中山市水源保护地底泥重金属污染特征及生态风险评价

2020-06-23苏冠谕高裕雯卢贯能

化工设计通讯 2020年6期

苏冠谕，高裕雯，卢贯能

（广东省中山市环境监测站，广东中山 528400）

随着国家“水十条”的颁布，使城市河湖水体治理成为大势所趋，水环境重金属污染治理迫在眉睫。水体中重金属经吸附、絮凝、生物积累等，最终成为底泥沉积物[1]。同时底泥沉积物又是水体中重金属的扩散源，随着水体环境条件的改变，可能形成水体重金属的二次污染。

本次选取广东省中山市小榄水道为研究目标，研究水道底泥沉积物的重金属污染特征及其生态风险。采用污染指数法[2]，研究重金属单因子的污染特征及确定主要污染因子；采用潜在生态风险指数法[3]，完成单项重金属的生态风险评价及综合生态风险评价；运用Pearson相关系数分析[4]，研究各重金属因子间的相关性，以进行底泥沉积物重金属来源分析。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

根据《土壤环境监测技术规范 HJ/T 166》相关要求进行样品采集和保存。设置“取水口”、“取水口上游1km”、“取水口下游”共3个断面，每个断面采集左、右两个方位的对照样品组，于枯水期和丰水期进行采样和保存。

1.2 研究方法

1.2.1 污染指数法

以重金属污染指数Pi表示某底泥沉积物样品中重金属i的富集程度和污染程度，公式如下：

其中：Ci为单一重金属i实测值，（mg/kg）；C′i为单一重金属i环境背景参比值，（mg/kg）。

根据国家《土壤环境质量标准GB 15618-2018》，实验断面为集中式饮用水源保护地，选取标准的限制值作为环境背景参比值，如表1所示。

1.2.2 潜在生态风险指数法

采用Hakanson提出的潜在生态风险指数法，对样品沉积物中重金属污染造成的生态风险进行评价。它根据重金属的污染特征及能造成的生态影响，定量地划分重金属潜在生态风险程度[5]。其计算公式如下：

其中：RI为底泥沉积物中多种重金属的潜在生态风险指数；C′i为第i种重金属的环境背景参比值，mg/kg；Ci为第i种重金属的实测值含量，mg/kg;为第i种重金属的毒性系数；为第i种重金属的潜在生态风险系数。

、RI的生态风险指数等级划分如表2所示。

表2 重金属潜在生态风险指数等级划分

1.2.3 元素相关性分析

参考近5a来的小榄水道相同采样点的底泥沉积物重金属及pH测得值，用SPSS 24.0软件进行各元素相关性分析、因子分析。根据重金属元素间的相关性特征，分析底泥沉积物的重金属主要来源。

2 结果与讨论

2.1 底泥沉积物重金属污染特征

对原始数据进行处理，剔除异常值，统计数据的污染指数，小榄水道底泥沉积物As、Ni、Zn、Cu、Pb、Cr、Hg、Cd的含量分别为25.1mg/kg、42.4mg/kg、185mg/kg、56.8mg/kg、52.4mg/kg、99.2mg/kg、0.155mg/kg、1.38mg/kg，其中Cd超出《土壤环境质量标准GB 15618-2018》标准限值的1.3倍。

如图1所示，仅As与Cd元素有着不同程度的超标，其他元素均于环境背景值以下，由此可知，As和Cd两元素是底泥沉积物的主要污染重金属。

2.2 潜在生态风险评价

结合重金属毒性系数，计算各项重金属的潜在生态风险指数Eir，和样品的潜在生态风险指数RI。根据表2的生态风险等级划分进行评价，结果如表3所示。

图1 底泥重金属相对土壤质量标准超标率

表3 底泥沉积物的潜在生态风险评价

其中，仅Cd的生态风险污染等级达到了中度，其他多种重金属的生态危害等级仅为轻度。可见虽然As的标准超标率仅为26%，却没有更大的污染等级。所以，水体治理更应关注Cd重金属污染治理。

2.3 重金属元素相关性研究

重金属实测数据间的闭合效应[6]，影响着重金属元素之间的内在相关性，故将底泥重金属各元素的实测数据进行对数比变换（clr）[7]。进行重金属相关性分析，从表4可以看出，Cd的含量与pH、Pb、As呈显著正相关；Pb的含量与Cd、As、Zn、Ni呈显著正相关；Cu的含量与Zn、Ni、Cr呈显著正相关。但Hg的含量与Cd、As、Pb呈显著负相关。

表4 底泥沉积物重金属元素之间相关系数

同时对经过数比变换处理的数据进行因子分析，结果如表5所示，成分1和成分2的累积方差贡献率达74.5%，其中成分1和成分2为主要成分因子。其中成分1中主要载荷为Pb、Cd、As，载荷系数分别为0.880、0.862与0.904，而Zn、Ni的载荷相对次之。成分2的主要载荷为Cu、Zn、Ni和Cr，载荷系数分别为0.924、0.689、0.677与0.776。结合重金属元素的相关性系数分析，成分1是以铅镉砷锌镍为特征污染的污染物，成分2是以铜锌镍铬为特征污染的污染物。