模拟水体沉积物重金属形态分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟水体沉积物重金属形态分布的方法，属于沉积物重金属污染评估方法领域。本发明专利技术考虑了重金属离子对氧化还原条件的敏感性，通过现场监测和室内分析，获取湖库沉积物

【技术实现步骤摘要】
模拟水体沉积物重金属形态分布的方法


[0001]本专利技术属沉积物重金属污染评估领域，更具体地说，涉及一种模拟水体沉积物重金属形态分布的方法，是一种考虑了氧化还原电位对沉积物中重金属化学平衡影响的模型计算方法。

技术介绍

[0002]重金属被视为湖泊和水库沉积物中最主要的污染源之一，其毒性和迁移性与化学形态密切相关，影响重金属化学形态的环境因素较多，如温度、pH值、氧化还原电位、溶解性有机质、硫含量等，这些因素相互影响、相互联系。其中氧化还原电位是多种还原物与氧化物化学反应的综合体现，以电位数值大小与正负反映沉积物所处的氧化还原状态，也是影响重金属生物有效性和移动性的关键因素。重金属元素大多是氧化还原敏感元素，其迁移与转化过程是动态可逆的，随着氧化还原条件变化而改变。现有技术方法中，大多通过室内实验设置不同温度梯度或pH梯度，研究温度和pH值变化对沉积物中重金属结合形态的影响，并未考虑野外沉积物
‑
水界面处氧化还原条件的动态变化，难以真实反映湖库沉积物重金属迁移转化过程。尽管以往文献有关于氧化还原电位变化对沉积物重金属形态的评价方法，但不同重金属离子以及不同浓度条件下，氧化还原电位对重金属形态分布的影响并不完全相同，变化规律不能完全套用。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种模拟水体沉积物重金属形态分布的方法，该方法可以有效预测湖库沉积物重金属离子的化学结合形态，为湖库沉积物重金属释放风险评价和水体重金属污染治理提供依据。
[0004]技术方案：本专利技术的一种模拟湖库沉积物重金属形态分布的方法，包括以下步骤：
[0005]S1：对湖库采样点沉积物
‑
水界面处温度、pH值和氧化还原电位进行多次测定；
[0006]S2：对所述采样点沉积物进行采集得到沉积物柱状样品，并将所述沉积物柱状样品保存于与所述采样点沉积物
‑
水界面处相同温度且避光环境中；
[0007]S3：测定所述沉积物柱状样品双模式DGT重金属离子和硫离子浓度，DGT为薄膜扩散梯度技术；
[0008]S4：测定所述沉积物间隙水溶解性有机碳及其他常规离子浓度，分级提取所述沉积物有机质中富里酸和腐殖酸，并计算富里酸在溶解性有机质中占比；
[0009]S5：利用Visual MINTEQ 3.1软件构建沉积物重金属形态分布预测模型，输入参数包括：沉积物
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水界面温度、pH值、重金属离子、硫离子、溶解性有机碳、常规离子浓度，其中温度和pH值为多次数据的平均值。Visual MINTEQ 3.1软件是由瑞典皇家理工学院Jon Petter Gustafsson教授开发的免费形态分布计算软件，官方下载地址为https://vminteq.lwr.kth.se/download/。
[0010]S6：通过设定不同氧化还原电位，利用构建好的沉积物重金属形态分布预测模型，
模拟沉积物重金属各形态占比的变化规律。
[0011]在一些实施例中，步骤S3包括：
[0012]S31、将完成充氮去氧处理的双模式DGT放置于沉积物
‑
水界面处，保证DGT暴露窗口与沉积物紧密接触；
[0013]S32、取出双模式DGT固定膜并用去离子水冲洗，待滤纸擦干固定膜表面后，利用电脑密度成像计量技术测定硫离子浓度；
[0014]S33、将固定膜放置于硝酸溶液中室温提取一段时间，取出固定膜，得到提取液一，采用电感耦合等离子体质谱测定提取液一中重金属浓度；然后用纯水冲洗膜上残留的硝酸溶液，再将洗净的固定膜置于等体积的氢氧化钠和过氧化氢溶液中，在4℃条件下提取一段时间，得到提取液二，采用电感耦合等离子体质谱测定提取液一和提取液二中重金属浓度；
[0015]S34、根据提取液中重金属浓度，换算出双模式DGT重金属离子浓度，公式如下：
[0016]C
DGT
＝MΔg/DAt
[0017]M＝C
e
(V
e
+V
g
)/f
e
[0018]其中，M为固定膜中重金属累积量，Δg为扩散层厚度，D为重金属在DGT扩散层中扩散系数，A为固定膜面积，t为双模式DGT放置时间，C
e
为提取液重金属浓度，V
e
为提取液体积，V
g
为固定膜体积，f
e
为重金属提取率。
[0019]进一步地，步骤S33中，提取液一用于测定铁、镉、钴、铜、锰、镍、铅、锌离子浓度；提取液二用于砷、铬、钼、锑、硒、钒、钨离子浓度。
[0020]在一些实施例中，步骤S4包括：
[0021]S41、取表层沉积物离心后的上清液，过滤后测定沉积物间隙水中溶解性有机碳及其他常规离子浓度，常规离子包括但不限于钠、钾、氯、硝酸根等离子；
[0022]S42、取表层沉积物离心后的下层沉淀，冷冻干燥后研磨并过筛，向过筛沉积物中加入体积比为1:1的焦磷酸钠和氢氧化钠提取液，然后恒温水浴振荡24小时，室温静置后离心，取上清液过滤膜；
[0023]S43、利用盐酸将滤液pH值调至1～2，然后恒温水浴振荡1小时，静置后离心，取上层清液和下层沉淀分别测定富里酸、腐殖酸浓度，并计算富里酸在溶解性有机质中占比，溶解性有机质浓度为富里酸和腐殖酸浓度之和。
[0024]进一步地，构建沉积物重金属形态分布预测模型的具体方法为：在Visual MINTEQ 3.1软件中输入参数，其中溶解性有机碳浓度输入时选择DOC(NICA
‑
Donnan)，根据非理想竞争性吸附NICA
‑
Donnan模型计算其形态转化，并进行富里酸和腐殖酸参数输入，然后进行重金属氧化还原电对的设置，实现形态分布预测模型的构建。
[0025]进一步地，所述重金属氧化还原电对设置，根据输入参数中重金属离子类别，选择需要模拟的氧化还原电对。
[0026]进一步地，步骤S6中设定不同氧化还原电位的具体方法为：根据沉积物
‑
水界面处氧化还原电位的测定数据，选定氧化还原电位的变化范围，然后将氧化还原电位设定为单一变量，并输入氧化还原电位的初始值及等差增量。
[0027]进一步地，所述方法适用于湖库沉积物受外力扰动较小时，模拟不同氧化还原条件下重金属形态分布。
[0028]上述的一种模拟湖库沉积物重金属形态分布的方法在沉积物重金属污染评估领
域的应用。
[0029]优选地，所述步骤S3中双模式DGT主要滤膜、扩散膜和固定膜三部分组成，放置时间不少于24小时。
[0030]优选地，所述步骤S4中恒温水浴振荡的温度均设定为60℃。
[0031]优选地，所述步骤S4中滤膜为0.45μm玻璃纤维滤膜。
[0032]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：本专利技术考虑了重金属离子对氧化还原条件的敏感性，通过现场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟水体沉积物重金属形态分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对水体采样点的沉积物
‑
水界面处温度、pH值和氧化还原电位进行测定；S2：在采样点处采集沉积物得到沉积物柱状样品，并避光保存；S3：测定样品的双模式DGT重金属离子和硫离子浓度，DGT为薄膜扩散梯度技术；S4：测定样品的间隙水溶解性有机碳及其他常规离子浓度，分级提取样品的有机质中富里酸和腐殖酸，并计算富里酸在溶解性有机质中占比；S5：利用Visual MINTEQ软件构建沉积物重金属形态分布预测模型，输入参数包括：沉积物
‑
水界面温度、pH值、重金属离子、硫离子、溶解性有机碳、常规离子浓度，其中温度和pH值为多次数据的平均值。S6：通过设定不同氧化还原电位，利用构建好的沉积物重金属形态分布预测模型，模拟沉积物重金属各形态占比的变化规律。2.根据权利要求1所述的模拟水体沉积物重金属形态分布的方法，其特征在于，步骤S3包括：S31、将完成充氮去氧处理的双模式DGT放置于沉积物
‑
水界面处，保证DGT暴露窗口与沉积物紧密接触；S32、取出双模式DGT固定膜并用去离子水冲洗，待滤纸擦干固定膜表面后，利用电脑密度成像计量技术测定硫离子浓度；S33、将固定膜放置于硝酸溶液中室温提取一段时间后，取出固定膜，得到提取液一，采用电感耦合等离子体质谱测定提取液一中重金属浓度；然后用纯水冲洗膜上残留的硝酸溶液，再将洗净的固定膜置于等体积的氢氧化钠和过氧化氢溶液中，在4℃条件下提取一段时间后，得到提取液二，采用电感耦合等离子体质谱测定提取液一和提取液二中重金属浓度；S34、根据提取液中重金属浓度，换算出双模式DGT重金属离子浓度C
DGT
，其公式如下：C
DGT
＝MΔg/DAtM＝C
e
(V
e
+V
g
)/f
e
其中，M为固定膜中重金属累积量，Δg为扩散层厚度，D为重金属在DGT扩散层中扩散系数，A为固定膜面积，t为双模式DGT放置时间，C
e
为提取液重金属浓度，V
e

【专利技术属性】
技术研发人员：朱雅，李一平，陈宇，魏尧，王璨，潘泓哲，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：