扬州市区地表水金属元素污染状况调查与评价

袁　静，王亚林，易　强，张益民

扬州市环境监测中心站，江苏 扬州 225007

近年来，随着工业技术的发展和环境污染变化的趋势，水体中金属元素的污染对人类健康和生态的危害愈来愈被重视，控制水体金属污染是环境监管的一项重要任务。

扬州市地处江苏省中部，长江北岸、江淮平原南端，京杭大运河与长江的交汇处，是南水北调的东线源头,也是淮河入江的出口处，地跨江淮两大水系，属亚热带湿润气候。境内地形西高东低，以平原、低丘、湿地等为主，河湖密布，水系发达。长江依境东流，淮河入江水道、京杭大运河纵贯南北，邵伯湖、高邮湖、宝应湖、白马湖等湖泊由南而北依次排开，全市水域面积占总面积的33.8％,是我国东部典型的平原水网城市。该文运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、火焰原子吸收分析技术，对扬州市区地表水中20种金属元素总量浓度水平进行了调查，并对污染状况进行了分析和评价，初步得到了扬州市区地表水中金属元素总量浓度的现状值，并提出该地区金属元素污染的防控重点区域及特征元素，为扬州市水体重金属污染控制工作提供了重要的依据。

1　实验部分

1.1调查对象

调查对象为长江扬州市区段、京杭大运河扬州市区段、扬州市区古运河、瘦西湖及扬州市区城市内河北城河、高潮河、萃园河、新开河、七里河等9条江河共24个断面(见表1)，布点及样品采集原则依据《地表水和污水检测技术规范》(HJ/T 91—2002)确定。依据扬州市水域功能区划，长江扬州市区段水质类别为Ⅲ类，京杭大运河扬州市区段、瘦西湖为Ⅳ类，扬州市区古运河及其他扬州市区内城河为Ⅴ类。

1.2采样时间、采样频次及调查项目

2009年9月至2010年7月，逢单月采样1次，即丰水期(6—9月)、枯水期(12月至次年3月)、平水期(4—5月、10—11月)各采样2次，共监测6次。

表1　扬州市区地表水金属元素污染状况调查断面概况

调查项目为Cu、Zn、Se、As、Cd、Cr、Pb、Mn、Fe、Mo、Be、B、Sb、Ni、Ba、V、Tl、Ti、Co、Ag等20种金属元素的总量浓度，其中As、Cd、Cr、Pb、Be、Ni、Ag等7种为第一类污染物。

1.3样品保存和分析方法

样品采集后加硝酸至pH<2保存，澄清后取上清液分析。Fe、Mn用火焰原子吸收分光光度法分析，其他元素用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析。

1.4评价方法

采用简单综合污染指数法[1]进行评价。计算公式：

式中：P为河流综合污染指数，Ci为第i种污染物实测平均浓度，Coi为第i种污染物评价标准值，n为参与评价的指标个数。

水质污染程度分级见表2。

1.5评价标准

主要采用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中表1的Ⅰ类标准、表2及表4中有关的金属元素标准限值作为评价标准，并将《生活饮用水水源水质标准》(GB 5794—2006)中金属元素的标准限值作为补充评价标准, 共19种金属元素作为评价指标。由于Ag在上述2个标准中没有限值，因此Ag不作为评价指标。19种元素的评价标准执行的是上述2个标准中的最低标准限值。

表2　水质污染程度分级

此外，将各河流调查值范围与文献报道值比较，判断调查值的浓度水平，并与长江流域部分水系文献背景值比较，初步判断本地水体与自然背景值的差异。长江流域部分水系背景值参考赤水河水系原水背景值[2]、神农架溪水过滤水均值[3]、长江河源区原水背景值均值[4]、长江河源区原水背景值[5]及洞庭湖水系原水背景值[6]，舍去其中明显的偏离值后取平均值作为长江流域部分水系背景值，见表3。

2　结果与讨论

2.1调查结果

扬州市区河流的pH约为7.0～7.8，其中扬州市区内城河及扬州市区古运河部分断面pH均在7.0左右，河流基本为中性或弱碱性。各河流20种元素的均值及监测值范围见表4。

2.2各河流金属元素污染特征及污染来源分析

2.2.1长江扬州市区段

长江扬州段每年接纳废水约7 400万t，市区段主要接纳扬州市区的工业废水和生活污水。市区废水通过扬州市区古运河和京杭大运河扬州市区段汇集后，分别经瓜洲闸和六圩排入长江，岸边主要污染源有扬州第二发电有限公司等。

长江扬州市区段沿程接纳污水后，水质较上游仪征段污染加重，主要污染因子为石油类、CODMn，以有机污染为主，水质现状类别为Ⅱ类。

此次调查中，长江扬州市区段从上游到下游，沿第四水厂取水口、瓜洲闸东、六圩口东断面，Be、Ti、Cr、Co、Cu、Cd、Tl、Pb、Fe、Mn、Ni、As等12种元素的含量有逐步降低的趋势，其中6种为第一类污染物，表明扬州市区废水对长江市区段这12种元素的排放贡献要低于上游来水，其中污染指数较大的元素是Fe、Mn、Ti、Cu；Mo、Ag的污染从上游至下游则有加重趋势，Ni、As在六圩口东断面的污染重于瓜洲闸东，说明这4种元素在扬州市区下游的入江排放量高于扬州市区上游的入江排放量。

2.2.2京杭大运河扬州市区段

京杭大运河扬州市区段北起邵伯湖南端，南经施桥船闸至入江口，流量主要受施桥船闸控制，水体自净能力差。沿河有扬州发电厂、新业化工、汤汪污水处理厂、六圩污水处理厂等重点排污企业，年接纳市区生活污水、工业废水约2 400万t。从上游至下游，污染渐重，以邗江运河大桥断面污染负荷比最大，特征污染物为氟化物、CODMn、BOD5，水质现状类别为Ⅳ类。

此次调查中，京杭大运河扬州市区段沿程各监测断面水质中金属元素浓度均值见表5。调查结果表明，从上游到下游，大部分金属元素的浓度有逐渐升高的趋势，全程金属元素污染负荷比以邗江运河大桥断面最大。在与扬州市区古运河交界的大古运河交界断面、与内城河七里河交界的七里河口断面，金属元素浓度均明显升高，表明扬州市区古运河、七里河水质对京杭大运河扬州市区段的水质有一定的影响。京杭大运河扬州市区段全程Cr最高均值出现在南绕城公路大桥断面，Ni最高均值出现在施桥船闸断面，应该和附近电镀企业较多有关；到下游入江断面邗江运河大桥，有Be、Ti、Co、Cu、As、Ag、Cd、Sb、Tl、Pb、Fe、Mn、Zn等13种元素浓度均值达到最高，其中5种第一类污染物，表明水质可能受到了汤汪污水处理厂尾水排放的影响，污染分布规律与基本项目例行监测结果基本一致。

表5　京杭大运河扬州市区段沿程各断面水质中金属元素质量浓度均值

2009年京杭大运河扬州市区段对应断面底泥中7种重金属含量的监测结果(表6)表明，全段以Cu污染分担率最大，与此次水质金属元素污染调查中Cu污染指数位于7种重金属元素之首一致。底泥则以槐泗河口、扬州大桥南断面污染负荷比较大。扬州大桥南断面上游曾是扬州市燃气公司焦化厂，该厂虽然已于2007年停产拆除，对大运河水质的污染已消除，但过去对河流底泥造成的污染仍存在。中下游底泥的污染趋势则与水质金属元素的污染趋势基本一致。

由此可见，京杭大运河经过扬州城区后，有机污染加重的同时，也加重了部分金属元素的污染，主要特征污染元素为Be、Ti、Co、Cu、As、Ag、Cd、Sb、Tl、Pb、Fe、Mn、Zn、Cr、Ni等15种，其中7种第一类污染物。污染指数较大元素是Fe、B、Ti、Cu，主要来源于生活污水、工业废水、污水处理厂尾水排放。

2.2.3扬州市区古运河

扬州市区古运河北起湾头船闸，流经扬州市区，南至瓜洲通长江，水体自净能力差。沿河有农药、制药、纺织、制革等十几家重点排污单位，同时接纳新开河、七里河等城市内河严重污染水体的泾流，全年接纳各类工业、生活污水约2 600万t，扬州市区全段水质现状为Ⅴ类，42％的断面水质为劣Ⅴ类，污染严重，特征污染物为阴离子洗涤剂、氨氮，以有机污染为主,污染负荷比以中药厂南断面最大，其次是邗江生资码头。

此次调查中，扬州市区古运河沿程各断面水质调查结果(表7)表明，大部分金属元素均值从上游新开河口西至中药厂南断面逐步升高，至中药厂南断面有13种元素均值达到扬州市区全段最高值。B、Cr、Co、Ni、Cu、Se、Sb、Tl、Fe、Mn、Zn等11种元素浓度均值在中药厂南断面达到最高值后，沿汊河口东、邗江河叉口南、邗江生资码头断面逐步下降，其中有2种第一类污染物。扬州市区全段污染指数较大元素是Fe、B、Mn、Ti、Cu，污染趋势与例行监测基本项目基本一致，金属元素污染主要来源于南部化工区的工业废水排放。

表7　扬州市区古运河沿程各断面水质中金属元素质量浓度均值

2009年扬州市区古运河对应断面底泥的监测结果(表8)表明，7种重金属中以Cu的污染分担率最大，沿程的污染变化趋势与此次调查结果基本一致，中药厂南断面污染负荷比最大。

表8　2009年扬州市区古运河沿程各断面底泥监测结果

2.2.4扬州市区内城河

扬州市区各内城河均为人工开凿的河道，共分为2类，一类为以瘦西湖补水的河流，分别有北城河、高潮河、萃园河，河道窄长、河床浅、径流小，主要功能为纳污、泄洪和景观；另一类为京杭大运河与古运河的串场河——七里河和新开河。七里河东起京杭大运河，西接古运河，两端均受闸坝控制，曾经承纳了扬州城区南部众多企业的工业废水和生活废水，污染严重；新开河南起七里河，北接古运河，近年来其南端常年阻塞，已与七里河断开，主要功能为排洪、纳污。七里河和新开河现状水质为劣Ⅴ类, 特征污染因子为氨氮、溶解氧，有机污染为主。瘦西湖为扬州著名风景区，系封闭浅水小型湖泊，水源主要由活水工程抽提槐泗河口的京杭大运河水经保障湖泄入瘦西湖，部分由天然降水补给，出水由二道河经众多内城河流入古运河，富营养化严重，水质现状为Ⅴ类。扬州市区生活污水的排放虽已被截流，不直接排入河道，使扬州市区内城河的污染有所减轻，但污染仍较严重，整体水质现状为劣Ⅴ类，以新开河污染负荷比最大，其次是七里河。

此次调查中，扬州市区内城河以七里河金属元素综合污染指数最大，其次是新开河，其余4条内城河污染程度差别不大。七里河的B、V、Cr、Ni、Cu、As、Se、Cd、Pb、Mn、Zn等11种元素的均值是扬州市区内城河最高值，充分说明七里河的金属元素污染与周边企业的废水排放有密切关系。扬州市区内城河污染指数较大的元素是B、Fe、Mn、Ti、Cr、Cu等。

2.3扬州市区各河流时间污染特征分析

扬州市区各河流金属元素浓度分水期调查的结果表明，京杭大运河扬州市区段枯水期有Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Sb、Ba、Pb、Fe、Mn等13种元素浓度略高于丰水期和平水期，说明扬州市区的排污对京杭大运河扬州市区段13种元素的浓度增加有一定的贡献；扬州市区内城河金属元素浓度随水期变化不明显；长江扬州市区段丰水期有Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Ag、Tl、Pb、Fe、Mn、Ba等12种元素浓度略高于枯水期和平水期，表明长江丰水期上游来水量增大的同时也带来了一定的污染。

2.4污染状况评价

根据评价方法和评价标准对扬州市区各河流金属元素整体污染状况评价，水质分级结果见表9。

表9　扬州市区地表水水质分级结果

由表9可见，扬州市区河流水质综合污染指数差别不大，水质级别均为轻污染，个别项目检出值超过标准，超标指标为Fe、B、Ti, 20种金属元素污染状况处于可控阶段。扬州市区9条江河Fe的均值均高于评价标准限值，长江扬州市区段Ti的均值超标0.69倍，扬州市区古运河、内城河的硼超标，其余元素平均值均优于评价标准的标准限值。受污染程度由轻至重顺序依次为京杭大运河扬州市区段、扬州市区古运河、扬州市区内城河、长江扬州市区段，扬州市区内城河和扬州市区古运河污染程度相当。例行监测中以基本项目综合评价的受污染程度由轻至重顺序依次为长江扬州市区段、京杭大运河扬州市区段、古运河扬州市区、内城河，与此次调查结果略有差异,主要因为长江扬州市区段金属元素污染程度重于其他河流。扬州市区河流特征污染元素为Fe、Mn、Ti、B、Cr、Cu，其中Fe、Mn、Ti均是自然界广泛分布的元素，污染主要来自水体悬浮物、泥沙。经实验证明，样品经0.45μm滤膜过滤后，Fe、Mn、Ti的含量大幅下降。长江含沙量远高于内河，致使Fe、Ti的总量浓度最高。B的污染主要来自生活污水及工业废水，这也是导致扬州市区内城河、古运河的B均值分列第一、第二位的原因。排除地壳元素Fe、Mn、Ti的影响，扬州市区河流水质级别为尚清洁，主要特征污染元素为B、Cu、Cr、Ni。

与国外饮用水标准[7-8]中的各元素限值及文献[2-6,9-11]调查值的范围相比，扬州市区各河流20种金属元素含量均在正常范围内；与由文献[2-6]得出的长江流域背景值相比，各河流元素含量则高于长江流域背景值，污染比较严重。

3　结论

1)现阶段扬州市区地表水中金属元素总量浓度基本属于正常范围，优于各河流功能区划水质类别的标准限值。

2)以《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)及《生活饮用水卫生标准》(GB 5794—2006)中19种金属元素的最低标准限值为评价标准，市区各河流水质级别均属轻污染。排除地壳丰量元素Fe、Mn、Ti的影响，市区河流水质级别为尚清洁，主要特征污染元素为B、Cu、Cr、Ni,污染状况处于可控阶段。

3)与长江流域部分水系平均背景值相比，扬州市区各河流金属元素存在一定程度的污染。

4)长江扬州市区段金属污染防控应重点关注上游来水的影响，重点监控上游来水中Be、Cr、Cd、Pb、Ni、As、Ag等7种第一类重金属污染物的输入，同时注意防控下游企业的排污及京杭大运河扬州市区段入江口的污染；京杭大运河扬州市区段应重点监管中下游的电镀企业、污水处理厂的排污，重点防控第一类金属污染物的排放；扬州市区古运河附近化工企业的废水排放应是扬州市区古运河金属防控工作的重点，重点关注Cr、Ni、Cu的排放；扬州市区内城河金属污染防控的重点应放在七里河、新开河。

参考文献：

[1]彭文启,张祥伟.现代水环境质量评价理论与方法[M].北京：化学工业出版社,2005:34-35.

[2]吴正褆.赤水河水系水环境背景值及其地球化学特征[J].贵州环保科技,2001,7(2):25-30.

[3]乔胜英,钟然,董彦辉,等.神农架水环境微量元素化学特征初步研究[J].地质与勘探,2003,39(6):39-41.

[4]傅德黔,王晓慧,刘京,等. 长江河源水环境背景值调查及分析[J].中国环境监测,1998,14(1):9-11.

[5]张立成,章申,董文江,等.长江河源区水环境地球化学[M].北京:中国环境科学出版社,1992:74-87.

[6]李健,郑春江.环境背景值数据手册[M].北京:中国环境科学出版社,1988:373-374.

[7]EU Council directive 98/83/EC On the Quality of Water Intended for Human Consumption[S].

[8]US EPA 822-S-12-0012012 Edition of the Drinking Water Standards and Health Advisories[S].

[9]黎华,李方林,鲍征宇,等.巴东北部地区地表水的环境化学特征及水质评价[J].地质与资源.2002,11(3):168-172.

[10]程麟钧,张颖,付强,等.官厅水库重金属污染状况调查研究[J].中国环境监测,2009,25(3):82-85.

[11]刘培刚,卢大远. 汉江武汉段水环境现状“背景值”调查与研究[J].环境科学与技术,1991,53(2):16-18，30.