城市污染河涌沉積物中重金屬化學(xué)形態(tài)分析及生物毒性評價(jià)

宋憲強(qiáng)，梁釗雄

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院環(huán)境與土木建筑學(xué)院，廣東佛山528000)

河涌沉積物中的重金屬具有極強(qiáng)的富集和潛在毒害作用，作為一種持久性污染物，被認(rèn)為是對水質(zhì)及底棲生物有潛在影響的次生污染源，因此重金屬的化學(xué)活性和生物可利用性已經(jīng)成為重要的研究課題［1－3］。重金屬對環(huán)境的危害除與其總量有關(guān)外，更大程度上取決于其在環(huán)境介質(zhì)中的賦存形態(tài)［4－5］。該研究選擇欖核河沉積物為研究對象，分析其中重金屬元素(Cu、Zn、Pb和Cr)形態(tài)分布特征并進(jìn)行生物毒性評價(jià)，以期為污染河涌沉積物的治理及無害化、資源化應(yīng)用提供借鑒、參考。

1 材料與方法

1．1 沉積物樣品的采集 欖核河屬廣州市南沙區(qū)欖核鎮(zhèn)，河流自上游至下游呈樹枝狀分布，近年來水體受到污染，沉積物出現(xiàn)一定程度的累積。

從欖核大橋向磨碟頭水閘方向每間隔100 m設(shè)一取樣斷面(共10個斷面，分別標(biāo)識LH1～LH10，圖1)進(jìn)行布點(diǎn)采樣。采集表層沉積物裝入聚乙烯塑料袋，趕盡空氣后密封帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存，盡快完成樣品各指標(biāo)的測定分析。

1．2 測定方法 樣品采用HCl-HNO3-HClO4進(jìn)行消解，而后采用原子吸收分光光度計(jì)測定消解液中重金屬的含量。各重金屬元素的形態(tài)分布采用Tessier建立的五步連續(xù)萃取法分析，提取次序依次為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、硫化物與有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)［6］。

1．3 生物毒性評價(jià)方法 該文使用已被我國部分學(xué)者［7－8］采納、由Long E R［9］提出的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法(Sediment Quality Guidelines，SQGs)來評價(jià)欖核河沉積物中重金屬的毒性效應(yīng)。該法可以快速預(yù)測污染沉積物的生物毒性，以鑒別出需要引起關(guān)注的水體沉積物區(qū)域［7］。近年來，部分國家和地區(qū)已經(jīng)制定了適合于各自國或地區(qū)的水體沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)［10－11］。該法將各重金屬的濃度與相應(yīng)的生物毒性效應(yīng)閾值ERL(Effects Range Low)和ERM(Effects Range Median)比較，若其結(jié)果高于ERM值，表明沉積物受到嚴(yán)重污染，并呈現(xiàn)嚴(yán)重生物毒性效應(yīng);若其結(jié)果低于ERL值，表明沉積物未污染或輕度污染，基本無生物毒性效應(yīng);而其值介于ERL與ERM之間時，沉積物屬于中等污染水平。該基準(zhǔn)的ERL和ERM臨界值水平見表1。

表1 ERL和ERM重金屬基準(zhǔn)值 mg/kg

2 結(jié)果與分析

2．1 沉積物中重金屬總量分析 圖2表明欖核河沉積物中各重金屬元素的含量均較高。從單一重金屬含量情況看，Zn元素含量均值為2 278．57 mg/kg，明顯高于其他3種金屬。從各斷面的污染情況看，Cu、Pb和Cr以LH8斷面為最高含量點(diǎn)，可能與該斷面位于欖核河與淺海涌的交匯口有關(guān)。

2．2 沉積物中重金屬形態(tài)分析 以各重金屬5種形態(tài)的總和作為100%計(jì)算各形態(tài)在其中的百分比，得到形態(tài)分布圖(圖3)。從整體形態(tài)分布上看，研究河段沉積物中各重金屬元素主要以鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等形式存在，可交換態(tài)及碳酸鹽態(tài)含量較少。從單一元素上分析，Cu元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，各采樣點(diǎn)含量變化范圍為37．97% ～48．54%，非殘?jiān)鼞B(tài)以鐵錳氧化態(tài)和有機(jī)態(tài)為主，平均含量分別為27.85%和23．02%;Zn元素非殘?jiān)鼞B(tài)百分含量在4種元素中最高，占57．41%，結(jié)合各斷面Zn元素總含量最大的情況，說明Zn元素活動性強(qiáng)，在外部環(huán)境條件發(fā)生變化時，容易被重新釋放到水中造成水體的二次污染，是必須引起重視的元素;Pb元素和Cr元素各形態(tài)百分比分布與Cu元素相似，但Cr元素碳酸鹽態(tài)百分含量有所上升，所占的百分比為5．33%。

2．3 沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法(SQGs)評價(jià) 根據(jù)SQGs基準(zhǔn)中的ERL和ERM臨界值水平，將欖核河沉積物各采樣點(diǎn)重金屬元素含量與相應(yīng)的ERL和ERM值進(jìn)行比較，其結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯芯亢佣胃鲾嗝娉练e物中重金屬Cu、Zn、Pb和Cr的濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過ERL值和ERM值水平，其平均含量分別為 ERM 值的4．93、5．56、4．22 和 2．54 倍，說明這 4種金屬均對沉積物構(gòu)成嚴(yán)重污染，可能會對底棲生物產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，導(dǎo)致不利生物效應(yīng)頻繁發(fā)生，因此應(yīng)對這4種金屬做好防控措施，以減少其對水生生態(tài)系統(tǒng)的毒害作用。

3 結(jié)論

(1)欖核河沉積物中各重金屬元素含量均較高，且Zn元素均值含量明顯高于其他3種金屬。

(2)欖核河沉積物中各重金屬元素主要以鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等形式存在，而非殘?jiān)鼞B(tài)，以Zn元素含量最高。

(3)SQGs法評價(jià)表明，欖核河沉積物中4種重金屬元素濃度均超過ERM水平，可能會對底棲生物產(chǎn)生潛在毒性，應(yīng)加強(qiáng)防控。

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