河北省地表水重金属污染状况分析

2014-03-22邓静秋曹亚明

河北环境工程学院学报 2014年1期

韩雪，邓静秋，曹亚明

（1.河北省环境监测中心站，河北石家庄050037；2.河北省污染物排放权交易服务中心，河北石家庄050051）

环境污染方面所指的重金属主要指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷[1]。河北省境内河流缺少生态水，全省河流仅滦河有自然径流，其余河流受人工调控影响，成为城市污水和工业废水的纳污河，部分重金属指标浓度偏高，汞、镉、铅、铬以及砷均有超过地表水Ⅲ类标准的现象。河北省位于北京、天津的水源地上游，向京津提供饮用水源水，河流水质异常敏感，因此，系统分析河北省地表水重金属污染现状，明确其污染的原因和污染程度，对于河北省经济社会发展及保障居民用水安全具有重要意义。

1 河北省地表水重金属污染分析方法

1.1 地表水重金属污染现状与评价

以河北省主要地表水系多年连续监测数据为依据，重点对重金属元素汞、镉、铅、铬以及砷等进行了分析。重金属砷采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法，汞采用冷原子吸收分光光度法，镉和铅采用原子吸收分光光度法，铬（六价）采用二苯碳酰二肼分光光度法进行检测[2]。

按照国家地表水环境质量标准（GB 3838-2002）中表1和表4的限值要求，对河北省地表水的重金属检出率、超过Ⅲ类标准和超过Ⅴ类标准的比例等进行了分析，相关的标准限值见表1[2]。

表1 国家地表水环境质量标准限值 mg/L

1.2 环境健康风险评价

根据监测结果，选取了河北省有代表性的5个地表水断面进行了环境健康风险评价。

环境健康风险评价主要是针对环境中对人体有害的物质,这种物质一般可分为放射性污染物、化学致癌物和非致癌物。其中通过饮水途径会对人体健康产生危害作用的物质主要包括: 化学致癌物砷、镉和铬（六价），非致癌物铅、汞、氰化物和挥发酚[3]。这里仅对砷、镉、铬、汞和铅5种重金属进行风险评价。计算公式为[4]：

式中，Ric为致癌物质i通过食入途径产生的年平均致癌风险（a-1），Rin为非致癌物质i通过食入途径产生的年平均致癌风险（a-1），Di为致癌物质（非致癌物质）i的单位体重日均暴露剂量[mg/(kg·d)]；qi为致癌物质i通过食入途径产生的致癌强度系数[mg/(kg·d)]；RfDi为非致癌物质i通过食入途径摄入的参考剂量[mg/(kg·d)]；73.5为2011年中国人均寿命。

重金属通过饮用水途径对人体的日均暴露剂量（Di）按公式（3）计算

式中，2.2为成人每日平均饮水量（L），Ci为水体中污染物浓度（mg/L），70为成年人平均体重（kg）。

环境风险评估模型参数值如表2所示。

表2 模型参数qi 和RFDi值

在计算得出环境风险评价值后，根据国际健康组织推荐的最大可接受风险水平（表3），对河北省5个地表水断面的重金属环境风险进行了评价。

表3 国际健康组织推荐的最大可接受风险水平[5]

2 河北省地表水重金属污染分析结论

2.1 近年来河北省地表水重金属污染状况

2.1.1 2006-2012年5种重金属的检出率比较

由图1可以看出，铬和汞的检出率较高，镉、铅、砷的检出率较低。铬的检出率常年较高，仅2012年降至10%以下；汞的检出率2007年最高，2007年以后呈逐年下降的趋势。重金属超出检出限的断面主要集中在子牙河水系、黑龙港运东水系、北三河水系和大清河水系。

图1 2006-2012年5种重金属检出率

2.1.2 2006-2012年5种重金属超过Ⅲ类标准的超标率比较

由图2可以看出，汞和铬超过Ⅲ类标准的超标率较大。汞的超标率2008年最高，2008年以后呈逐年下降的趋势；铬的超标率总体呈下降趋势，个别年份出现回升；铅、镉、砷3种重金属的超标率较低。重金属超过Ⅲ类标准的断面主要集中在子牙河水系、黑龙港运东水系和大清河水系。部分外省来水有重金属指标超出Ⅲ类标准的现象。

图2 2006-2012年5种重金属超过Ⅲ类标准的超标率

2.1.3 2006-2012年5种重金属超过Ⅴ类标准的超标率比较

由图3可以看出，5种重金属中，除了镉没有超过Ⅴ类标准的情况外，其余重金属均有超过Ⅴ类标准的情况，其中2007-2009年超标情况最为突出，但是超标率均未超过0.4%，2011-2012年5种重金属均未出现超过Ⅴ类标准的情况。有超过Ⅴ类标准现象的断面主要集中在子牙河水系和黑龙港运东水系。

图3 2006-2012年5种重金属超过Ⅴ类标准的超标率变化

由上述分析可以看出，河北省主要的重金属污染物是汞和六价铬，二者检出率均在10%～20%之间，近两年有所降低，其他3种重金属砷、铅和镉的污染较轻。出现汞超标现象的河段主要是黑龙港运东水系受客水影响的河段；出现铬超标现象的河段主要分布在子牙河水系。

2.2 河北省地表水重金属污染环境健康风险评价

选取2012年有重金属检出或者超标情况的5个断面，根据2012年的年均值评估出年风险值（见表4）。

表4 5种重金属的环境健康风险评价（个人年风险/a-1）

从表4可以看出，六价铬和砷的风险值最大，按照国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的最大可接受风险水平评价，2012年A、B、D、E这4个断面的六价铬均超标，其余指标均达标，C断面的5种污染物均达标；如果按照瑞典环保局推荐的最大可接受风险水平评价，则5个断面的砷和六价铬均超标，C断面和D断面的镉超标，其他断面的其他指标均达标。5种污染物的风险值排序大致为六价铬＞砷＞镉＞铅＞汞，可见化学致癌物对人体健康危害的总风险超过非致癌物的总风险。由上述分析可以得出结论，河北省地表水体的重金属污染虽然总体呈好转趋势，但仍然存在环境健康风险。

3 河北省地表水重金属污染原因分析

3.1 地表径流少，水资源长期短缺

近年来河北省各河流天然产水量多属偏枯或枯水，“十一五”期间河流断流比例在12.6%～17.2%之间，形成了自20世纪50年代以来持续时间最长的枯水年组[6]。由于上游库坝拦截，下游河段径流减少，多为人工调控河流，河流自净能力较弱，环境容量几乎为零，多数河流成为城市污水和工业废水的纳污河，造成地表水中重金属的富集。

3.2 企业排污，加剧重金属污染

以2009年为例，2009年工业污染源中的重金属排放量分别是：铅1.6 t，汞14 kg，镉0.48 t，六价铬1.3 t[6]。从对排放重金属的钢铁工业、电力行业、皮革加工业等企业废水的监测结果可以发现，重金属排放浓度大多能达到污水综合排放标准的要求，但是远高于地表水环境质量标准。经过处理进入河道后，重金属浓度仍可能高于地表水标准。

3.3 对企业的监管力度不到位

河流水质是影响河北省经济发展的制约因素之一，改善水质是各级政府部门的重要工作内容，河北省流域生态补偿机制的实施极大促进了境内水质改善，但是由于氨氮、化学需氧量等主要污染物超标严重，而重金属污染相对不突出，管理部门的主要精力用于常规污染物的控制治理，在人员、资金有限的情况下，对排放量少、污染不严重的重金属管理就相对较弱，造成重金属污染的加重。

3.4 重金属污染跨区域特征明显

河北省部分周边地区来水重金属项目有超过Ⅲ类标准的现象，对河北省地表水重金属污染有一定影响。

4 减少地表水重金属污染的对策建议

各级政府管理部门应该重视重金属污染的防治，建立有效的监管机制，多渠道、多方式、多层面减轻重金属污染程度，防止重金属污染的蔓延和加重。

4.1 加强部门合作，构建符合自然规律的水生态系统

联合水利、水务等部门，重新审视境内水库、堤坝和河渠，进行统一规划，按照河流的自然形态，在保证防洪抗旱的基础上，进行河道的规整、修复，拆除已失去功能的坝、渠等，充分考虑上下游关系，恢复海河流域的生态功能，构建符合自然规律的水生态系统，增强河流的自净能力。

4.2 做好重金属污染防治规划，建立有效的预防机制

2011年10月20日，国务院发布的《关于加强环境保护重点工作的意见》（国发[2011]35号）强调：“要集中治理重金属污染遗留问题，切实加强重金属污染防治。”河北省已出台了《河北省重金属污染综合防治“十二五”规划》，明确了重金属污染防治工作要求，确定了4个国家重点防控区，2个河北省重点防控区，并确定了149家重金属排放重点企业，从强化政府行政职责和优化重金属产业结构入手，从源头控制重金属污染物的排放强度。另外，对敏感区域应制定严格的污染物排放标准，敦促企业改进工艺，严格实行清洁生产审核和环评制度，逐步减少重金属污染物的排放，减轻水体中重金属污染程度。