安徽省怀宁城区排污河道底泥重金属污染特征分布及潜在生态风险评价

2020-08-13颜浩李法松邓力石欢周子为

安徽化工 2020年4期

颜浩,李法松，邓力，石欢，周子为

（安庆师范大学资源环境学院,安徽安庆246133）

通常，大多数重金属污染物通过地表径流流入河道，受水体吸附、络合、絮凝、沉降等作用迅速由液相转化为固相,沉积在底泥中。底泥中的重金属一方面能够再通过悬浮作用重新释放到环境中,造成二次污染[1-3]；另一方面被底栖生物摄食、细胞转化等方式富集,从而产生毒害作用，进一步影响陆生生物和人类健康[4]。国内许多学者对河流水体及其底泥重金属污染做了研究[5-8]，普遍认为重金属的污染特征能反映水体重金属污染状况和污染来源及生态风险等信息[9-10]。而城市河道承载着经济开发区以及周边居民等污水排放，往往出现黑臭、水体富营养化、水质超标等问题[11]。加强河道整治是建设生态城市的关键所在，而熟练掌握河道底泥中重金属含量现状并进行正确评价是治理的首要前提[12]。

目前，我国在河湖底泥污染控制上还未明确相关标准，因此,本文通过分析安庆怀宁河流Y及河流Q底泥中锰、铬、镍、铜、砷、镉、汞、铅、锌9种重金属含量，并对其潜在生态风险进行评价，可以更好地掌握安庆怀宁城市河道底泥污染现状，为底泥疏浚等治理措施提供科学依据和基础数据支撑具有十分重要的意义[13-14]。

1 材料与方法

1.1 研究区域

本文研究的河流Y及河流Q均坐落于怀宁县城内，从开发区自北向南穿过城区，沿途经过5个社区，9个村委会，两岸企业排放的工业废水和生活污水是两条河道的主要污染源。

1.2 研究方法

1.2.1 河道底泥布点采样

根据现场实际情况，河流Y及河流Q河道均穿越县城城区，两岸分布商业区、居民区及农田，水面宽度均小于50 m，在每个采样断面设置1处采样点，两条河道分别布设5个采样断面，具体采样点如图1所示，具体坐标见表1。采样时间为2019年7月，按照HJ/T 166-2004《土壤环境监测技术规范》采用彼得逊采泥器采集样品，深度为0～50 cm，每个采样点采集底泥1 000～2 000 g，装入聚乙烯样品袋内，混合均匀后封存。样品采集后，立即送回实验室，置于阴凉通风处自然风干，剔除砾石颗粒和垃圾等杂质，然后用石英研钵研磨，过100目筛后，放入干燥器中密封低温保存备用。

图1 河流Y及河流Q采样点位置示意图Fig.1 Sampling sites in River Y and River Q

表1 采样点经纬度表Tab.1 Latitude and longitude of sampling sites

1.2.2 样品处理分析

底泥样品分析锰、铬、镍、铜、砷、镉、汞、铅、锌9种重金属，其中锰采取电感耦合等离子发射光谱法；铬常压消解后采用电感耦合等离子体光谱发射法；砷、汞常压消解后采用原子荧光分光光度法；镍、铜、镉、铅、锌元素常压消解后采用原子吸收分光光度法。

1.2.3 重金属污染评价方法

河道底泥重金属污染的评价方法有很多，本文以安徽土壤背景值作为参比值[15-16]，运用1980年瑞典学者Hakanson提出的潜在生态危害指数法(Risk Index,RI)[17]及危害程度分级标准（表2）评价河流Y和河流Q底泥中9种重金属污染的潜在生态风险，其中RI为生态危害指数，反映了某一点多种污染物潜在生态危害系数的综合值，RI的计算公式如下：

式中：Ei为某种重金属i的潜在生态危害系数，根据Ei大小，将重金属污染程度从低到高分为5级，用来描述其污染程度，重金属i的生物毒性影响系数用Ti表示，测定值为，参比值为。不同重金属参比值和生物毒性影响系数见表3。

2 监测结果分析评价

2.1 底泥中重金属含量状况

对河流Y及河流Q 10个采样点位9种重金属进行监测分析，可知土壤pH介于6.5～7.5之间，并对比《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》，具体结果见表4、表5。

2.2 数据分析评估

由表4可知，河流Y及河流Q 5个监测点位底泥中重金属分布不均，且范围波动很大，这说明不同点位受污染来源不同，可能受到较大的人工干预。其中河流Y底泥中锰含量在2.27～18.5 g/kg，最低点位浓度也远高于安徽省土壤重金属环境背景值（锰：0.53 g/kg)，说明存在锰元素污染来源。铬含量在36.60～102.63 mg/kg，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）详见表5(以下简称标准)可知，底泥中铬含量低于风险筛选值，说明河流Y受铬污染相对较小。镍含量在43.34～186.66 mg/kg，最高点浓度超过风险筛选值0.86倍。铜含量在11.48～133.06 mg/kg，最高点浓度超过铜的风险筛选值0.33倍。铅含量在96.73～918.27 mg/kg，最大浓度超过风险管控值，说明该点受铅污染非常严重。锌含量在134.01～337.12 mg/kg，超过风险筛选值，个别点位存在锌污染。汞最高浓度为0.074 2 mg/kg，小于风险筛选值。砷和镉5个点位均未检出，说明河流Y未受到砷、镉污染。

河流Q底泥中锰含量在4.84～13.9 g/kg，也远远高于安徽省土壤背景值，可知河流Q也同样存在锰元素的其他污染源。铬含量55.13～153.77 mg/kg，小于铬的风险筛选值200 mg/kg。镍含量浓度最高为344.75 mg/kg，超过风险筛选值2.44倍。铜含量在33.93～107.33 mg/kg，也超过风险筛选值。铅含量最高为98.94 mg/kg。锌含量在184.24～249.74 mg/kg，均小于风险筛选值。砷和镉在5个点位也均未检出。

表2 潜在生态危害指数和危害程度分级标准Tab.2 Hazardous levels depending on potential ecological risk coefficient and potential ecological risk index

表3 重金属参比值和生物毒性影响系数表Tab.3 Heavy metal ratio and biotoxicity effect coefficient

表4 河流Y及河流Q底泥中重金属含量单位：mg/kgTab.4 Heavy metal content in sediment of river Y and river Q mg/kg

表5 河流Y与河流Q底泥土壤环境质量级别单位：mg/kg（6.5＜pH≤7.5）Tab.5 Environmental quality grade of sediment soil in riverY and river Q mg/kg（6.5＜pH≦7.5）

依据表5可以看出，Y河流分别有镍、铜、铅、锌4种重金属超过风险筛选值，其中点位5铅元素还超过风险管控标准。Q河流镍、铜元素超过风险筛选值，但是铅元素并未超过风险筛选值，说明怀宁城区河道底泥中铅元素本底值含量并不高，Y河流个别点位存在外来人为污染。

2.3 潜在生态危害指数法评价

因为河流Y及河流Q各点位重金属砷和镉均未被检出，所以我们选择对剩下的7种重金属进行潜在生态危害指数评价。具体Ei和RI值见表6，评价情况见表7。

从表7可以看出，河流Y中主要潜在风险是铅和汞，铅在5号点位的生态风险层次为很强，2号点位为强，剩下3个点位为轻微。汞浓度在2号点位与3号点位属于强风险，1号点位生态风险为中等，剩余2个点位未检出汞含量。剩下的5种重金属元素对河流Y生态影响层次为轻微。

表6 河道底泥重金属潜在生态危害指数Tab.6 Evaluation of potential ecological hazard index of heavy metals in river sediment

表7 重金属底泥生态危害程度评价Tab.7 Evaluation of ecological damage degree of heavy metal sediment

河流Q中主要潜在风险是汞和镍，1号点位汞的生态风险程度是很强，3号点位为中等，其余3个点位未检测出汞含量。镍在点位3与点位5的生态风险程度为中等，点位1与点位4生态风险层次为轻微，2号点位未检测出镍含量。剩下的5种元素对河流Q生态风险程度为轻微。结合表2与表7，从7种金属加合的潜在生态危害程度分析，强及强以上程度的点位两条河流都没有，中等的河流Y有3个点位，河流Q有2个，剩下的点位生态危害程度都为轻微。由怀宁地域特征分析，其采矿业发达，安庆铜矿、月山铜矿等矿区[20]分布周围。根据YANG等[21]对重金属来源解析的研究结果表明，汞的污染主要来自煤炭燃烧及工业活动。张光贵[22]对洞庭湖的重金属来源分析表明，铅主要与生活污水排放和农业生产有关。