西汉水沉积物中重金属污染研究进展

尚瑞琦，张武平，符永鹏，任 雷，何丽英，李芳霞

甘肃省陇南生态环境监测中心，甘肃陇南 746000

1 西汉水地理环境

西汉水，下游也称犀牛江，地理位置介于104°30′E~106°04′E、33°16′N~34°31′N，为长江支流嘉陵江重要的一级支流，发源于甘肃省天水市秦州区南部西秦岭齐寿山[1]。流经陇南市礼县、西和县、康县、成县4个县后，在陕西省略阳县汇入嘉陵江，在陇南境内呈“C”形状，长约287 km，流域面积约10 178 km2。主要支流约有87条，一级支流35条，二级支流43条，三级支流9条，干支流呈现“羽字”分布，支流主要包括漾水河、洮坪河、清水江、太石河、平洛河、石峡河、平洛河和六巷河等河流，这些支流上游均存在尾矿库和选矿企业，开采时间久远，是西汉水主要重金属来源。

西汉水周边长期存在铅锌矿、金矿和锑矿等采矿和冶炼活动，加之城镇废水和农业源污染导致的潜在重金属污染风险，并且西汉水流域曾发生过环境污染事件，对河流和沉积物带来一定程度的影响，而对西汉水河段沉积物和水质重金属污染研究鲜有报道。探究西汉水沉积物中重金属污染状况显得尤为重要。

2 研究现状

西汉水作为嘉陵江流域上游重要的支流，年平均水量约为嘉陵江的2.5倍，对嘉陵江流域水质有着重要的影响，而嘉陵江作为长江上游左岸最大支流，对长江生态环境的作用尤为重要。王艳[2]研究了嘉陵江水体中有毒重金属As、Hg、Pb、Cr的污染状况，其中重金属Pb无明显的岸边污染源，但Cr存在点污染源，污染状况Hg为轻污染，As为清洁。罗财红等[3]研究了嘉陵江入江河段沉积物及水体重金属Hg、Zn、Pb、As、Cd、Cu的污染状况，水体受重金属元素污染程度较小，而重金属元素Cd、As、Pb等对沉积物存在一定程度的污染，各污染物污染程度大小排序为：Hg＞Zn＞Pb＞Cd＞As＞Cu，各污染物风险排序为：Hg＞Zn＞Pb＞As＞Cd＞Cu，大部分重金属含量之间存在一定的显著相关性，也具有一定的同源性。冯蒙蒙等[4]深入研究了嘉陵江干流广元段水体中重金属污染情况，结果表明：重金属在枯水期的含量比平水期和丰水期低，在不同的水文时期水温、DO和pH值对重金属含量变化影响也不同，并且重金属含量之间存在相关性。汪新星等[5]研究了甘肃陇南锑矿泄露区土壤中重金属污染及风险，分析表明Sb、Hg、Pb和Zn主要源于人为的矿产资源开发，而Ge和Ga主要受自然源和人为活动的影响，Ni、Cu和Al主要是自然来源。可见，学者对嘉陵江水体或沉积物中重金属都有所关注和研究，主要涉及As、Cd、Zn、Hg、Cu、Pb、Cr、Ni、Hg等重金属，而西汉水作为嘉陵江重要一级支流，对其水体或沉积物中重金属污染状况和评价研究极少，所以亟待研究西汉水水体中和沉积物中重金属情况，以便为西汉水流域生态环境保护和环境治理提供数据支撑。

3 西汉水重金属研究方向

3.1 历次重金属污染事件中的特征污染物

2015年，陇南市西和县的甘肃陇星锑业有限责任公司尾矿库发生泄漏，导致了“11·23”尾矿库泄漏次生的重大突发环境事件，污染跨越甘肃、陕西、四川3省。事件发生后，重点监测了尾矿库内存留的尾矿，结果表明尾矿中含有Sb、Cu、Pb、Zn、Cd、As和Hg等重金属，最后将重金属Sb确定为此次事件的特征污染物[6]。2021年陇南境内发生嘉陵江“1·20”甘陕川交界断面铊浓度异常事件，由甘肃省厂坝有色金属有限责任公司成州锌冶炼厂所造成，该企业由于生产原料、生产废水和废渣中均含金属铊，虽建有污水处理设施，但企业原执行的排放标准未规定和监测铊排放，也没有针对铊的去除工艺。铊随着生产废水、生活污水和初期雨水经污水处理站，通过厂区污水总排口集中排放后进入南河和青泥河，最后汇入嘉陵江，造成了嘉陵江铊浓度异常事件。铊也是陇南境内重要的污染源重金属。由此可见，在西汉水流域重金属锑、铊、砷、汞、铅、镉等值得关注。

3.2 矿产组成中的重金属元素

西汉水过境陇南市境内矿产资源丰富，现已探明黄金储量400 kg以上的大中型矿床超过26处，金属和非金属矿产35种，其中西成铅锌矿带绵延280 km，金属储量约为1 200万 t，平均品位4.4%~11.8%，现年产铅锌矿含铅3.14万 t，含锌13.02万 t，现为我国第二大矿体。锑金属储量为16.02万 t，为我国第三大矿体；黄金储量已探明多于200 t[7]。西汉水流域矿山主要包括Pb、Zn、Sb、Hg、Cu、Au等金属矿，伴有Cr、Ni、As、Cd、Tl、Mn等金属，还有硅、大理石等非金属矿，矿产主要以横亘西和、成县、徽县等为主，还有西和崖湾锑矿，以及燕子河和洮水河支流的金矿、六巷河支流的铅锌矿。可见，Pb、Zn、Sb、Hg、Cu、Cr、Ni、As、Cd、Tl、Mn等都是潜在重金属污染因子。

3.3 沉积物中重金属的来源分析

根据是否为人类的参与，水体或沉积物中的重金属被分为自然来源和人为作用两大类，如地质构造的活动、岩石风化及侵蚀、水动力作用等自然作用的结果，形成了重金属元素的环境本底值。此时重金属的含量较低，对应的生物有效性也低，不会给水体环境带来污染。

环境中人为污染源主要包括采矿企业废水、工业废水、生活污水、降尘和农业废水。涂春霖等[8]研究表明，生活和工业废水的排放是沉积物中重金属的主要来源，人类活动是导致沉积物中重金属元素浓度变化的主要原因。

3.4 沉积物中重金属的转换分析

水体和沉积物中重金属是一个动态变化的过程。例如，采矿、选矿产生的尾矿和废石经雨水冲刷、浸泡会使重金属从矿石中释放出来进入水体中，或企业和生活废水排放后随支流进入水体，一部分溶于水中，而大部分重金属会通过化学、物理或生物作用富集埋藏于沉积物，成为重金属的“汇”。当水体pH值和外部条件发生变化时，沉积物会再次释放出重金属进入水体，成为重金属的“源”，造成二次污染。可见，沉积物既是重金属的“汇”，又是重金属的“源”。

根据《污水综合排放标准》GB 8978—1996中第一类污染物，西汉水沉积物中重金属首要研究Pb、Zn、Sb、As、Hg、Cd、Tl、Cr、Ni等元素，其次是Cu、Mn。而硒作为重要的生命微量元素之一，中国约2/3的地区缺硒，大骨节病主要就是缺硒造成的，硒可作为重要元素共同研究探讨。

3.5 沉积物中重金属研究方法对比

目前，国内外对土壤或沉积物中重金属污染和风险评价的方法尚未固定和统一的体系，可用的方法主要有：地积累指数评价法、潜在生态风险指数评价法、内梅罗指数评价法、单因子污染指数评价法和健康风险评价法等。地积累指数最初由Muller提出，该评价方法不仅可以反映地质本来环境情况，还可反映研究区域是否受人类活动污染，通常要考虑人为因素，参照背景值需准确、可靠，但没有考虑重金属元素的毒性系数对地质的影响。

潜在生态风险指数评价法最早由学者Hakanson提出，其与生态学、生物毒理学和环境学存在密不可分的关系，可以分析某一金属元素在某一研究区域的潜在风险，也可以分析所有研究重金属在整个研究区域的整体风险状况。生态风险系数和指数越大，表明水体沉积物中的重金属对周围生态环境产生的生态危害的可能性就越大。缺点是不确定毒性响应系数对它的产生影响。

单项污染指数是国内目前重金属或底泥污染评价应用中较为普遍的一种选择方法，参考背景值至关重要，可以清楚地发现某一种重金属是否超过参考值，但它不能整体表征重金属对研究区域的综合污染程度。

内梅罗指数评价法是以依据单项污染指数评价法，全面地评估重金属对土壤或沉积物产生的负面影响。该方法主要是探讨重金属污染的最大数值对所研究的土壤或沉积物的污染情况，可以全面了解土壤或沉积物环境质量的综合污染状况，但不能反映出重金属的积累情况及其毒性影响。

健康风险评价法基于人体健康风险评价模型而来，主要评价污染对人体健康所带来的影响。由于国内的健康风险评价体系还不够完善，有关参数值的选择有所不同，污染物对健康的影响评价差异较大，因此目前应用相对比较少。

针对所研究的水体或沉积物，不能采用单一的评价方法进行评价，而是要选择运用多种评价方法，通过评价方法的相互补充、相互支撑，才能更加全面、精确地表征研究区域的污染情况，摸清重金属含量、来源及分布特征后，再深入针对污染情况选择相应治理和防治措施。

4 污染防治措施与成效

近年来，陇南市加快建设甘肃绿色发展的典范城市和高地，印发了《陇南市污染防治实施方案》《陇南市尾矿库流域风险防控监测方案》《陇南市生态文明体制改革实施方案》等工作方案，修订完善了陇南市环境保护目标责任考核办法，成立了陇南市生态环境保护委员会，先后制定了市级有关单位和部门的生态环保责任清单。陇南市还提标改造了县区污水处理厂，重点完成嘉陵江、白龙江等流域水环境的综合治理工程，持续开展“两江一水”等重点流域水系重金属风险排查监测工作，有序完成了铅锌选矿场企业的土壤污染修复与治理项目，开展了61家涉镉、涉铊等重点关注的重金属企业的排查整治工作，建成境内2座重金属自动监测预警站，完成近70座闭库尾矿库的复垦与修复。此外，陇南市综合治理病库、头顶库等尾矿库风险源，大力推进固体废物和农业面源污染防治，开展重点区域内建设用地重金属土壤污染地块的调查并建立负面清单，积极推进“两山”理论实践创新基地创建，大力推进绿色矿山创建工作，助力培育绿色生态发展产业，推进完成中央环保督察反馈问题整改，深入打好碧水和净土污染防治攻坚战，生态文明建设和生态环境保护取得积极进展和良好成效。

2021年开展境内59个风险监控点土壤环境监测，点位达标率达到76%，地表水嘉陵江、西汉水、燕子河、洛河和青泥河水质均为优，与上年持平。

5 前景展望和意见建议

5.1 前景展望

通过采集沉积物和上覆水样品，开展西汉水流域12种重金属（Pb、Zn、Sb、As、Mn、Cd、Tl、Cr、Ni、Cu、Hg、Se）研究，探明西汉水沉积物重金属含量、分布特征和污染情况，全面分析西汉水流域水体和表层沉积物中重金属影响程度大小及各支流水系污染程度，进一步分析分布规律及来源，为生态环境管理部门提供决策依据，更好地为西汉水沉积物重金属污染修复、排污企业管控、水质自动预警站建设、环境应急监测等提供有力的数据支撑和技术服务。

5.2 意见建议

当地部门应不断增强环境风险意识，加大环境执法力度，加强对无主尾矿库的监管，强化生产企业自主监测，定期开展西汉水主要支流排查监测，关注重金属含量变化，加快建设重金属自动预警站建设。相关部门应深化水质自动站数据分析运用，及时更新完善环境监测预案，开展突发环境事件应急演练，提高生态环境监测应急能力水平，加强环境风险防控制，加快完善现代化生态环境监测治理体系，加大生态环境科学技术研究力度，创新开发重金属污染河流与沉积物协同修复新技术，多措并举推动生态环境质量的提高，支撑深入打好碧水、净土污染防治攻坚战。