安徽省懷寧城區(qū)排污河道底泥重金屬污染特征分布及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

顏浩,李法松，鄧力，石歡，周子為

（安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,安徽安慶246133）

通常，大多數(shù)重金屬污染物通過地表徑流流入河道，受水體吸附、絡(luò)合、絮凝、沉降等作用迅速由液相轉(zhuǎn)化為固相,沉積在底泥中。底泥中的重金屬一方面能夠再通過懸浮作用重新釋放到環(huán)境中,造成二次污染[1-3]；另一方面被底棲生物攝食、細(xì)胞轉(zhuǎn)化等方式富集,從而產(chǎn)生毒害作用，進(jìn)一步影響陸生生物和人類健康[4]。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)河流水體及其底泥重金屬污染做了研究[5-8]，普遍認(rèn)為重金屬的污染特征能反映水體重金屬污染狀況和污染來源及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等信息[9-10]。而城市河道承載著經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)以及周邊居民等污水排放，往往出現(xiàn)黑臭、水體富營(yíng)養(yǎng)化、水質(zhì)超標(biāo)等問題[11]。加強(qiáng)河道整治是建設(shè)生態(tài)城市的關(guān)鍵所在，而熟練掌握河道底泥中重金屬含量現(xiàn)狀并進(jìn)行正確評(píng)價(jià)是治理的首要前提[12]。

目前，我國(guó)在河湖底泥污染控制上還未明確相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此,本文通過分析安慶懷寧河流Y及河流Q底泥中錳、鉻、鎳、銅、砷、鎘、汞、鉛、鋅9種重金屬含量，并對(duì)其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以更好地掌握安慶懷寧城市河道底泥污染現(xiàn)狀，為底泥疏浚等治理措施提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐具有十分重要的意義[13-14]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

本文研究的河流Y及河流Q均坐落于懷寧縣城內(nèi)，從開發(fā)區(qū)自北向南穿過城區(qū)，沿途經(jīng)過5個(gè)社區(qū)，9個(gè)村委會(huì)，兩岸企業(yè)排放的工業(yè)廢水和生活污水是兩條河道的主要污染源。

1.2 研究方法

1.2.1 河道底泥布點(diǎn)采樣

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，河流Y及河流Q河道均穿越縣城城區(qū)，兩岸分布商業(yè)區(qū)、居民區(qū)及農(nóng)田，水面寬度均小于50 m，在每個(gè)采樣斷面設(shè)置1處采樣點(diǎn)，兩條河道分別布設(shè)5個(gè)采樣斷面，具體采樣點(diǎn)如圖1所示，具體坐標(biāo)見表1。采樣時(shí)間為2019年7月，按照HJ/T 166-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》采用彼得遜采泥器采集樣品，深度為0～50 cm，每個(gè)采樣點(diǎn)采集底泥1 000～2 000 g，裝入聚乙烯樣品袋內(nèi)，混合均勻后封存。樣品采集后，立即送回實(shí)驗(yàn)室，置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，剔除礫石顆粒和垃圾等雜質(zhì)，然后用石英研缽研磨，過100目篩后，放入干燥器中密封低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

圖1 河流Y及河流Q采樣點(diǎn)位置示意圖Fig.1 Sampling sites in River Y and River Q

表1 采樣點(diǎn)經(jīng)緯度表Tab.1 Latitude and longitude of sampling sites

1.2.2 樣品處理分析

底泥樣品分析錳、鉻、鎳、銅、砷、鎘、汞、鉛、鋅9種重金屬，其中錳采取電感耦合等離子發(fā)射光譜法；鉻常壓消解后采用電感耦合等離子體光譜發(fā)射法；砷、汞常壓消解后采用原子熒光分光光度法；鎳、銅、鎘、鉛、鋅元素常壓消解后采用原子吸收分光光度法。

1.2.3 重金屬污染評(píng)價(jià)方法

河道底泥重金屬污染的評(píng)價(jià)方法有很多，本文以安徽土壤背景值作為參比值[15-16]，運(yùn)用1980年瑞典學(xué)者Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法(Risk Index,RI)[17]及危害程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2）評(píng)價(jià)河流Y和河流Q底泥中9種重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中RI為生態(tài)危害指數(shù)，反映了某一點(diǎn)多種污染物潛在生態(tài)危害系數(shù)的綜合值，RI的計(jì)算公式如下：

式中：Ei為某種重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù)，根據(jù)Ei大小，將重金屬污染程度從低到高分為5級(jí)，用來描述其污染程度，重金屬i的生物毒性影響系數(shù)用Ti表示，測(cè)定值為，參比值為。不同重金屬參比值和生物毒性影響系數(shù)見表3。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析評(píng)價(jià)

2.1 底泥中重金屬含量狀況

對(duì)河流Y及河流Q 10個(gè)采樣點(diǎn)位9種重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，可知土壤pH介于6.5～7.5之間，并對(duì)比《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，具體結(jié)果見表4、表5。

2.2 數(shù)據(jù)分析評(píng)估

由表4可知，河流Y及河流Q 5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位底泥中重金屬分布不均，且范圍波動(dòng)很大，這說明不同點(diǎn)位受污染來源不同，可能受到較大的人工干預(yù)。其中河流Y底泥中錳含量在2.27～18.5 g/kg，最低點(diǎn)位濃度也遠(yuǎn)高于安徽省土壤重金屬環(huán)境背景值（錳：0.53 g/kg)，說明存在錳元素污染來源。鉻含量在36.60～102.63 mg/kg，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）詳見表5(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn))可知，底泥中鉻含量低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，說明河流Y受鉻污染相對(duì)較小。鎳含量在43.34～186.66 mg/kg，最高點(diǎn)濃度超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.86倍。銅含量在11.48～133.06 mg/kg，最高點(diǎn)濃度超過銅的風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.33倍。鉛含量在96.73～918.27 mg/kg，最大濃度超過風(fēng)險(xiǎn)管控值，說明該點(diǎn)受鉛污染非常嚴(yán)重。鋅含量在134.01～337.12 mg/kg，超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值，個(gè)別點(diǎn)位存在鋅污染。汞最高濃度為0.074 2 mg/kg，小于風(fēng)險(xiǎn)篩選值。砷和鎘5個(gè)點(diǎn)位均未檢出，說明河流Y未受到砷、鎘污染。

河流Q底泥中錳含量在4.84～13.9 g/kg，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于安徽省土壤背景值，可知河流Q也同樣存在錳元素的其他污染源。鉻含量55.13～153.77 mg/kg，小于鉻的風(fēng)險(xiǎn)篩選值200 mg/kg。鎳含量濃度最高為344.75 mg/kg，超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值2.44倍。銅含量在33.93～107.33 mg/kg，也超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值。鉛含量最高為98.94 mg/kg。鋅含量在184.24～249.74 mg/kg，均小于風(fēng)險(xiǎn)篩選值。砷和鎘在5個(gè)點(diǎn)位也均未檢出。

表2 潛在生態(tài)危害指數(shù)和危害程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Hazardous levels depending on potential ecological risk coefficient and potential ecological risk index

表3 重金屬參比值和生物毒性影響系數(shù)表Tab.3 Heavy metal ratio and biotoxicity effect coefficient

表3 重金屬參比值和生物毒性影響系數(shù)表Tab.3 Heavy metal ratio and biotoxicity effect coefficient

?

表4 河流Y及河流Q底泥中重金屬含量 單位：mg/kgTab.4 Heavy metal content in sediment of river Y and river Q mg/kg

表5 河流Y與河流Q底泥土壤環(huán)境質(zhì)量級(jí)別 單位：mg/kg（6.5＜pH≤7.5）Tab.5 Environmental quality grade of sediment soil in riverY and river Q mg/kg（6.5＜pH≦7.5）

依據(jù)表5可以看出，Y河流分別有鎳、銅、鉛、鋅4種重金屬超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值，其中點(diǎn)位5鉛元素還超過風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)。Q河流鎳、銅元素超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但是鉛元素并未超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值，說明懷寧城區(qū)河道底泥中鉛元素本底值含量并不高，Y河流個(gè)別點(diǎn)位存在外來人為污染。

2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)

因?yàn)楹恿鱕及河流Q各點(diǎn)位重金屬砷和鎘均未被檢出，所以我們選擇對(duì)剩下的7種重金屬進(jìn)行潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)。具體Ei和RI值見表6，評(píng)價(jià)情況見表7。

從表7可以看出，河流Y中主要潛在風(fēng)險(xiǎn)是鉛和汞，鉛在5號(hào)點(diǎn)位的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)層次為很強(qiáng)，2號(hào)點(diǎn)位為強(qiáng)，剩下3個(gè)點(diǎn)位為輕微。汞濃度在2號(hào)點(diǎn)位與3號(hào)點(diǎn)位屬于強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，1號(hào)點(diǎn)位生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為中等，剩余2個(gè)點(diǎn)位未檢出汞含量。剩下的5種重金屬元素對(duì)河流Y生態(tài)影響層次為輕微。

表6 河道底泥重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)Tab.6 Evaluation of potential ecological hazard index of heavy metals in river sediment

表7 重金屬底泥生態(tài)危害程度評(píng)價(jià)Tab.7 Evaluation of ecological damage degree of heavy metal sediment

河流Q中主要潛在風(fēng)險(xiǎn)是汞和鎳，1號(hào)點(diǎn)位汞的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度是很強(qiáng)，3號(hào)點(diǎn)位為中等，其余3個(gè)點(diǎn)位未檢測(cè)出汞含量。鎳在點(diǎn)位3與點(diǎn)位5的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等，點(diǎn)位1與點(diǎn)位4生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)層次為輕微，2號(hào)點(diǎn)位未檢測(cè)出鎳含量。剩下的5種元素對(duì)河流Q生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為輕微。結(jié)合表2與表7，從7種金屬加合的潛在生態(tài)危害程度分析，強(qiáng)及強(qiáng)以上程度的點(diǎn)位兩條河流都沒有，中等的河流Y有3個(gè)點(diǎn)位，河流Q有2個(gè)，剩下的點(diǎn)位生態(tài)危害程度都為輕微。由懷寧地域特征分析，其采礦業(yè)發(fā)達(dá)，安慶銅礦、月山銅礦等礦區(qū)[20]分布周圍。根據(jù)YANG等[21]對(duì)重金屬來源解析的研究結(jié)果表明，汞的污染主要來自煤炭燃燒及工業(yè)活動(dòng)。張光貴[22]對(duì)洞庭湖的重金屬來源分析表明，鉛主要與生活污水排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)。

3 結(jié)論

（1）河流Y及河流Q存在不同程度的重金屬污染，河流Y重金屬污染程度略高于河流Q，兩條河道重金屬含量分布不均，說明受到不同污染源的影響。

（2）河流Y底泥中重金屬含量鉛濃度最高，汞次之。2號(hào)點(diǎn)位鉛、汞污染較嚴(yán)重，結(jié)合采樣點(diǎn)可知該點(diǎn)位于河流Y的源頭區(qū)域，說明污染可能來自開發(fā)區(qū)工業(yè)排放。河流Q中汞濃度最高點(diǎn)在1號(hào)點(diǎn)位，其次為鎳，可能與煤炭燃燒及工業(yè)廢水流入有關(guān)。

（3）河流Y及河流Q底泥中未檢測(cè)出砷和鎘，說明兩條河流均未受到砷和鎘污染。

（4）根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)，河流Y底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)殂U＞汞＞鎳＞錳＞銅＞鋅＞鉻，河流Q為汞＞鎳＞銅＞錳＞鉛＞鉻＞鋅，河流Y點(diǎn)位中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)層次在中等及以上危害程度的占60%，河流Q占20%?？偟膩碚f，河流Y及河流Q存在一定程度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但程度較低。