涓水下游某地沉積物的重金屬污染評價

徐 良，陳新躍，魏 薇

（湖南科技大學資源環(huán)境與安全工程學院，湖南 湘潭 411201）

涓水是湘江的一級支流，在湘潭縣境內流程57 km，流經湘潭縣7 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是湘潭縣的主要飲用水源。重金屬污染因具有危害大、持續(xù)時間長、難治理等特點而備受關注[1-2]。目前，已有許多針對湘江干流沉積物重金屬污染的研究[3-6]，卻少有針對支流沉積物重金屬污染的研究。筆者研究分析了涓水下游涓水二橋附近沉積物中的重金屬污染情況，并運用地累積指數法和潛在生態(tài)危害指數法對其進行評價，以期為涓水流域重金屬污染防治提供依據，保障涓水下游居民的飲水安全。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及處理

在涓水下游涓水二橋附近坐標為112°54'46″E，27°46'44″N 的地點進行采樣。樣品厚度為80 cm，從上到下每10 cm 為一個樣品，共得到8 個樣品。

將得到的樣品封存于聚乙烯封口袋內帶回實驗室。樣品自然風干，同時去除動植物殘骸、石塊等異物，混勻后進行研磨，過200 目篩。將過篩后的樣品送至湖南省地質調查院測試中心，使用iCAPQ 型電感耦合等離子質譜分析儀和BAF-2000 型原子熒光光譜聯(lián)用儀測定樣品中的Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 等重金屬含量。

1.2 重金屬污染評價方法

1.2.1 地累積指數法 地累積指數又稱Muller 指數，是20 世紀德國科學家Muller[7]提出的一種用于研究沉積物中重金屬污染程度的定量指標。地累積指數表達式見公式（1）。

其中，Cn為沉積物樣品中某元素n 的實測質量比（mg/kg）；Bn為沉積物中元素n 的地球化學背景值；1.5 是常數，是考慮到各地巖石差異可能影響背景值變動而取的系數。由公式（1）可知，背景值的選取對結果的影響十分重要。因此，采用湘江長株潭段底泥重金屬濃度作為地球化學背景值，即Cr 60.00 mg/kg，Cu 30.00 mg/kg，Cd 0.50 mg/kg，Pb 25.00 mg/kg，Hg 0.25 mg/kg，As 15.00 mg/kg。地累積指數分為7 個等級，如表1 所示。

表1 地累積指數、等級與污染程度

1.2.2 潛在生態(tài)危害指數法 潛在生態(tài)危害指數法即Hakanson 指數法，是由瑞典科學家Hakanson[8]于1980 年提出的。該方法從沉積學角度出發(fā)，不僅考慮沉積物中重金屬的含量，還綜合考慮了多元素共同作用、毒性系數等因素，因此得到了廣泛的應用。潛在生態(tài)危害指數法表達式見公式（2）～（4）。

表2 重金屬的參比值及毒性系數

表3 危害程度的劃分

2 結果與分析

2.1 地累積指數法評價

該采樣點共得到8 份樣品，垂直方向上重金屬的含量分布如圖1 所示。各重金屬元素相應地累積指數及級別如表4 所示。

由圖1可知，除Hg只在0～10 cm處超過背景值外，Cr、Cu、Cd、Pb 和As 在任意深度都遠遠超出背景值，其中Cr 含量為背景值的1.40～1.60 倍，Cu 含量為背景值的1.27～1.60 倍，Cd 含量為背景值的1.42～2.52 倍，Pb為背景值的2.65～4.71 倍，As 為背景值的2.09～2.60 倍。

圖1 垂直方向重金屬分布

由表4 可知，Hg 在所有深度樣品中的污染級別均為0，即污染程度為無污染；As 在所有深度樣品中的污染級別均為1，即污染程度為無—中等污染；Cr在30～50 cm 處污染級別為1，污染程度為無—中等污染，其余深度的污染級別均為0，污染程度為無污染；Cu 在0～20 cm 處的污染級別為1，污染程度為無—中等污染，其余深度的污染級別為0，污染程度為無污染；Cd在50～80 cm處的污染級別為0，污染程度為無污染，其余深度的污染級別為1，污染程度為無—中等污染；Pb 在50～80 cm 處的污染級別為1，污染程度為無—中等污染，其余深度的污染級別為2，污染程度為中等污染。

表4 重金屬Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 的Igeo 與級別

整體來看，各重金屬危害大小為Pb ＞As ＞Cd ＞Cr ＞Cu ＞Hg，并且整體滿足隨著深度的增加重金屬對土壤的污染程度降低。

2.2 潛在生態(tài)危害指數法評價

由表5 可知，從單一重金屬來看，Cd 在不同深度的生態(tài)危害都達到了中等程度；Hg 在0～10 cm 處的生態(tài)危害達到中等程度；除上述之外的生態(tài)危害程度都為輕微。從潛在生態(tài)危害指數（RI）來看：3～8號樣品的RI 均小于150，危害程度為輕微，1～2 號樣品的RI 大于150 且小于300，危害程度達到中等，隨著深度的增加，RI 減??；6 種重金屬元素中，Cd 的危害程度達到強，Pb、Hg 和As 的危害程度達到中等，Cr 和Cu 的危害程度為輕微；6 種重金屬造成危害大小的排序為Cd ＞Hg ＞As ＞Pb ＞Cu ＞Cr。

表5 重金屬Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 的與RI 值

表5 重金屬Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 的與RI 值

樣品編號深 度（cm）i Er RI Cr Cu Cd Pb Hg As 1 0～10 2.88 7.98 75.60 23.56 43.95 21.31 175.27 2 10～20 2.92 7.56 71.82 21.60 34.69 26.02 164.61 3 20～30 2.83 6.77 53.88 22.24 28.58 25.12 139.41 4 30～40 3.07 7.10 48.24 21.12 27.39 23.13 130.06 5 40～50 3.20 7.22 45.72 19.62 27.92 24.38 128.07 6 50～60 2.98 6.54 42.66 14.46 26.98 25.40 119.02 7 60～70 2.95 6.54 43.08 13.24 29.94 20.93 116.67 8 70～80 2.79 6.37 43.80 14.32 25.58 21.21 114.08 RI 23.64 56.09 424.80 150.15 245.02 187.50 —

3 結 論

采集湘江支流涓水下游涓水二橋附近0～80 cm 深的河流沉積物為樣品，運用地累積指數法和潛在生態(tài)危害指數法對樣品中Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 這6種重金屬污染進行評價，得到以下結論。

運用地累積指數法進行評價得到：Cr 在30～50 cm 處為無—中等污染；Cu 在0～20 cm 處為無—中等污染；Cd 在0～50 cm 處為無—中等污染；Pb 在0～50 cm 處為中等污染，在50～80 cm 處為無—中等污染；Hg 在所有深度樣品中污染程度均為無污染；As 在所有深度樣品中的污染程度均為無—中等污染；Cu、Cd、Pb 和Hg 總體上滿足隨深度的增加對土壤的污染程度降低的趨勢；而Cr 在30～50 cm 處污染程度呈現上升趨勢?？傮w上各重金屬造成危害大小為Pb ＞As＞Cd ＞Cr ＞Cu ＞Hg。

運用潛在生態(tài)危害指數法進行評價得到：6 種重金屬元素中，Cd 的危害程度達到強，Pb、Hg 和As的危害程度達到中等，Cr 和Cu 的危害程度為輕微；0～10 cm 和10～20 cm 樣品中的重金屬對土壤造成的危害程度為中等危害，其余深度的為輕微危害；總體上滿足隨著深度的增加，6 種重金屬對土壤造成的危害依次降低；6 種重金屬造成危害大小的排序為Cd ＞Hg ＞As ＞Pb ＞Cu ＞Cr。

總體上，運用地累積指數法和潛在生態(tài)危害指數法對重金屬污染進行評價，二者均呈現出隨著深度的增加危害程度降低的趨勢。