派河干流表層沉積物重金屬分布特征及潛在生態(tài)風(fēng)險評價

夏兆昌， 張金流， 匡 武， 王 蕾， 蔡敬民

(1.合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601;2.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院 安徽省污水處理技術(shù)研究重點實驗室，安徽 合肥 230022)

近年來，隨著巢湖流域城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速發(fā)展，大量的生活污水和工業(yè)廢水排進了巢湖，巢湖水質(zhì)日漸下降，出現(xiàn)湖泊富營養(yǎng)化、流域水土流失、湖泊淤積、水體污染、重金屬污染等諸多環(huán)境問題。根據(jù)國家環(huán)保部在2004年公布的數(shù)據(jù)，入湖河流中的南淝河(含店埠河)、杭埠一豐樂河、派河等河流是污染最為嚴重的支流，造成巢湖西半湖的污染程度明顯高于東半湖[1-2]。派河是巢湖流域西半湖主要入湖支流之一，是安徽省規(guī)劃建設(shè)中“引江濟淮”工程主要輸水線路，根據(jù)《合肥市水功能區(qū)劃》(2013年8月14日合肥市人民政府批準(zhǔn)實施)，劃為調(diào)水水源保護區(qū)，派河的水質(zhì)狀況對巢湖水質(zhì)安全和“引江濟淮”工程有重要意義。目前，關(guān)于巢湖流域的主要研究工作集中于巢湖的富營養(yǎng)化，而巢湖沉積物中的重金屬污染研究相對較少，其中，派河底泥的沉積物重金屬污染還未見相關(guān)報道。以派河干流表層沉積物為對象，于枯水期利用戶外助手軟件GPS定位在派河干流上游至入湖口設(shè)置十個采樣點, 土樣消解采用HNO3-HF-HClO4分解法，Hg、As利用普析原子熒光光度計(型號 PF5)檢測，Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb利用固體原子吸收光譜儀(型號 ZEEnit 700P)檢測。運用Origin 軟件制圖分析重金屬總量分布，運用潛在生態(tài)危害系數(shù)法對重金屬進行生態(tài)風(fēng)險評價研究Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb、Hg、As 8種重金屬總量分布，并在此基礎(chǔ)上對沉積物中的重金屬進行生態(tài)風(fēng)險評價，指出主要污染物,以期為派河底泥重金屬污染以及巢湖的治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

派河是巢湖流域西半湖主要入湖支流之一，位于東經(jīng)116.9°～117.3°、北緯31.62°～31.93°之間，發(fā)源于肥西縣中部江淮分水嶺，從西北到東南依次流經(jīng)城西橋、上派、中派、下派，最后流入巢湖。集水區(qū)面積584.6 km2，總長度48.9 km，流域年降水量800～1 200 mm，屬于雨源型河流[3]，上派至湖口常年通航，是巢湖主要的污染負荷來源之一。

1.2 樣品采集及處理

于枯水期，利用戶外助手軟件GPS定位在派河干流上游至入湖口設(shè)置10個采樣點，采樣點經(jīng)緯度(表1)和編號(圖1)，并用底泥采樣器采集表層沉積物0～10 cm樣品1～2 kg，采樣量不足時，可以在四周采集混勻代替，沉積物去除雜草、黃沙等后用聚乙烯自封袋密封于4 ℃環(huán)境下冷凍保存，風(fēng)干后用瑪瑙研磨缽研磨并過200目尼龍篩，裝入樣品袋封口備用。

表1 派河干流采樣點經(jīng)緯度

1、2號點位于派河上游高新區(qū)，附近有紫蓬山風(fēng)景區(qū)，污染來源主要是紫蓬山腳下的眾多農(nóng)家樂污水、周邊農(nóng)村的生活污水、養(yǎng)殖廢水及高新區(qū)工業(yè)園的工業(yè)廢水；3、4號點位經(jīng)過肥西縣城，污染來源主要是城鎮(zhèn)生活廢水；5號點位于化肥廠旁邊，污染源主要是周邊的工業(yè)廢水；6、7、8號點位于派河中下游包河區(qū)，周邊建設(shè)有潭沖河濕地公園、蓮花公園、牛角大圩等風(fēng)景區(qū)，9、10號點位于派河下游和入湖口，周邊建設(shè)有萬達茂和岸上草原等旅游景點。派河下游污染源主要是城鎮(zhèn)生活廢水及游客攜帶垃圾等。

圖1 派河干流采樣點位分布圖

1.3 方法

1.3.1 重金屬分析方法 土樣消解采用HNO3-HF-HClO4分解法[4]，Hg、As利用普析原子熒光光度計(型號 PF5)檢測，Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb利用固體原子吸收光譜儀(型號 ZEEnit 700P)檢測。數(shù)據(jù)處理采用Origin 9.1進行分析。

1.3.2 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價方法 為了綜合反映派河底泥重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險，采用“潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法”評價派河表層沉積物[5],能定量的給出不同重金屬的毒性大小，綜合考慮重金屬含量的地域性差異[6]。方法如下：

Ti、Ci、C0分別是第i個金屬的毒性系數(shù)、實測值、參比值，Hakanso提出的重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)中，Hg、As、Pb、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn的值分別是40、10、5、30、5、2、5、1。參比值參照“安徽省江淮流域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”項目中的背景值，Hg、As、Pb、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn的背景值分別是0.041、9.40、25.9、0.104、25.0、69.4、24.9、53.2 mg/kg。Ei是單種金屬的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，RI是某一點位不同重金屬的潛在危害指數(shù)。根據(jù)Ei、RI值的大小，將潛在生態(tài)風(fēng)險評價分為五個等級(表2)。

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險分級

2 結(jié)果與分析

2.1 表層沉積物重金屬分布特征

表層沉積物含量分布具有空間差異性，其中Pb、Cr、Zn的空間差異性較大(表3、圖2)。Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb、Hg、As的基準(zhǔn)值和背景值參照“安徽省江淮流域生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”項目[7]，8種元素中，Hg、Pb、Cd、Cu、Zn均不同程度地超過基準(zhǔn)值，存在不同程度的污染，這可能是因為派河上游的紫蓬山風(fēng)景區(qū)映射的很多農(nóng)家樂中，大量生活污水未達標(biāo)排放；途徑經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，工廠林立，城鎮(zhèn)直排貢獻率較高[8],Hg與Cd的污染程度較為嚴重，其中Cd含量遠遠超出基準(zhǔn)值，這可能是因為我國目前沒有明確的湖泊底泥沉積物重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)以及土壤基準(zhǔn)值與沉積物基準(zhǔn)值有較大差距有關(guān)。對比流經(jīng)開發(fā)區(qū)前后點位重金屬含量的差異，可見Hg、Pb、Ni含量有增加趨勢，其中Pb含量增加趨勢較為明顯。對比派河干流上下游底泥重金屬含量，發(fā)現(xiàn)Pb有明顯增加趨勢，其余7種重金屬無隨著水流含量累積增加現(xiàn)象。

表3 派河干流沉積物重金屬含量分布特征

圖2 派河干流底泥重金屬含量

2.2 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價

派河干流表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價(表4)，8種金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)排序為Cd>Hg>Pb>Cu>Ni>Zn>As>Cr,Cd是主要貢獻因子。從單種金屬風(fēng)險指數(shù)(Ei)的評價結(jié)果來看，As、Cr、Ni、Zn、Cu、Pb屬于輕微等級污染，Hg、Cd屬于極強等級污染；從綜合潛在風(fēng)險指數(shù)(RI)的評價結(jié)果來看，各點位均屬于極強等級污染，因為各點位的Hg與Cd的貢獻值巨大，其中，Hg的貢獻率為11.89%，Cd的貢獻率達到87.42%。雖然Cd存在土壤基準(zhǔn)值與沉積物基準(zhǔn)值有較大差距的原因，但是結(jié)果仍然具有很強的指示意義。相關(guān)研究表明，巢湖流域的Cd和Hg污染相對嚴重[9]，派河則是巢湖Cd和Hg污染的主要輸送支流之一。因此，在對派河流域重金屬污染進行治理時，應(yīng)主抓Cd和Hg污染，降低派河以及巢湖Cd和Hg的生態(tài)風(fēng)險。

表4 派河干流重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果

3 結(jié)論與討論

派河干流表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)排序為Cd>Hg>Pb>Cu>Ni>Zn>As>Cr。從單種金屬風(fēng)險指數(shù)(Ei)的評價結(jié)果來看，As、Cr、Ni、Zn、Cu、Pb屬于輕微等級污染，Hg、Cd屬于極強等級污染；從綜合潛在風(fēng)險指數(shù)(RI)的評價結(jié)果來看，各點位均屬于極強等級污染，其中，Hg的貢獻率為11.89%，Cd的貢獻率達到87.42%。

Hg、Pb、Ni含量在流經(jīng)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)后有增長趨勢，其中Pb含量增加趨勢較為明顯；Pb有隨著派河流向累積的趨勢，其余其中重金屬則無此明顯趨勢。

派河是巢湖Cd和Hg污染的主要輸送支流之一。因此，在對派河流域重金屬污染進行治理時，應(yīng)主抓Cd和Hg污染，降低派河以及巢湖Cd和Hg的生態(tài)風(fēng)險。