工业区周边地表水中重金属污染特征研究

李海育

（广东省环境技术中心，广州 510006）

在 我国，重 金 属As、Cd、Pb、Hg、Ni、Be、Cr、Cu和Ti都已被列入环境优先污染物名单。随着工业时代的来临，化学和冶炼工业、有色金属开采及电子工业近年来不断发展，产生的含砷污染物进入环境中，对环境造成了巨大的危害[1]，水体重金属污染已经成为世界上较严重的环境问题之一。因此，为了解地表水中重金属的累积污染，有必要对地表水重金属污染情况开展研究。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

下面以东莞市茶山镇污水处理厂尾水和寒溪河入东江南支流水体为对象，进行相关研究。样品共采集三次，每天采集一次。本次地表水样品的采集根据寒溪河特点及地理位置特征，在茶山镇污水处理厂尾水排放口上游100 m（1#～3#）、下游200 m（4#～6#）、下游1 000 m（7#～9#）和寒溪河入东江南支流处上游100 m（10#～12#）、下游500 m（13#～15#）设置五个监测断面，分别用取样器依次从下游向上游进行多点取样并混合，取表层水（距水面20 cm处），共采集15个样品。样品密封在事先用硝酸洗液浸泡过的干燥聚乙烯瓶中，经0.45 μm滤膜过滤，用HNO3调整pH至2，迅速送至实验室，以供分析重金属的含量[2]。所有水样皆保存在4 ℃条件下，整个过程力求无外来重金属污染。

1.2 样品测试

重金属总量测定执行《水和废水监测分析方法》（第四版），Cu、Pb、Cd、Ni采用电感耦合等离子体-原子发射光谱法（ICP-AES）测定，As采用原子荧光法（B）测定，上述元素的最低检出限分别为0.020、0.020、0.003、0.010、0.007 mg/L。

1.3 研究方法

针对5个监测断面的5种重金属总量测定结果，运行SPSS19.0软件进行双变量相关分析与主成分分析，相关系数采用皮尔逊相关系数，显著性检验采用双侧检验[3]。

2 结果与讨论

2.1 水体重金属总量分析

研究表明，东莞段的东江流域受到不同程度的污染，其中，枯水期比丰水期受到的污染更为严重，选择寒溪河及东江南支流枯水期为采样时间[4-5]。由图1可以看出，12#监测点的水样Cu浓度出现了奇异值0.034 mg/L，8#监测点的水样Cu浓度出现了极端值0.13 mg/L，9#监测点、14#监测点的水样As浓度出现了奇异值，均为0.014 mg/L，其余都集中在一定的范围之内。根据《广东省地表水环境功能区划》（粤环〔2011〕14号），寒溪水为Ⅳ类水功能区，东江南支流为Ⅱ类水功能区，执行相应的标准如表1所示。

图1 茶山镇周边地表水的重金属浓度

表1 地表水环境质量标准

可见，Pb的浓度超出标准值5～75倍；Cd的浓度在寒溪河流域达不到相应标准的要求；As的浓度集中在0.100 0～0.007 4 mg/L，而极端值（14#监测点）也低于水质标准；Ni的浓度在寒溪河中达不到相应的标准，而Cu的浓度大体集中在0.025 mg/L左右，8#监测点的浓度值达到0.130 mg/L，超出标准值。从中可以看出，该水流流域的Pb超标较严重。

2.2 水体重金属相关性分析

水体重金属相关性分析结果如表2所示。

表2 重金属浓度相关性分析

2.3 水体重金属主成分分析

水体重金属主成分分析结果如表3所示。

表3 特征值、主成分贡献率及累积贡献率

结合研究区环境质量特点，选取Cd、Pb、Cu、As和Ni 5种重金属作为监测指标，运用SPSS19.0软件求出15个监测样品5种重金属浓度间的Pearson相关系数矩阵（见表2），再以水体中的重金属浓度为变量进行方差极大正交旋转（见图2），得出主成分分析结果（见表4）。由表3可以看出，主成分1、主成分2的特征值均大于1，而二者的累积方差贡献率为64.722%，所占的百分比较低，故本文选取主成分1、主成分2和主成分3为主成分，累积方差贡献率达82.418%，认为其反映了原始数据的基本信息。

表4 主成分载荷值

图2 水体重金属浓度旋转后载荷图

由表4可以看出，与第一主成分密切相关的是Pb，相关系数绝对值超过0.90，说明第一主成分反映了Pb的污染信息。第二主成分的方差贡献率为27.169%，该因子变量中，As和Ni都有着较高的载荷值，As的负载荷值为-0.779，Ni的正载荷值为0.729，而As和Ni的相关性为-0.218 99，根据Pearson相关系数的性质，0.218 99＜0.3，说明这两个变量相关程度低，基本不相关，且相互独立地主导第二成分。第三主成分相关的重金属是Cu，它的相关系数绝对值也超过0.90，且呈正相关。从方差贡献率可以看出，第一主成分方差贡献率为37.552%，远远大于第二主成分、第三主成分的贡献率27.169%和17.696%。所以，该流域水质重金属污染情况主要由第一主成分（即Pb的质量浓度）控制。

3 结论

水质监测结果显示，该工业区流域内重金属Pb浓度超出相应标准值5～75倍，寒溪河流域中重金属Cd达不到Ⅳ类水质要求，Ni的浓度都超出0.02 mg/L，部分监测点Cu超出标准值。通过主成分分析可知，3个主成分反映了该流域水体中的重金属分布情况，它们的贡献率分别为37.552%、27.169%和17.696%。第一成分主要反映了Pb的污染信息，第二成分主要反映了As和Ni的污染信息，Cu主要受第三成分支配。