城市重金属污染分析

城市重金属污染分析
城市重金属污染分析

城市表层土壤重金属污染分析

摘要

人类的生产和生活活动正逐渐影响着城市地质环境的演变模式,而重金属污染以其污染初期不易被察觉、对人畜毒害大的特点越来越受到公众的关注。根据所给采集点坐标及8种重金属浓度信息,运用Matlab软件绘出重金属元素在该城区的空间分布,利用经典的Muller地积累指数法对重金属污染等级进行规定与划分,得出该城区不同区域内重金属元素的污染程度。接着利用主成分分析法,计算出8种金属元素中的主成分,将8种元素对该城区重金属污染的贡献进行排序;同时判断各元素之间的相关性大小,将重金属元素按分布规律相似度大小进行划分,相关性越大说明不同元素在成因和来源方面的联系越紧密,并结合不同区域的功能及特点说明了重金属污染的主要原因为工业三废及汽车尾气的排放和生活用品的污染。然后根据8种金属元素不同的物理性质及它们在不同区域的分布规律,总结重金属元素的传播特征,按不同的传播特性将所研究的重金属进行分类,首先采用高斯烟羽模型,计算出主要通过废气传播的四种重金属污染源的位置;然后利用菲克第二定律,描述重金属在土壤中的扩散规律,计算出在土壤中传播的重金属污染源的位置。最后分析权衡第三问所建模型的利弊,得出工业现代化进程是城市地质环境的演变模式的重要影响因素,建议收集工业化进程相关信息,主要以工业三废排量作为衡量进程的尺度,建立它们与地质环境演变所成的正态分布模型。

关键字:Muller地积累指数法;主成分分析法;高斯烟羽模型;菲克第二定律

一、问题重述

随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日显突出。对城市土壤地质环境异常的查证,以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价,研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式,日益成为人们关注的焦点。

按照功能划分,城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等,分别记为1类区、2类区、……、5类区,不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。

现对某城市城区土壤地质环境进行调查。为此,将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域,按照每平方公里1个采样点对表层土(0~10 厘米深度)进行取样、编号,并用GPS记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析,获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面,按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样,将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。

附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息,附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度,附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。

本文需要通过数学建模来完成以下任务:

(1) 给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布,并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。

(2) 通过数据分析,说明重金属污染的主要原因。

(3) 分析重金属污染物的传播特征,由此建立模型,确定污染源的位置。

(4) 分析所建立模型的优缺点,还应收集什么信息以更好地研究城市地质环境的演变模式。有了这些信息,如何建立模型解决问题。

二、问题的分析

对于问题一,应用matlab,根据题设附录1中所给的取样点的位置坐标,绘制出由319个取样点构成的空间分布图1,以及5个功能区的空间分布图2-6;然后由题设附录2所给的8种主要重金属元素的浓度,绘制出8种重金属元素在该城区的的浓度分布图7-14。

为了确定重金属污染程度,需要对污染等级分级,然后对污染等级进行划分,计算出每个区域8种元素的污染频率,进而确定5类区域8种元素的污染程度。

对于问题二,需要对8种元素视为因子分别分析,求其浓度矩阵的标准化矩阵,对8种因子进行筛选,选出对环境影响大的因子,之后需要确定这些因子对于污染环境的贡献度,从而根据实际情况得到该地区重金属污染的主要原因。

对于问题三,分析8种重金属的传播特性可得知,造成污染的那部分重金属大多以气态颗粒物的形式在大气中传播,考虑到地面重金属浓度大的点不一定就是污染源所在地,而不同地区由于各自的功能使得重金属颗粒传播的方式不同,又应用高斯定理可求出污染源对应的地面最大浓度出现点距离,于是需要建立不同的XX模型进行高斯逆向计算,得出8种重金属的污染源所在地。

三.模型假设

1.319个抽样点在水平面上的投影均不重合;

2.改革开放(1978年)前该城市无重金属污染;

3.每种重金属元素只以一种化学形态污染环境,且在研究过程中几乎不发生化学反应;

4.8种重金属对环境的危害具有独立性,即相互之间没有交叉影响;

四、符号表示

Cn 元素实测质量分数

Bn 元素背景质量分数

X 原始矩阵

R 相关系数矩阵

C(x,y,z,t) 重金属污染物的浓度

Q 源强

t 重金属元素在土壤中扩散速度

k 重金属元素扩散系数

u 平均风速

T 地形修正因子

C 烟羽修正系数

σ水平扩散系数

y

σ垂直扩散系数

z

五、模型建立与求解

5.1问题一:

由各抽样点位置及其海拔高度,建立x-y-z坐标系,x、y坐标轴对应于题设附件1的x(m)、y(m)值,z值对应于题设附件1中的海拔高度值;根据二维插值方法,采用Matlab中的插值函数griddata将5类区在该城区的地理分布图实现出来,根据图1-6确定5类区域的具体位置,便于后续问题研究,Matlab程序见附录一]1[。

已知各抽样点的位置及重金属元素浓度信息,根据假设1,各采样点在水平面的投影均不同,建立x-y-c坐标系,x、y坐标轴对应于题设附件1的x(m)、y(m)值,c 坐标轴分别对应于题设附录2中8中重金属元素的浓度,c轴对应的高低即为对应重金属元素的浓度;根据同样的二维插值方法,采用Matlab中的插值函数griddata将8种元素在该城区的浓度分布图实现出来。

图1319个点的空间分布图

图2生活区空间分布图

图3工业区空间分布图

图4山区空间分布图

图5交通区空间分布图

图6 公园区空间分布图

图7元素As在该城区的空间分布

图8 元素Cd在整个城区的的浓度分布

图9 元素Cr在该城区的空间分布

图10元素Cu在该城区的空间分布

图11元素Hg在该城区的空间分布

图12元素Ni在该城区的空间分布

图13 元素Pb 在该城区的空间分布

图14 元素Zn 在该城区的空间分布

继而根据经典的Muller 地积累指数法]2[,对重金属污染等级进行规定与划分,具体分级方法见表1。

表1 Muller 地积累指数分级

其中n n geo B C I 5.1/log 2=。

根据Muller 地积累指数用matlab 对数据行处理,所给数据中,生活区44个采集点,

工业区36个采集点,山区66个采集点,交通区66个采集点,公园绿地区35个采集点,处理结果见附表2。接着计算出该城区不同区域重金属元素的污染程度,见表2。

综上结果,matlab 绘图与计算结果相符合,得到以下结论:山区地质环境最好,各

种金属元素含量都不超标,属于无污染级别;Ni 元素在五个区的含量都不超标,其他七种元素分别在不同区均有超标:生活区各种元素均属于轻度-中度污染;工业区Cu 和Hg 污染级别均达中度污染,其他元素轻度-中度污染;交通区Cu 处于中度污染级别,As 处于无污染级别,其余元素处于轻度-中度污染级别;公园绿地区Cr 浓度含量正常,剩余六种均处于轻度-中度污染级别。 5.2问题二

5.2.1模型建立:

(1)虽然在问题一中分析了城区内不同区域重金属的污染程度,但并没有较好的反映出不同元素间的相关性和该城区内土壤重金属污染的主要元素,主成分分析法法恰能较好的解决此问题。

(2)定义向量F ,将各个重金属元素看成向量F 中的一元,其中()12,,...j j j pj x x x x =

(1,2,...)j n =,代表总体F 的第j 个指标,即x 1表示As ,x 2表示Cd ,x 3表示Cr ,x 4表示

Cu ,x 5表示Hg ,x 6表示Ni ,x 7表示Pb ,x 8表示Zn ,x j i ,表示编号i 的第j 个指标

()1,2,...,

,1,2,...i n j p ==

,令总体()12,,...p F X x x x '==。

(3)主成分分析的一般步骤:

①将各变量x ij 标准化,即对同一变量减去其均值再除以标准差,以消除量纲影响; ②在标准化数据矩阵的基础上计算原始指标相关系数矩阵R ;

③设特征方程的根为21,λλ…p λ,解特征方程并将其p 个特征根按大小顺序排列

()p λλλ

≥≥≥ (21)

,按贡献率∑=m i 1

i λ/∑=p

i i 1

λ≥85%确定m 值;

④选取前m 个特征值对应的单位特征向量即可以写出主成分计算公式; ⑤对主成分因子的意义作解释,得出影响问的主要指标。 5.2.2模型的求解:

(1)八种重金属浓度的原始矩阵见附表3

(2)将原始矩阵X 标准化,用matlab 中zscore 函数求得的标准化矩阵见附表4。 在标准化数据矩阵的基础上计算原始指标相关系数矩阵R ,由matlab 中corr 函数求得标准化矩阵的相关系数矩阵,即表3。

(3)经matlab 求得表1中相关矩阵的前五个特征值,相应的单位特征向量及贡献率]3[,即表4

以As 、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni 、Pb 、Zn 八种重金属元素指标作因子分析,为该城区重金属污染的成因提供一定的理论依据。

通过表5可得出Cr 和Ni 的相关系数最大,为0.7158,说明Cr 和Ni 相关性最好,其次为

Pb和Cd,相关系数为0.6603,Cr和Cu、Ni和Cu、Zn和Pb的相关性较好,相关系数分别为0.5316、0.4946和0.4937。本文认为相关性较好的元素可能在成因和来源上有一定的关联。

通过表6,在累计贡献率达到85%以上的前提下,得到六种主成分,六种主成分提供了原始资料的87.76%的信息,满足主成分分析的原则,由表6能得到主成分1的贡献率达到44.50%,主成分2到主成分5的贡献率在7.22%到14.38%之间,可以解释为主成分1可能为该城区重金属污染的重要的污染物,对重金属污染的贡献最大,主成分2到主成分5对该城区重金属污染有重要影响。

通过对表6的分析还可以得到在主成分1中Cd和Hg有较大的正载荷,则可称第一主成分为Cd和Hg;在主成分2中Cu有较大的正载荷,为第二主成分;在主成分3中Zn有较大的负载荷,为第三主成分;在主成分4中Pb有较大的正载荷,为第四主成分;在主成分5中As有较大的正载荷,为第五主成分。

因此该城区内土壤重金属污染的主要元素有Cd、Hg、Cu、Zn、Pb和As。

结合第一问结论,得到如下结论:

①元素As在生活区的相对分布浓度高,这主要由于砷污染主要来源于采矿、冶金、化学制药、玻璃工业中的脱色剂、各种杀虫剂、杀鼠剂、砷酸盐药物、化肥、硬质合金、

皮革、农药等;而这些消费品正是在生活区使用并造成污染的]4[。

②元素Cd在全区域均有不同程度的污染,这是因为镉来源比较广泛,主要有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水;废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中,尤其是蘑菇,在奶制品和谷物中也有少量存在;这些来源和用途使得其在人类活动的各个领域都有不同程度的污染。

③元素Cu在交通区和工业区的浓度分布最多,这是因为铜的主要污染来源是铜锌矿的开采和冶炼、金属加工、机械制造、运输,钢铁生产等;而且冶炼排放的烟尘是大气铜污染的主要来源,这些都是使得铜在交通区和工业区的浓度分布集中的原因。

④元素Hg在工业区和交通区的分布非常突出,这是由于汞主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等;这些领域均与工业区和交通区息息相关。

⑤元素Pb在工业区和交通区的分布明显高于其他地区,这是因为铅主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等;而汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中,造成目前地表铅的浓度已有显著提高;故工业区和交通区的铅含量明显高于其他地区。

⑥元素Zn在交通区分布最多,这可能是锌的主要污染源有锌矿开采、冶炼加工、机械制造以及镀锌、仪器仪表、有机锌合成和造纸等工业的排放以及汽车轮胎磨损以及煤燃烧产生的粉尘、烟尘中均含有锌及化合物造成的。

结合对重金属污染的以上分析,得到了重金属污染主要发生在工业区、生活区以及交通区的结论,而这些地区由于各自有不同的功能,其功能属性决定了每个地区的重金属含量。

综上所述,重金属污染的主要原因是人类的生产与生活活动引起的,具体污染原因可归结为:矿的开采和金属冶炼,化学制药,运输,汽车尾气排放与轮胎磨损,化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具的随意丢弃,化石燃料的燃烧等。

5.3 问题三

5.3.1 模型建立

重金属在土壤中的迁移转化受金属的化学特性、土壤的物理特性以及环境条件等因

素影响。在了解存在污染的重金属的特征的基础上,结合第一二问的结果, 由分析可得到:Cd 与As 物理性质相似,由于土壤的强吸附作用,Cd 与As 很少发生向下的迁移而积累于土壤表层,故Cd 与As 主要经土壤传播。土壤中Pb 的污染主要来自大气污染中的Pb 沉降和Pb 应用工业的“三废”排放,也就是土壤中的Pb 沉积主要是通过空气、水等介质形成的二次污染。Cu 、Zn 、Hg 具有与Pb 类似的传播特征,故将这四类重金属放在一起研究。由于经由污水传播的重金属难以量化,故下面的研究主要考虑重金属元素在土壤和空气中的传播。

气体污染物传播模型的建立与求解

首先,通过查阅资料了解得知:含有重金属的废气属于重气,其形成的烟云密度与空气相比较大,故在有风速s m u 的情况下,选取高斯连续点源扩散模型进行分析。此外,除了气团本身性质以外,气团的扩散还受大气稳定度(反应地表地形、建筑物影响风流局部紊流情况的参数)等因素影响,呈现十分复杂的函数关系。

接着,本文根据有风状态下废气传播的情况建立如图1所示的高斯坐标系,排放点为高架源,原点为排放点在地面的投影,x 轴正向为风速方向,y 轴在水平面上垂直于x 轴,正向在x 轴的左侧,z 轴垂直于水平面xoy ,向上为正向。在此坐标系下废气中心线在xoy 面的投影与x 轴重合。

图15 高斯烟羽模型坐标系

继而给出高斯坐标下的高架连续点源的高斯烟羽模型:

222222()()(,,,)exp exp()exp()2222y z y z z Q y z H z H X x y z H u πσσσσσ????

-+=-?-+- ??? ??

??? 在求解高斯烟羽模型的过程中,处理了以下几个问题:

1.题目给出的采样点为具有海拔的抽样点,故需对原模型进行复杂地形修正。由于复杂地形下模型必须考虑到浮力夹卷对废气烟云造成的初始分布及地形对烟羽的抬升

作用及湍流扩散能力的增强。从高斯模型出发,后者可选择合适的参数加以解决。而地形对烟羽的抬升作用则要求模型本身作适当的修正。做法是在高斯模型的指数项引入地形修正因子T 对烟轴高度进行修正。即HT H ='。T 的选取方法为部分高度轨迹法:随地面的起伏,烟轴高度发生改变。取T=C

2.原模型取坐标原点为污染源,现设污染的坐标为(a,b,c ),则被污染点的坐标改为(x-a,y-b,z-c )。

3.扩散系数的求解

因为题目只给出了采样点的信息,对于城市的信息未予以说明,故根据已知城市地貌及受污染情况,假设该城市为山西太原。作为扩散系数,x σ、y σ、z σ的大小与大气湍流结构、离地高度、地面粗糙度、泄漏持续时间、抽样时间间隔、风速以及离开泄漏源的距离等因素有关。大气的湍流结构和风速在大气稳定度中考虑。大气稳定度由10米高度以上的风速、白天的太阳辐射或夜间的云量等参数决定。

按照Pasquill 的分类方法,随着气象条件稳定性的增加,大气稳定度可以分为A 、B 、C 、D 、E 、F 六类。其中A 、B 、C 三类表示气象条件不稳定,E 、F 两类表示气象条件稳定,D 类表示中性气象条件,也就是说气象条件的稳定性在稳定和不稳定之间。A 、B 、C 三种类型的稳定度中,A 类表示气象条件极其不稳定,B 类表示气象条件中等程度不稳定,C 类表示气象条件弱不稳定。E 和F 两种类型的稳定度中,E 类表示气象条件弱稳定,F 类表示气象条件中等程度稳定。大气稳定度具体分类方法见下表5、表6。

表1和表2中的云量是指当地天空层覆盖率。例如,云量为3/8是指当地3/8的天空有云层覆盖。日照角是指当地太阳光线与地平线之间的夹度。例如,阳光垂直照射地卖弄时的日照角为90°。

一般来说,随着大气稳定度的增加,扩散系数减小。根据Hanna 和Drivas 的建议,化学危险品事故泄漏扩散系数与大气稳定度类型和下风向的关系如下表7。其中a x x -='。

4.数据的筛选

根据第一问中的geo I 的计算结果,可将受污染的点筛选出来,再将每种元素受污染程度最接近平均水平的点挑选出来,完成筛选,用以污染源的位置计算。Pb :

49,52,309,Hg :20,26,50。其对应坐标为Cu(6395,10443,4)、

(0,1787,4)、(2933,1767,7);Zn(28654,8755,23)、(5503,1127,6)、(11482,6354,61);Pb(9062,7639,45)、(10685,5528,34)、(17981,18449,93);Hg(5868,4904,16)、(3573,6213,5)、(9319,6799,49)。

5.模型结果

将上述变量带到模型中可求得产生重金属元素Cu 、Zn 、Pb 、Hg 的污染源位置分别为(5375,8643,15)、(13765,1353,15)、(4233,895,6)、(4043,1895,14)。

固体污染物传播模型的建立与求解

(1)对于主要在土壤中传播的对环境污染较为严重的重金属元素Cd 和As ,应 用菲克第二定律

()

()

()

()

2222

2

2

,,,,,,,,,,,,(

)C x y z t C x y z t C x y z t C x y z t k t

x

y

z

????=+

+

????,计算出

当物质分布浓度随时间变化时,不同时间在不同位置的土壤中重金属的浓度。 (2)建立的坐标系和重金属元素在空气中扩散的坐标系相同,并设t 时刻时, 空间任意一点的放射性物质浓度为(,,,)C x y z t ,则依据菲克第二定律

()

()

()

()

2222

2

2

,,,,,,,,,,,,(

)C x y z t C x y z t C x y z t C x y z t k t

x y z ????=+

+

????, 根据参考文献解得:

()()

()(){

}

3

2

22

2,,,(/(4))exp ()/(4)C x y z t Q kt x a

y b z c kt =--+-+-

(3)通过查阅有关资料得到Cd 的源强668.3g/s,As 的源强Q =11.928g/s,扩散系数k=0.5,t =33(改革开放至今的时间),将选取的采样点的坐标及浓度,As :141,50,269;Cd :36,176,269;Cu :226,7,13;Zn :135,159,56;As (10046,18134,41)、(9319,6799,49)、(13175,12238,31);Cd(7304,5230,10)、(10340,1764,7)、(13175,12238,31);带入模型中,即得到Cd 的污染源坐标为

()21439,11383,45,As 的污染源坐标为(18134,10046,41)

六、模型分析与数值检验

第一问中应用数学软件对地理位置与对应取样点的重金属浓度进行描述,得到若干图形;之后对数据进行Muller 地积累指数计算,分析得到每种重金属在每个功能区的污染程度的分级,进而得到该城区不同区域重金属元素的污染程度。经比较,数学软件所模拟的图形与实际计算得到的污染情况高度吻合,精确度较高。

第二问首先针对8种重金属的理化特性进行初步分析,得到其基本的传播途径,之后结合第一问把对环境无污染的元素忽略,把重金属元素分布相对于接近背景值的山区与公园区忽略。剩余交通区、生活区、工业区,分别对三个区的功能进行分析,接着引进分级频率的概念,将5类区中8种元素各个等级的百分比计算出来,表示该城区不同区域每种元素各污染等级的频率,如表8:

地积累指数分级频率分布与各区污染程度拟合性较好,于是分析得出

的主要原因是人的生产和生活活动对环境的影响造成的结论。

采用高斯烟羽模型主要为了实现在一定外界条件影响下,空气中的气态颗粒物的扩散与沉降关系,采用菲克第二定律计算处污染源位置。

数值检验

随机选取一些采样点代入问题三的模型中,得到的污染源的位置Cd(3299,6081,4),As(13765,1353,15),Cu(5394,8631,12),Zn(13855,3345,79),Pb(566 4,1653,13),Hg(4043,1895,14)与结论中污染源位置的坐标相距较近,说明建立的模型有一定的可行性,可进行推广使用

七、模型优缺点分析

本文采用高斯烟雨模型,有适用范围广泛的特点,可应用于处理颗粒物的沉积和干沉降,建筑物下洗影响,点、面、线,开放池源,火炬源和体源,平坦和复杂地形等问题;但其也具有局限性,必须应用于相对稳定的环境,这点对于寻找污染源必然产生一定的干扰,且没有考虑到传输到受体所需要的时间,有文献证明了高斯模型在低风速下过高的预测了浓度[5],而且应用高斯烟雨模型本文并没有更深层次的创新,是这次模型的缺点。

参考文献

[1]刘凤秋,李善强,曹作宝,《数学实验》,哈尔滨工业大学出版社,2010年6月第一版。

[2]柴世伟,温琰茂,张亚雷,赵建夫,地积累指数法在土壤重金属污染评价中的应用,《同济大学学报(自然科学版)》,第34 卷第12 期,1658-1660,2006 年12 月。[3]王雄军,赖健清,鲁艳红,李德胜,周继华,王建武,基于因子分析法研究太原市

[5]重金属高斯烟羽模型,

https://www.360docs.net/doc/a47916446.html,/view/984f2c52f01dc281e53af09f.html,2011.09.11

附录一:

x=[...];

y=[...];

z=[...];

h=z;

>> x1=0:100:28645;y1=0:100:18449;

>> [X,Y]=meshgrid(x1,y1);

H=griddata(x,y,h,X,Y,'cubic');

mesh(X,Y,H);

附录二:

C=corr(B)

C =

Columns 1 through 7

1.0000 0.2547 0.1890 0.1597 0.0644 0.3166 0.2899

0.2547 1.0000 0.3524 0.3967 0.2647 0.3294 0.6603

0.1890 0.3524 1.0000 0.5316 0.1032 0.7158 0.3828

0.1597 0.3967 0.5316 1.0000 0.4167 0.4946 0.5200

0.0644 0.2647 0.1032 0.4167 1.0000 0.1029 0.2981

0.3166 0.3294 0.7158 0.4946 0.1029 1.0000 0.3068

0.2899 0.6603 0.3828 0.5200 0.2981 0.3068 1.0000

0.2469 0.4312 0.4243 0.3873 0.1958 0.4364 0.4937 Column 8

0.2469

0.4312

0.4243

0.3873

0.1958

0.4364

0.4937

1.0000

>> [x,y1]=eig(C);

eigenvalue=diag(y1);

lamda=eigenvalue(:);

y1_lamda=x(:,:)

y1_lamda =

Columns 1 through 7

-0.1659 -0.0130 0.0990 0.0346 -0.6286 -0.6932 -0.1861 -0.2305 0.4024 -0.4944 0.3346 0.3676 -0.2875 0.2624 -0.5146 -0.5203 -0.1494 0.1442 0.0527 0.3089 -0.4140 -0.1674 0.4560 0.6210 0.2034 -0.1569 0.3718 0.1162

0.0236 -0.1862 -0.3585 -0.2027 -0.5121 0.3028 0.6279

0.6490 0.2180 -0.3038 0.0183 -0.1561 0.1932 -0.4798

0.4396 -0.5166 0.3297 0.2074 0.2828 -0.2415 0.2930

-0.1079 0.1005 0.0909 -0.8604 0.2750 -0.1254 -0.0349 Column 8

0.2256

0.3767

0.3895

0.4009

0.2165

0.3831

0.4049

0.3704

>> lamda=eigenvalue(:)

lamda =

0.2460

0.3015

0.4320

0.5776

0.7677

0.9651

1.1502

3.5600

2011年数学建模A题 城市表层土壤重金属污染分析

A题城市表层土壤重金属污染分析 摘要 随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日显突出。通过对城市土壤重金属的调查,应用数学方法对数据进行处理。得到城市环境质量的演变,已是人们日益关注的焦点。 对于问题一,用附件一中给出的数据,用matlab插值法建立三维模型,总共有9个图,一个是取样地点的地形图,另外八个是八种重金属元素的浓度分布图,通过模型图我们可以清楚的看到各种元素不同的空间分布。然后通过均值法,算出不同区域内各种重金属元素的污染程度。 对于问题二,通过对问题一结论的分析得出,生活区和工业区是污染比较厉害的地区。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。人类生活中各种用品都含有不同量的重金属元素,比如说废旧电池,含有较多的汞、铬、锰、铅、镍、锌等重金属。它们通过自然和生物降解,随着雨水进入到土壤和河流当中。 对于问题三,根据前两问的结论分析重金属的传播特征,主要有从高海拔到低海拔,从高浓度区向低浓度区扩散。我们建立扩散模型,求出函数的极值,从而确定污染源的位置。 对于问题四,我们仔细分析了模型的优缺点。为更好地研究城市地质环境的演变模式,还应收集该地区的每年生活、工业等重要污染源的垃圾排放量,以及每年的生物降解量,降雨量对重金属元素扩散的影响,空气污染也应该考虑进去。有了这些数据以后建立因子分析法,回归分析,曲线拟合等模型解决问题。 关键词:插值法、均值法、扩散模型、因子分析、回归分析。 一、问题重述与分析 随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日显突出。对城市土壤地质环境异常的查证,以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价,研究人类活动影响下城市地质环境的演变模

我国城市土壤重金属污染研究综述

我国城市土壤重金属污染研究综述 摘要: 改革开放以来,随着我国工业化和城市化的高速发展, 城市土壤重金属污染越来越严重。本文从城市土壤中重金属元素的污染来源、污染危害、污染空间特征、污染评价方法和治理方法等方面来对我国城市土壤重金属污染问题的研究进展进行综述,并提出了相关的治理对策建议。 关键词:城市土壤;重金属污染;污染评价;治理对策 我国城市化的快速发展,在很大程度上也加剧了城市土壤的重金属污染问题。这种影响主要体现在污染物的大量产生和转移上,很大一部分污染物都直接或间接地进入城市和周边地区的土壤生态系统中[1]。潘根兴在2002年初做过一个南京市各城区的土壤重金属污染调查。结果表明[2-3],超过70%的采样区域存在重金属污染,测出的最高铅含量超过国家标准3倍以上。 1城市土壤重金属污染来源 城市土壤重金属污染主要来源于人类活动,如工矿业废物的排放、拥堵的交通、大量生活垃圾、农业生产等。 1.1工矿业污染 工矿业污染主要表现在3个方面;第一是工矿业活动所产生的废渣是重金属的重要载体,尤其是一些金属冶炼厂,废渣中的重金属含量极高,无处理堆放或直接混入土壤,对土壤环境造成潜在危害。矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源,它们以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属[4-5]。第二是的重金属一部分赋存在烟尘上,以气溶胶的形式进入大气,经过干湿沉降进入土壤。第三是工矿业活动所排放的废水含有一定量的重金属,在公园与花园绿化过程中使用污水、污泥堆肥也会明显影响城市土壤中的重金属组成与含量[6-7]。 1. 2交通污染 汽车燃烧产生的废气中含有大量的重金属,尤其是Pb的含量最高。各种车辆排放的废气携带固体粒子以播撒等方式将重金属粒子带入大气再经沉降进入土壤,引起了重金属污染。通过对汽车尾气颗粒物中重金属元素含量分析发现,Pb的含量为37% 、Ni、Cr、Cd、Mn含量分别为34.5%,22.6%,3. 2%,2. 6%。杨文敏[8-9]等应用扫描电镜加X射线能谱技术分析了汽油尘表面巧种元素的相对含量,其中Pb最高达22.5%,Mn、Ni、Cr等重金属含量都低于3%。交通运输引起土壤重金属污染呈带状分布,污染强度以公路、铁路为轴向两侧逐渐减弱,随着时间的延氏,公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性[10]。 1.3生活垃圾污染

我国重金属污染研究现状

我国重金属污染研究现状 摘要:随着经济全球化的迅速发展,含重金属的污染物进入生态环境,对人类的健康带来了严重威胁,我国重金属污染突显,国内在重金属污染研究领域也展开研究,本文描述了我国在重金属污染研究中的具体采样、测定、评价方法,以及这些方法在我国的应用。 关键词:重金属污染;重金属污染物采样、重金属含量测定、污染评价 前言 重金属污染时指由重金属及其化合物引起的环境污染,重金属污染在环境中难以降解,能在动物和植物体内积累,通过食物链逐步富集,浓度成千上万甚至上百万倍的增加,最后进入人体造成危害,是危害人类最大的污染物之一。国际上,许多废弃物都因含有重金属元素被列到国家危险废物名录,近些年随着我国工农业生产的快速发展,我国出现了重金属污染频发、常发的状况。2008年,我国相继发生了贵州独山县、湖南辰溪县、广西河池、云南阳宗海、河南大沙河等5起砷污染事件,2009年环保部共接报陕西凤翔等十二起重金属、类金属污染事件。这些事件致使四千零三十五人血铅超标、一百八十二人镉超标,引发三十二起群体性事件。由于重金属污染事件在我国频繁发生,使得我国开始重视重金属污染的研究。 重金属污染物是一类典型的优先控制污染物。环境中的重金属污染与危害决定于重金属在环境中的含量分布、化学特征、环境化学行为、迁移转化及重金属对生物的毒性。人类活动极大的加速了重金属的生物地球化学循环,使环境系统中的重金属呈增加趋势,加大了重金属对人类的健康风险,当进入环境中的重金属容量超过其在环境中的容量时,即导致重金属污染的产生,重金属污染物为持久性污染物,一旦进入环境,就将在环境中持久存留。由于重金属对人类和生物可观察危害出现之前,其在环境中的累积过程已经发生,而且一旦发生危害,就很难加以消除。因此,在过去二十多年中人们就通过不同途径引入重金属对生态环境的污染做了广泛研究。

土壤重金属污染评价方法的比较

随着近代工业的发展,人们对重金属资源的需求越来越大,在生产、加工的过程中产生的重金属废弃物也越来越多。如果土壤中重金属含量超过一定范围,就会对生态环境造成一定的影响和破坏。国家环境保护总局发布的 2000年中国环境状况公报上的数据显示:在30万hm2基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测中,有3.6万hm2土壤重金属超标,超标率达12.1%[1]。日本重金属污染的农田面积达37029.4hm2,我国重金属镉污染的农田面积达1.2万hm2[2]。沈阳张士灌区用含镉污水灌溉20多年后,污染耕地2500多hm2,稻田含镉5~7mg/kg[3]。 重金属进入环境后不易被环境中的微生物分解,易在土壤中积累,并在农作物中残留,最终通过食物链在动物、人体内积累,严重影响人体健康[4-11]。如1955~1972年,日本富山县神通川流域的“骨痛病”,就是由于居民食用了镉含量高的稻米和饮用镉含量高的河水而引起的[12],同样在1953~ 1972年由于日本熊本县水俣湾的居民食用被汞废水污染的鱼虾,导致近万人患中枢神经疾病—水俣病[13]。由此可见,土壤重金属污染的危害是严重的,被污染的区域是广泛的,因此对土壤重金属污染评价方法的研究是十分必要的。 1重金属污染评价方法 1.1单因子指数法单因子指数法是国内通用的一种重金属污染评价的方法,是国内评价土壤、水、大气和河流沉积物重金属污染的常用方法[14-16]。 计算公式如下: P i=C i S 式中,P i为污染物单因子指数;C i为实测浓度,mg/kg;S为土壤环境质量标准,mg/kg。P i<1则表明未受污染,P i>1则表示己经受到污染,P i数值越大,说明受到的污染越严重。 单因子指数法可以判断出环境中的主要污染因子,但环境是一个复杂的体系,环境污染往往是由多个污染因子复合污染导致的,因此这种方法仅适用于单一因子污染特定区域的评价;单因子指数法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础。 1.2尼梅罗综合指数法单因子污染指数法只能分别反映各个污染物的污染程度,不能全面、综合地反映土壤的污染程度,因此当评定区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较,或土壤同时被多种重金属元素污染时,需将单因子污染指数按一定方法综合起来进行评价,即应用综合污染指数法评价。重金属元素综合污染评价采用兼顾单元素污染指数平均值和最大值的尼梅罗综合污染指数法。计算公式如下: I=P i2最大+(1/n∑P i)2 2 √式中,I为尼梅罗综合污染指数;P i为土壤中i元素标准化 污染指数(污染物单因子指数);P i最大为所有元素污染指数中的最大值。 尼梅罗综合指数法的计算公式中含有评价参数中最大的单项污染分指数,其突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用,刘哲民应用单因子指数和尼梅罗综合污染指数法结合对宝鸡土壤的重金属污染进行了评价[16]。通过这种方法对宝鸡的土壤重金属污染的现状进行了分级并指出了对环境污染贡献最大的元素,但是没有考虑土壤中各种污染物对作物毒害的差别。同时根据尼梅罗指数法计算出来的综合污染指数,只能反映污染的程度而难于反映污染的质变特征。 1.3污染负荷指数法污染负荷指数法是Tomlinson等在从事重金属污染水平的分级研究中提出来的一种评价方法,该方法被广泛应用于土壤和河流沉积物重金属污染的评价[17-18]。某一点的污染负荷指数的公式如下: F i=C i/C0i I PL=F1×F2×F3…F n n√ 式中,F i为元素i的最高污染系数;C i为元素i的实测含量,mg/kg;C0i为元素i的评价标准,即背景值,一般选用全球页 土壤重金属污染评价方法的比较 徐燕1,2,李淑芹1,郭书海2,李凤梅2,刘婉婷2 (1.东北农业大学资源与环境学院,黑龙江哈尔滨150030;2.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016)摘要综述了国内外典型的土壤重金属污染的评价方法,分析了各种方法的优劣之处和适用范围,论述了GIS在土壤重金属污染评价方面的应用,最后提出用潜在生态危害指数法和污染负荷指数法相结合,重金属污染评价方法与ArcGIS软件相结合的方法来克服各种评价方法的不足和局限之处。 关键词土壤;重金属污染;评价方法 中图分类号X53文献标识码A文章编号0517-6611(2008)11-04615-03 Comparison of Assessment Methods of Heavy Metal Pollution in Soil XU Yan et al(College of Resource and Environment,Northeast Agricultural University,Haerbin,Heilongjiang150030) Abstract Several representative assessment methods about heavy metal pollution were summarized.The advantages,disadvantage and application range of those methods were analyzed.Application of GIS in assessment of heavy metal pollution in soil was discussed.Finally,the mehods for conquering the disadvantages and limitations of evaluation methods were put forward,which were the combination of potential ecological risk index and pollution load index and the combination assessment method of heavy metal pollution and ArcGIS software. Key words Soil;Heavy metal pollution;Assessment method 基金项目国家重点基础研究发展计划项目(2004CB418501);辽宁省 重大科技项目(06KJT11001)。 作者简介徐燕(1983-),女,黑龙江鹤岗人,硕士研究生,研究方向:土 壤重金属污染的评价。通讯作者。 收稿日期2007-11-28 安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2008,36(11):4615-4617责任编辑王淼责任校对况玲玲

金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策(通用版)

( 安全论文 ) 单位:_________________________ 姓名:_________________________ 日期:_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策(通用版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.

金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策 (通用版) 摘要:矿山开采为经济发展提供了资源保证,但同时也带来了一系列生态环境问题。文章介绍了我国部分地区日益发达的金属矿业造成的土壤重金属污染状况,分析了重金属元素的在环境中的存在形态、释放机理、污染特征及其生物危害。指出了金属矿山土壤重金属污染目前尚存在的问题并提出了防治土壤重金属污染的具体措施。 关键词:重金属污染;修复技术;土壤;金属矿山 CurrentSituationofHeavyMetalPollutioninSoils andCountermeasures Abstract:Miningforeconomicdevelopmenttoprovidetheresources,butalsob

ringsaseriesofecologicalenvironmentproblems.Thispaperintro ducestheareaofourcountrypartincreasinglydevelopedmetalmini ngcausedthesoilheavymetalpollutionstatus,analysisofheavyme talelementsintheenvironmentofexistenceform,releasemechanis m,thepollutioncharacteristicsandbiologicalhazards.Metalmin esoilheavymetalpollutionispointedoutexistingproblemsandput sforwardspecificmeasurestocontrolsoilheavymetalpollution. 金属矿山既是资源集中地,又是天然的土水生态环境污染源。在开采过程中流失的重金属Pb、Hg、As、Cd、Cr等是土水生态环境的重要毒害元素。。随着矿山开采年份的增加,矿山周边土壤环境中重金属不断积累,污染现象日趋严重。重金属进入土壤环境后,扩散迁移比较缓慢,且不被微生物降解,通过溶解、沉淀、凝聚、络合、吸附等过程后,容易形成不同的化学形态。当其在土壤中积累到一定程度时,就有可能通过土壤—植物(作物)系统,经食物链为动物或人体所摄入,潜在危害性极大。因此,金属矿山土壤的重金属污染问题必须引起高度关注,并采取相应措施加以防治。

数学建模A题 城市表层土壤重金属污染分析(基础教资)

2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮 件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问 题。 我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他 公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正 文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如有违反 竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是(从A/B/C/D中选择一项填写): A 我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话): 所属学校(请填写完整的全名):重庆交通大学 参赛队员 (打印并签名) :1. 陈训教 2. 范雷 3. 陈芮 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名):胡小虎 日期:2011 年9 月 12日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):

2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号): 评 阅 人 评 分 备 注 全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号): 全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):

城市表层土壤重金属污染分析 摘要 本文针对城市表层土壤重金属污染做出了详细的分析,对于本题中所提出的问题一,我们利用MATLAB软件对所给的数值进行空间作图,然后分别作出了八种重金属元素的空间分布特征,然后,我们利用综合指数(内梅罗指数)评价的方法,对五个区域进行了综合评价,得出结果令人满意。对于问题二,我们根据第一问和题目所给的数据进行综合分析,得出了重金属污染的主要原因来自于交通区含铅为主的大量排放,和工业区污水的大量排放等等。对于问题三,我们通过对问题一中的八张重金属元素空间分布的图可以看出,发现大多数金属都呈中心发散性传播,同时经过分析,我们发现,如果考虑大气传播和固态传播,很难得出结论,在交通区,由于是汽车尾气造成的传播,发现重金属的传播无规律可循等,所以,我们考虑液态形式的传播,以针对地表水污染物的物理运动过程,以偏微分方程为建模基础,通过和假设和模型参数的估计,得出了可能污染源位置,最后,我们对模型进行了稳定性检验即灵敏性分析和拟合检验,发现在参数变化在10%左右,模型的稳定性良好。最后我们全面分析了模型的优缺点,,最后可以用MATLAB软件得出相应的结果。为更好地研究城市地质环境的演变模式,测定污染源范围还应收集该地区的每年生活、工业等重要污染源的垃圾排放量,地下水流动方向以及每年的生物降解量,降雨量对重金属元素扩散的影响。一但有污染证据,我们可以在该污染源附近沿地下水流动方向设定更多采样点,由此,我们可以构造一个三维公式来计算污染物质浓度的浮动就可以模拟三维空间内的重金属分布影响。 关键字:表层土壤重金属污染 MATLAB 内梅罗指数偏微分方程稳定性检验灵敏性分析地质演变生物降解量

关于土壤重金属污染评价方法探讨

关于土壤重金属污染评价方法探讨 发表时间:2019-06-13T09:34:31.367Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年4期作者:洪运 [导读] 结合个人工作经验,对传统的重金属污染评价方法进行了分析,仅供相关人士参考。 广东清慧综合环保咨询科技有限公司 523000 摘要:随着城镇化和工业化进程的加快,各行各业对重金属资源的需求与日俱增,重金属的使用也在一定程度上给环境带来了污染,使土壤中的重金属超标,对土壤造成难以逆转的污染,进而破坏生态平衡。所以为了有效的避免这一问题,应该客观准确的对土壤中重金属的污染程度进行分析。目前我国有许多中分析方法,本文主要阐述了土壤重金属污染的成因及特点,结合个人工作经验,对传统的重金属污染评价方法进行了分析,仅供相关人士参考。 关键词:重金属污染;污染评价;土壤污染 土壤是人类赖以生存的资源之一,是农业生产的基础,而且也是人类和动物生存的基本环境要素,随着工业化和城市化的快速发展,导致工业废气和生活污水的大量排放,城镇人口的增加,使得汽车数量也增加,导致汽车尾气的过度排放,加上农药化肥的过度使用,以及矿产资源的不合理开发,使得土壤环境系统中重金属含量日益增加,土壤重金属污染具有极大的危害性,会使得土壤生态环境质量下降,而且潜伏期长,会危害到人类的身体健康,针对这一现状,必须加强对土壤重金属污染评价方法的研究,加强对土壤污染的预防控制。 1土壤重金属污染的成因及特点 土壤是人类社会生存和发展的基本前提,土壤的形成来之不易,而且更新周期十分漫长,通常被认为是不可再生资源,但它也是大量残余废物最重要的调节环节之一。随着现代工业的快速发展,人们的生活领域不断扩大,生活方式也在变化,一些不合理的垃圾处理方式,比如焚烧、直接填埋给土壤造成了严重的污染,工厂的生产、矿产开采等都会造成土壤中重金属的污染。 1.1土壤重金属污染的成因分析 1.1.1自然原因 在自然界中,土壤中重金属的污染不是单一的原因造成,而是受多种因素的影响。在土壤形成的初始阶段,母质中的重金属含量直接决定了土壤中重金属的含量。随着土壤的生长,母质对重金属的影响也在不断增加,加上一些自然的生物残落也会加重土壤的重金属污染。例如火山爆发、森林火灾等自然灾害可能使许多重金属漂浮于空中,植物叶片会吸收部分重金属,随着树木的凋零,进而被微生物吸收进入土壤,从而增加了土壤中重金属的含量。 1.1.2人为原因 随着工业化程度的不断加深,人类活动给土壤带来了许多不可逆转的破坏,已经逐渐上升成为土壤重金属污染的主要来源。 1、废气、烟雾等空气污染。工业生产会向大气排放大量废气和烟雾,汽车尾气的过度排放,火电厂使用煤炭发电等都会造成大气污染。而这些废气又会通过大气沉降渗透到土壤中,久而久之,会给土壤造成重金属污染。 2、化肥和农药的使用。城镇化的加快导致农耕地面积的减少,为了满足人们的日常食物需要,种植商不得不使用化肥和农药,从而达到缩短农作物的生长周期,提高农作物的产量和质量的目的,或者为了种植一些反季节食物,这些化学农药的使用,会在土壤中释放许多重金属物质,导致土壤中的重金属污染加重,进而威胁人类健康。 3、水污染。我国的水资源分布十分不均,西北沙漠地区干涸,而沿海地区水资源充裕,导致在某些地区,农业用地灌溉时引入的水来自于工业废水,这种污水本身就含有大量的重金属,进入农田后会使得土壤中沉淀大量重金属,加上水资源的流动性,进一步恶性循环,造成土壤污染和地下水污染。 4、其他生产生活活动。比如城市居民生活垃圾的堆放,垃圾土壤填埋,直接焚烧,重金属工业废弃物直接排放等生产生活活动,都会造成土壤的重金属污染。 1.2土壤重金属污染的特点 重金属的化学性质稳定,潜伏周期长,极难被微生物进行分解,而且具有协同性、扩散性。一旦进入土壤,就会对土壤的质量造成难以逆转的破坏,而人类和动物作为食物链的顶端,长期食用重金属污染土壤种植的食物,会对健康造成危害,低汞浓度可以促进小麦早期萌发的生长,但随着时间的增长,最终会抑制小麦生长,而高毒性的砷、镉等,都会给人们的身体健康造成危害。 2传统评价方法 2.1指标法 指标法主要是根据测得的元素含量和土壤元素的背景值,采用不同的公式计算,并与评价标准进行比较,对污染程度进行比较的方法。该方法简单易操作,但忽略了实际污染情况的复杂性,检测结果不够可靠。常用的有Nemero指数法。 综合指数法又称Nemero综合指数法,利用该法能够准确判断出多种重金属对受测区域的污染等级,但是没办法分析出元素对土壤污染的差别,即只能反映各种重金属元素对土壤的污染程度。 2.2数学模型索引方法 该方法是基于指标方法的基础上,即在有限的已知数据的基础上,通过计算软件进行数学模型建立,对未知结果进行预测,这种方法能够有效弥补指标法的不足,但是在具体的评估过程必须应用大量的函数进行计算,操作复杂且难以控制。主要包括模糊数学法和灰色聚类法。 在使用模糊数学法时,相关影响因子的影响需要重点考虑,这对确定重金属元素污染程度的等级有着至关重要的影响。该模型可用于评估重金属造成的土壤污染,然后根据不同的隶属函数,对土壤质量进行测定,得到对应的关系模糊数学矩阵,最后根据重金属评价因子,得到权重模糊数学矩阵,从而可以分析计算得到污染评价结果。 而灰色聚类法主要是由模糊数学法演变过来的,是对已知白信息进行不同程度的白化,并通过相应的系统,确保实现物化或者量化问题。在实际计算过程中,必须首先确定白化函数,并使用该公式进行计算,得到污染物与污染水平之间的关系。

土壤重金属污染现状

土壤重金属污染现状 摘要: 重金属作为一种持久性污染物已越来越多地被关注和重视. 重金属矿山的开采利用是造成当今世界重金属污染的主要原因,并已经严重威胁和影响人类的生存和发展.本文从我国重金属的利用入手,总结了我国近几年重金属污染的现状,分析了重金属污染物进入环境介质的途径和方式. 为促进我国矿业开发与环境的可持续发展和和谐发展,对重金属资源的合理开发利用提出措施和建议. 关键词: 重金属; 利用; 重金属污染 引言 所谓重金属污染,是指由重金属及其化合物引起的环境污染. 重金属矿山的开采及其产品的利用是重金属污染的重灾区,也是全球重金属污染的源头所在,对于矿山环境,重金属污染的主要危害对象是农作物和人. 其主要原因在于重金属被排入环境后具有永久性,且有明显的累积效应.随着人们对金属矿产品的需求量的不断增大,由此引发的环境问题日趋严重,重金属污染就是其中最为典型的一个. 以云南铅锌矿为例,云南拥有国内储量最大的兰坪铅锌矿和国内品位最富的会泽铅锌矿,它的开采量日益增大,产生的环境问题也随之日益增多,由于云南铅锌矿山布局分散,规模偏小,工艺技术落后,装备水平低,并且有相当一部分乡镇和个体私营企业没有专门的尾矿坝,尾矿、废水随意排放,加之由于当地开发无序,滥采滥挖,环保投入不足,导致矿山特别是铅锌矿山老化,品位下降,开采难度增大,造成了一定的环境污染,并使得生态环境的修复、改造和维护难以进行。 一土壤重金属污染的定义 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大,所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属,但是它的毒性及某些性质与重金属相似,所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高,因而一般不太注意它们的污染问题,但在强还原条件下,铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中,致使土壤中重金

重金属污染物的传播特征

重金属污染来源、分布、治理方法 摘要:文章阐明了重金属污染物来源与分布,同时对国内外土壤重金属污染治理的研究工作做了系统的综述,提出了土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法,利用环境矿物材料治理土壤重金属污染物的方法,具有成本低、效果好、无二次污染及有用金属可回收利用等优点,展现出广阔的环境矿物学研究与应用前景。并提醒人们要提高土壤质量意识,保护生态环境。 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属,但是它的毒性及某些性质与重金属相似,所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷,还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。 随着全球经济化的迅速发展,含重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降,并可通过食物链危害人类的健康,也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前,世界各国土壤存在不同程度的重金属污染,全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染,如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地;。 南方相对较轻,如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看,到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2,而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等,土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染,改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。 重金属污染原理 重金属,特别是汞、镉、铅、铬等具有显著和生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解,而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。重金属污染的特点是:(1)除被悬浮物带走的外,会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中,成为长期的次生污染源;(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物,导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来;(3)重金属的价态不同,其活性与毒性不同。其形态又随pH和氧化还原条件而转化。(4)在其危害环境方面的特点是:微量浓度即可产生毒性(一般为1~10毫克/升,汞、镉为0.01~0.001毫克/升);在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如洋-甲基汞);可被生物富集,通过食物链进入人体,造成慢性路线。亲硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等)与人体组织某些酶的巯基(-SH)有特别大的亲合力,能抑制酶的活性,亲铁元素(铁、镍)可在人体的肾、脾、肝内累积,抑制精氨酶的活性。六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂,可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶,导致高铁血红蛋白,可能致癌,过量的钒和锰(亲岩元素)则能损害神经系统的机能。 本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手,提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。旨在保护环境,提高土壤的环境质量。 1 土壤中重金属污染物来源与分布

土壤重金属污染现状及其治理方法

论文课题土壤重金属污染现状及其治理方法 小组组长12549025 李思远 小组成员12549026 李康 12549028 王鑫 12549030 吴义超 土壤重金属污染现状及其治理方法随着社会的快速发展,土壤重金属污染日益严重。针对此,涌现了许多修复技术,而生物修复前景广阔,正日益受到重视。 现代工农业等快速发展的同时,土壤重金属污染的形势也越来越严峻。其治理方法很多,而生物修复以其无可比拟的优势正受到关注,应用前景广阔。但生物修复仍存在许多问题待解决,如超积累植物吸收重金属的机理还未研究清楚。所有这些,都阻碍了生物修复的大规模应用。 土壤重金属污染是指土壤中重金属过量累积引起的污染。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As,以及有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni。这类污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解,将导致土壤退化,农作物产量和质量下降,并通过径流、淋失作用污染地表水和地下水。过量重金属将对植物生理功能产生不良影响,使其营养失调。汞、砷能抑制土壤中硝化、氨化细菌活动,阻碍氮素供应。重金属可通过食物链富集并生成毒性更强的甲基化合物,毒害食物链生物,最终在人体内积累,危害人类健康。 1现状 1.1国内

国家环境保护部抽样监测30万公顷基本农田保护区土壤,发现有3.6万公顷土壤重金属超标,超标率达12.1%。 据国土资源部消息,目前全国耕地面积的10%以上已受重金属污染,约有1.5亿亩,污水灌溉污染耕地3250万亩,固体废弃物堆积占地和毁田200万亩,其中多数集中在经济相对发达地区。 据我国农业部调查数据,在全国约140万公顷的污灌区中,受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8%,其中轻度污染46.7%,中度污染9.7%,严重污染8.4%。 华南部分城市50%的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属污染;长三角地区有些城市大片农田受多种重金属污染, 10%的土壤基本丧失生产力。 2005年,长三角等地土壤重金属污染严重的情况,曾见诸报端,并引发舆论普遍关注和争议。土壤污染立法迫在眉睫。 对浙北、浙东和浙中的236.5万公顷农用地调查发现,不适合种农作物的农用地面积为47.2万公顷,占20%;浙北、浙中、浙东沿海三个区域中,属轻度、中度与重度重金属污染的面积分别占38.12%、9.04%、1.61%,城郊传统的蔬菜基地、部分基本农田都受到了较严重的影响。 第九届亚太烟草和健康大会中一项名为《中国销售的香烟:设计、烟度排放与重金属》的研究报告称:13个中国品牌国产香烟中铅、砷、镉等重金属成分含量严重超标,其含量最高超过拿大产香烟3倍以上! 2009年8月,陕西凤翔县发现大量儿童血铅含量严重超标,后确认是附近的陕西东岭冶炼公司的铅排放所导致。 1.2国外 英国早期开采煤炭、铁矿、铜矿遗留下的土壤重金属污染经过300年依然存在。1996到1999年间,英格兰和威尔士尝试挖出污染土壤并移至别处,但并未根本解决问题。从20世纪中叶开始,英国陆续制定相关的污染控制和管理的法律法规,并进行土壤改良剂和场地污染修复研究。 日本的土地重金属污染在上世纪六七十年代非常严重。其经济的快速增长导致了全国各地出现许多严重环境污染事件,被称为四大公害的痛痛病、水俣病、第二水俣病、四日市病,就有三起和重金属污染有关。 荷兰在工业化初期土地污染问题严重。从20世纪80年代中期开始,加强土壤的环境管理,完善了土壤环境管理的法律及相关标准。国土面积4.15万平方

重金属污染风险评价

题目:海洋重金属污染现状及风险评价手段 2016年10月28日

目录 目录 (2) 摘要............................................................................................................................ 错误!未定义书签。Abstract .. (3) 1.引言 (4) 2.重金属来源 (4) 3.海洋重金属污染现状 (5) 4.海洋重金属污染危害 (5) 5.评价方法 (6) 5.1生物监测评价方法 (6) 5.2水质直接评价方法 (6) 5.2.1单项指数法 (6) 5.2.2模糊数学法 (7) 5.3沉积物评价方法 (7) 5.3.1地累积指数法 (7) 5.3.2潜在生态风险指数法 (7) 5.3.3综合污染指数法 (8) 5.3.4内梅罗综合指数法 (8) 5.3.5污染负荷指数法 (8) 5.3.6沉积物富集系数法 (8) 5.3.7次生相与原生相比值法 (9) 5.3.8沉积物质量基准法 (9) 6.研究进展 (9) 7.研究展望 (10) 8.致谢 (11)

海洋重金属污染现状及风险评价手段 摘要:近年来,我国海洋经济发展迅速,海洋环境问题凸显,其中,海洋重金属污染问题已引起各界的高度关注,本文总结了海洋重金属污染的途径、现状及危害,以及国内外关于海洋重金属的风险评价包括的三个方面。一是生物监测的评价方法,二是水质直接评价方法,三是沉积物评价方法。并提出关于海洋重金属风险评价的展望。 关键词:海洋、重金属、风险评价 The Status and Risk Assessment Methods of Heavy Metal Pollution in the Sea Abstract:in recent years, China's rapid development of marine economy, marine environmental problems highlighted, among them, pay close attention to marine heavy metal pollution problem has attracted from all walks of life, this paper summarizes the approaches of marine heavy metal pollution, current situation and harm, including three aspects at home and abroad on Marine heavy metal risk assessment. One is to evaluate the biological monitoring method the two is the direct evaluation method of water quality, sediment is three evaluation methods. And put forward the prospects about marine risk assessment of heavy metals. Key words: marine;heavy metal;risk assessment.

中国耕地土壤重金属污染概况

中国耕地土壤重金属污染概况 摘要:依托收集的耕地土壤重金属污染案例资料,建立了我国138个典型区域的耕地土壤重金属污染数据库,并利用《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)中的二级标准作为评价标准,测算了我国耕地的土壤重金属污染概况。研究表明:(1)我国耕地的土壤重金属污染概率为16.67%左右,据此推断我国耕地重金属污染的面积占耕地总量的1/6左右;(2)耕地土壤重金属污染等别中,尚清洁、清洁、轻污染、中污染、重污染比重分别为68.12%,15.22%,14.49%,1.45%,0.72%;(3)8种土壤重金属元素中,Cd污染概率为25.20%,远超过其他几种土壤重金属元素;此外,也有一些区域发生Ni,Hg,As和Pb土壤污染,但是Zn、Cr和Cu元素发生污染的概率较小;(4)辽宁、河北、江苏、广东、山西、湖南、河南、贵州、陕西、云南、重庆、新疆、四川和广西14个省、市和自治区可能是我国耕地重金属污染的多发区域,特别是辽宁和山西的耕地土壤重金属污染可能尤其严重。 关键词:土壤污染;重金属;耕地;污染概率 过去的50年中,大约有2.2万t的Cr,9.39×105t的Cu,7.89×105t的Pb 和1.35×106t的Zn排放到全球环境中,其中大部分进入土壤,引起了土壤重金属污染。随着我国工业和城市化的不断发展,工业和生活废水排放、污水灌溉、汽车废气排放等造成的土壤重金属污染问题也日益严重。重金属污染不仅能够引起土壤的组成、结构和功能的变化,还能够抑制作物根系生长和光合作用,致使作物减产甚至绝收。更为重要的是,重金属还可能通过食物链迁移到动物、人体内,严重危害动物、

城市土壤重金属污染及治理对策解析

城市土壤重金属污染及治理对策_污染治理 时间:2011-07-10 09:02:25 来源:污染治理作者:秩名 论文导读::城市化的进程加速了城市土壤的重金属污染,对人类的健康及生命造成威胁。文中分析讨论了土壤重金属污染的来源、空间分布特征及其影响人体健康的途径,并从环境化学的角度提出了相应的污染治理的对策以实现城市可持续发展。 论文关键词:城市土壤,重金属污染,污染治理 引言 城市是人类社会经济发展的必然产物。从18世纪以来人口不断向城市集中。如今随着各国工业迅猛增长,社会经济飞速发展,城市的数目和规模均不断扩大[1]。而城市环境是一个以人为中心的城市经济、社会生态的复合生态系统。目前,城市人口剧增,人类活动频繁污染治理,使得组成这个环境的水、空气和土壤时刻处于被污染的状况之下,影响着城市的可持续性发展中国论文网。所以,建设一个绿色健康的城市环境是城市可持续发展的必然方向。 城市土壤是指受多种人为活动的强烈影响,原有继承特性遭到强烈改变的厚度大于或等于50cm的城区或郊区土壤[2],是城市环境的重要组成部分,是城市生态系统地球化学循环的重要环节[3],也是城市赖以存在发展的物质基础。当大量的重金属随着各种各样的人类活动进入城市土壤中,便造成这些元素在土壤中的积累。一般认为,土壤中污染物累积总量达到土壤环境背景值的2或3倍标准差时,说明土壤中该污染元素或化合物含量异常,已属土壤轻度污染;当土壤污染物含量达到或超过土壤环境基准或环境标准时污染治理,说明该污染物的输入、富集的速度和强度已超过土壤环境的净化和缓冲能力,则属重度土壤污染。由于城市人口密集,人类活动频繁,与土壤接触的机率很高,所以城市土壤的重金属污染更容易通过大气、水体或食物链而直接或间接地进入人体,威胁着人类的健康甚至生命。因此,研究城市土壤重金属污染现状并提出相应的治理对策是可持续发展城市所必需进行的重要的基础工作。 1.城市土壤重金属污染的现状 2.1 空间分布特征 由于城市土壤受人类各种活动的强烈影响,因此其重金属污染分布也呈现出 显著的空间差异。一般地,人口聚集的城市中心区域土壤重金属含量明显高于郊区和农田。对纽约市“市区-郊区-农区”土壤研究发现,重金属离子总量、重金属离子多样性等随着距市中心距离的增加而降低,重要污染重金属Pb、Cu、Ni、Cr的含量下降非常明显[4]。 在城市不同的功能区污染治理,重金属分布呈现出一定的规律性。一般的规律表现为:Pb的浓度为老工业区>老居民区>商业区>开发区>其它;Zn的浓度为老居民区>商业区>老工业区>其它;Cu的浓度为老居民区>商业区>其它;Cd的浓度为老工业区>老居民区>其它[5 - 7]中国论文网。 城市公园是人们与土壤直接接触较多的特殊区域。北京城区三十多个公园土壤Pb质量分数调查表明,尽管大多数公园土壤污染程度轻,但客流量大的故宫、颐和园等著名公园污染指数却远远高于其它公园[8]。 城市土壤重金属污染的另一特征是公路两侧一般为城市土壤重金属污染最严重的地带,且呈明显的带状分布[9]。在50 m~80 m内公路两侧土壤中铅污染相当严重,100 m外土壤中的铅含量没有明显增加[10]。 此外,建筑物的建设、垃圾的堆积填埋等严重破坏了自然土壤结构,土壤层次凌乱,重金属在其垂直剖面方向分布变异较大,不同功能区重金属元素在土壤中各层的聚集状况没有规律可循[11,12] 。 2.2城市土壤重金属污染的来源 矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源,其排放的重金属可以气溶胶形式进入到大气,经过干湿沉降进入土壤;另一方面污染治理,含有重金属的工业废渣随意堆放或直接混入土壤,潜在地危害着土壤环境[13]。随着城市化发展,大量污染企业搬出城区,原有的企业污染用地成为城市土壤重金属污染的突出问题[14]。 燃煤释放也是土壤重金属重要来源之一,195年中国燃煤排放汞302.9吨,其中向大气排放量为213.8吨,北京、上海等超大城市排汞强度较高[15]。虽然近些年燃料使用及供暖方式的改变已明显改善这些城市的空气污染状况,但过去燃煤释放并已沉降至城市土壤中的重金属对城市生态系统、环境及人体健康仍会产生长期效应。 随着城市化发展,交通工具的数量急剧增加,汽车轮胎及排放的废气中含有Pb、Zn、Cu等多种重金属元素[16,17],进入周围的土壤环境污染治理,成为土壤重金属污染的主要来源之一。此外,雨水淋洗也会使市区内堆放的垃圾中的重金属以有效态形式[18]渗漏释放到土壤中,使城市土壤局部重金属含量增加中国论文网。而表生条件下以有效态形式存在的金属元素几乎不可能再结合为残渣态,重金属在土壤中迁移能力增加,进而污染地下水。 2.3城市土壤重金属污染影响人体健康的途径 城市郊区是市区蔬菜的主要供应基地。因此,土壤-蔬菜系统是城市人群暴露土壤重金属污染的主要途径之一。目前研究发现中国城郊菜地土壤已受到不

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