大辽河水系的三条主要河流,浑河、太子河和大辽河沉积物中生物可给性砷含量差别不大,在总砷中的分布比例分别为21%、15%和24%。在河口沉积物中,生物可给性砷分布较均匀,变异系数为59.61%,平均值为2.45mg/kg,并且靠近海岸的沉积物中生物可给性砷含量较高,远离海岸的沉积物中生物可给性砷含量较低。
4)大辽河水系表层沉积物受砷的污染比较轻微,水体的生态风险较低;53.6%的河段不会发生生物效应,大辽河干流、浑河和太子河支流发生生物效应的可能较大。大辽河河口巾,由潜在的生态危害系数法评价得出,有45.7%的表层沉积物砷污染严重,22.9%的沉积物砷污染比较严重;但由生物效应浓度评价得出,71.4%的沉积环境可能受到了砷的污染。
5)在浑河、细河沉积物剖面底部,砷存在明显的历史沉积现象。浑河剖面沉积物中总砷浓度范围为1.17mg/kg-12.76mg/kg;无定形铁铝氧化物结合态砷为砷的主要形态,并且随着深度的增加,砷更多的向最稳定形态转化。大辽河沉积物剖面砷的累积只要集中在上层沉积物(5cm-20cm)。在大辽河上游剖面沉积物中,砷主要以专性吸附态砷和无定形铁铝氧化物结合态砷的形式存在。在下游剖面沉积物中,非专性吸附态砷、专性吸附态砷、无定形铁铝氧化物结合态砷和晶形铁铝氧化物结合态砷主要集中在剖面沉积物的底层,而残渣态砷主要集中在表层沉积物中。此外,除了太子河2cm-4cm深度外,太子河剖面砷并没有出现显著的升高或下降,砷的垂直分布比较均匀,总砷平均含量为6.17mg/kg,主要以无定形铁铝氧化物结合态砷和专性吸附态砷形式存在。