对广州地区水域沉积物重金属污染源及污染评价分析

刘志才

广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060

1 材料和方法

1.1 采样及处理

在广州地区的水域中设置23个站点进行样品采集，这些站点覆盖了广州东山、海珠、荔湾、天河等区。每个站点采集三个样品，一个是进行粒度分析，一个是进行锌、铬、铅等重金属的含量分析，一个是实验室备份。将采集的样品放置在塑料瓶中，带回实验室进行细致分析，并将备份样品放置在-20℃的环境中储存。样品采集方法为：用重力抓斗式采泥器在采集点采泥，并用塑料铲子取出采泥器中的底泥，将其封装到聚乙烯瓶中。

在样品分析之前，需要对其进行前处理。运用冷冻干燥机将沉积物样品干燥到恒定中毒，剔除样品中的砂子、石子等杂物，然后在每一份样品中称取0.3g的3份样品到消化罐中，往每一个消化罐中加入4.5cm3浓硝酸、1.5cm3氢氟酸、1cm3双氧水和1cm3盐酸盐，对其进行酸消解，消解液过滤后定容到100cm3，转移到小口的塑料瓶中，并放到4℃环境下冷藏，进行重金属污染物分析。

1.2 评价方法

在水域重金属污染情况的评价上，采用Hakanson提出来的沉积物评价方法，对广州地区水域的沉积物重金属污染带来的生态风险和危害进行系统分析，并将潜在生态危害分成5个等级。

2 结果

2.1 重金属沉积物的粒度特征

广州地区水域的沉积物主要有泥、粉砂、砂质粉砂、砾砂质泥、泥砾质砺等品种，其中，前三者分布最广，几乎占研究区域的80%以上。在空间分布上，水动力较强的河口、湾口等地区沉积物含量较少，而在水动力较大的区域中，细粒级组分分布较为均匀，含量也较高。

广州地区水域的沉积物中重金属的来源主要是工业污水、生活污水等人为排污，人为排污一定程度上改变了沉积物中细粒级组分的比例，重金属含量随着时间的推移逐渐累积，人为排污对重金属的分布产生重大影响，而不同区域的人为排污存在一定区别，这就使得重金属元素分布存在区域差异，不同区域的重金属含量不同，使得沉积物粒径与重金属分布的相关性不强。

2.2 重金属沉积物的质量分数分布规律

广州地区水域的沉积物中重金属污染物主要有Cu、Cr、Cd、Zn、Pb、Hg、As、Ni，其中，Zn、Cu、Pb的含量较高，占了总沉积物的绝大部分，图1为Zn、Cr、Cu、Pb、Ni这5种重金属的含量沿程分布示意图。从图中可以看出，这5种污染物的质量分数分布规律基本一致，相差不大，高值区出现在5#和6#断面之间的干流河道、石井河下游河段中，低值区则出现在1#与2#断面之间、19#至10#断面之间的干流河道、石井河上游河段中。

2.3 重金属沉积物的横向分布规律

对重金属沉积物进行横向分析发现，大多数断面中各种重金属污染物在不同采样点的分布规律变化不大。如图1所示，绝大多数的重金属污染物最高值和最低值出现在同一个采样点上，这一特征说明：广州地区水域的重金属污染源排放的污染物中含有多种重金属元素，在长时间的积累下，使得重金属污染物的质量分数逐渐增加。另外，各种重金属污染物最高值多出现在靠岸的采样点上，且多在左岸，这是因为左岸毗邻广州市，人口众多，而城市建设发展离不开工业发展，工业发展又带来污染物的排放，污染物长期直接排放到河流中，逐渐累积起来，最终使得左岸的沉积物中重金属质量分数较高。最低值多出现在河道中间，出现在左岸的比例约为10%，出现在右岸的比例约为32%，出现在中间的比例约为58%，笔者认为这是因为河道中间的流速较大，使得底泥中的大部分悬浮物被释放出去。

图1 五种重金属污染物沿程分布示意图

2.4 重金属污染来源

运用主成分分析法对广州地区水域沉积物重金属污染物的可能来源进行系统分析。由于广州是一个高速发达的城市，其化工、电力、矿产、印刷等行业发展速度快，工厂企业多，大量的工业污水被排放到附近水域中，尤其是在海珠区，其是广州市的主要工业区，大量的造船、冶炼、机械、漂染等工业企业集中于此，工业生产产生大量的废水、废渣、废气，在没有进行彻底的处理后就排放到自然环境中，造成环境污染，使得该区域的水域沉积物中重金属含量较高。另外，由于广州人口密集，每天会产生大量的生活污水，这些污水也给水域造成重大污染。生活污水和工业污水占到入河污染物的94%左右，这表明工业污水和生活污水是广州地区水域沉积物重金属污染的主要来源。由于广州地区水域的人为排污现象较为严重，故而沉积物中的有机质含有大量的工农业生产和城市生活排污带来的种类繁多、数量众多的有机质，这为重金属的结合分解提供基础，进而影响到重金属污染物的分布规律。

2.5 污染评价

对沉积物重金属的污染状况评价上发现：广州地区水域沉积物重金属污染指数在18.2～25.0之间，均值为20.7，不同月份的污染指数有微小的差别。

通过采用Hakanson的潜在生态风险指数法对广州地区水域进行污染评价分析。由于研究区域的沉积物相对较稳定，故而采用同期的样品重金属测试数据进行算术平均，对比该区域平均土壤参比值进行修正，最后得到主要重金属Cu、Cr、Cd、Zn、Pb、Hg、As、Ni的参比值。通过一系列的计算，计算出重金属污染物的生态风险指数，由于该指数与风险程度成正相关，最后将该区域的潜在生态风险划分成极强、很强、强、中等和轻微五个层次。其中，铜、铬、锌、铅的风险指数较低，风险程度为轻微；汞、镉的风险指数较高，且变化幅度大，其风险程度分别为轻微-中等、轻微-很强。砷的风险指数处于中等，风险程度也为中等。从各个重金属污染物的风险指数分布情况来看，镉和汞为主要污染物。从多重金属元素潜在生态风险指数分析上发现，当前，广州地区水域沉积物的重金属潜在生态风险程度属于中等层次，部分区域属于轻微层次，也有部分区域属于很强层次。

运用地质累积指数法对广州地区各个采样点的重金属地质累积指数进行分析和计算，结果表明：Cu的平均污染程度最高，属于极强层次；Pb、Zn的污染程度较低，属于轻微层次。从整体上来说，重金属污染程度属于中等层次。

3 结语

人为因素是导致广州地区水域沉积物中重金属污染的主要因素，工业生产和生活污水排放到附近水域中，在水动力、物理化学作用等因素的影响下，重金属元素与泥沙一起沉积到水域的各个地区。工业污水和生活污水在进入水域后，部分富集到沉积物上，大部分则溶解到水体中，而水域环境会随着季节的变化而发生相应的变化，这样就一定程度上影响了重金属分布的季节差异。从污染评价角度来说，广州地区水域的生态潜在风险程度为中等，部分重金属的生态风险程度较高，甚至接近临界值，影响水生物的健康成长。从单个重金属污染物来说，含量较高的是Cu、Pb、Zn，而广州作为我国的重要一线城市之一，其环境保护受到社会各界的关注，要想实现经济的可持续发展，必须采取可行的措施加强水域保护，开展水域生态恢复工程，尽可能降低重金属污染程度，保护生态环境，维持水域的生态功能，美化城市环境，增强城市的投资吸引力，促进城市经济的可持续发展。