广东省汕头市某电子垃圾拆解区河道底泥重金属污染特征及生态风险评价*

麦泳诗 魏 伟

（1.广东智环创新环境科技有限公司，广东 广州 510180；2.广东省环境科学研究院，广东 广州 510045；3.广东环科院环境科技有限公司，广东 广州 510045）

河道底泥是河流生态系统的重要组成部分，也是底栖生物的主要栖息地和粮食源泉[1]。近年来，关于河流﹑湖泊沉积物中重金属污染特点[2]﹑风险评价[3]及来源分析[4]受到学者的广泛关注。然而，受电子垃圾拆解活动影响的河流底泥重金属污染特征及风险评价的文章鲜有报道。自上世纪90 年代以来，受位于河流两岸电子垃圾拆解作坊粗放式拆解活动的影响[5]，致使河道底泥中铜﹑镍﹑镉﹑砷﹑铅等重金属严重超标，底泥中的重金属会源源不断的向河道水体中释放，对河道的生态环境造成较为严重的影响。以北港河支流为研究对象，开展河道底泥重金属污染状况调查，研究底泥的污染特征，评估其生态风险，旨在研究电子拆解遗留区域河道底泥污染情况及为河道底泥生态修复工程的开展提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

研究区位于广东省汕头市，为了探究历史电子垃圾拆解活动对河道底泥的影响，选择两岸曾集聚大量电子垃圾拆解作坊的河段，以军寮水闸以南1 km 范围内的北港河支流（华美老练江）河道底泥为污染调查对象，调查时间为2022 年8月—9 月，在研究区域布设一条勘探线，勘探点间距为50 m，并沿线布设21 个底泥采样点（DN-01～DN-21）（图1）。采用抓斗采样器采集表层0～0.5 m 深度范围底泥样品。

图1 底泥采样点位Fig.1 Sediment sampling point diagram

1.2 分析方法

底泥样品经自然通风晾干后，剔除杂质，研磨后过2 mm 孔径筛和100 目尼龙筛，分别混匀后备用。底泥中pH 采用玻璃电极法进行检测[6]，有机质采用重铬酸钾法进行检测[7]，重金属镉﹑砷﹑铅﹑铬﹑铜﹑锌﹑镍总量采用王水提取—电感耦合等离子体质谱法进行检测[8]，重金属Hg 总量采用微波消解/原子荧光法进行检测[9]。质量控制统计结果表明，方法空白样（MB）小于检测限，平行样品相对比差在0.00～16.6%之间，实验室控制样品回收率在92.1%～116%之间，基体加标回收率在85.2%～114.0%之间。

1.3 内梅罗综合污染指数法

采用内梅罗综合污染指数法[10]对底泥进行环境质量评价，具体计算公式如下：

式中，Pi为重金属i的单因子污染指数（底泥重金属基准值采用《农用污泥污染物控制标准》（GB4284—2018）中的“污泥产物理化指标”标准值（表1）[11]）；P为内梅罗综合污染指数；n为重金属指标i的个数。内梅罗综合污染指数法评价标准见下表1。

表1 污泥产物的污染物浓度限值 mg·kg-1Table 1 Pollutant concentration limit of sludge products

表2 内梅罗污染指数评价标准Table 2 Evaluation criteria of Nemerow pollution index

1.4 生态风险评价方法

根据重金属性质及其迁移行为特征，瑞典科学家Hakanson[12]从沉积学角度提出了一套沉积物中重金属污染评价方法。该方法通过底泥浓度实测值与背景值的比值得到单项污染系数，然后引入重金属毒性响应系数，得到潜在生态危害单项指数，潜在生态危害单项指数分级见表3，最后加权得到此区域底泥中重金属的潜在生态危害指数。

表3 潜在生态风险指数与等级划分Table 3 Potential ecological risk indicators and classification

单项重金属潜在生态危害指数Er计算方法如下：

式中，Ci为底泥重金属的实测浓度（mg/kg）；C0为参比值，采用全球工业化前沉积物中重金属的最高背景值，As﹑Cd﹑Cr﹑Cu﹑Hg﹑Ni﹑Pb﹑Zn 依次15﹑0.5﹑60﹑30﹑0.25﹑40﹑25﹑80（mg/kg）；Ti为重金属的毒性系数，Hakanson 提出As﹑Cd﹑Cr﹑Cu﹑Hg﹑Ni﹑Pb﹑Zn 的 毒 性 系 数分别为10﹑30﹑2﹑5﹑40﹑2﹑5﹑1。

多个重金属的潜在生态危害指数RI 计算式如下，潜在生态风险指标等级划分见表3。

式中，RI 为多个重金属的潜在生态危害指数。

1.5 数据分析与处理

使用Excel 2016 对数据进行分析与处理，采用AutoCAD 2014 及OriginPro 2022 SR1 绘制图形。

2 结果与分析

2.1 底泥基本理化性质分析

底泥的基本理化性质指标含水率﹑pH 及有机质含量检测结果统计见表4。河道表层底泥的含水率较高，平均值为71%。底泥pH 均小于7，呈酸性，这可能与电子垃圾拆解过程中废酸排放有关。底泥中有机质含量为4%～11.90%，明显低于《农用污泥污染物控制标准》（GB4284—2018）中的“污泥产物理化指标”标准值。

表4 研究区河道底泥基本理化性质指标检测结果统计Table 4 Statistics of the test results of the basic physical and chemical properties of sediment in the study area

2.2 底泥重金属污染特征

底泥重金属调查结果如下表5 所示。研究区河道底泥中汞﹑镉﹑铜﹑铬﹑砷﹑镍﹑铅﹑锌的含量分别为0.59～2.75﹑0.10～53.10﹑8.90～6 840.00﹑15.50～251.00﹑5.00～1 780﹑6.00～978.00﹑66.00～555.00﹑45.00～1 060.00 mg/kg。各重金属元素平均值含量大小顺序 为 铜（2 605.19 mg/kg） ＞锌（546.80 mg/kg）＞镍（393.33 mg/kg）＞铅（304.47 mg/kg）＞砷（230.40 mg/kg）＞铬（85.80 mg/kg）＞镉（19.43 mg/kg）＞汞（1.40 mg/kg）。一般认为变异系数＜0.1 为弱变异，0.1～0.3 为中等变异，＞0.3 为强变异[13]，从各元素总量的变异系数来看，所有重金属元素均为强变异，可以看出，研究区域河道底泥受外界电子拆解活动影响较明显。

表5 研究区河道底泥重金属含量分析统计Table5 Analysis and statistics of heavy metal content in sediment in the study area

参照《农用污泥污染物控制标准》(GB4284—2018)中的A 级污泥产物标准，研究区域底泥存在重金属镉﹑铜﹑砷﹑镍﹑铅﹑锌超标准情况，其超标率分别为90.48%﹑90.48%﹑71.43%﹑90.48%﹑47.62%﹑4.76%。可见，底泥不经处理用于耕地﹑园地﹑牧草地将存在较大的重金属镉﹑铜﹑砷﹑镍﹑铅﹑锌等的污染风险。

2.3 底泥重金属污染评价

研究区域底泥内梅罗综合污染指数计算结果如图2 所示。可以看出，除点位DN-10﹑DN-17以外，其他所有底泥点位的内梅罗综合污染指数均大于1，说明河道底泥已普遍受到重金属的污染。其中，底泥点位DN-03﹑DN-04﹑DN-19 的综合污染指数值大于2﹑小于等于3，处于中度污染，其他底泥点位的综合污染指数值均大于3，呈现重度污染，重度污染率为76.2%。因此，从内梅罗污染综合污染指数来看，研究河段底泥重金属污染较为严重，应当引起重视。

图2 研究区河道底泥重金属内梅罗综合污染指数Fig.2 Nemerow comprehensive pollution index of heavy metals in river sediment

2.4 底泥重金属生态风险评价

2.4.1 潜在生态风险指数Er对北港河支流各点位8 种重金属的潜在生态风险指数Er计算结果如图3 所示。各单项重金属潜在生态危害指数Er分别 为EHg（94.40～440.00）﹑ECd（6.00～3 186.00）﹑ECu（1.48～1 140.00）﹑ECr（0.52～8.37）﹑EAs（3.33～1 186.67）﹑ENi（0.30～48.90）﹑EPd（13.20～171.40）﹑EZn（0.56～20.38）。各单项重金属潜在生态危害指数Er 平均值大小顺序为ECd（1 052.00）＞ECu（457.95）＞EHg（227.05）＞EAs（152.35）＞EPb（64.11）＞ENi（19.45）＞EZn（7.30）＞ECr（2.76）。从Er平均值可以看出，各类重金属污染生态风险分级，重金属Cd 和Cu 为严重风险，重金属Hg 为重风险，重金属As 为较重风险，重金属Pb 为中风险，重金属Ni﹑Zn﹑Cr 为低风险。

2.4.2 潜在生态危害指数RI 从底泥多个重金属的潜在生态危害指数RI 计算结果（表6）可知，各点底泥潜在生态危害指数最小值为132.60，最大值为5 668.65，平均值为1 982.97。总体来看，研究区域各底点位沉积物中重金属污染很高风险（600 ≤RI<1 200）和极高生态风险（RI>1 200）的比例高达90.47%，其中极高风险占比66.67%，很高风险占比23.80%。这说明，河流两岸电子垃圾拆解活动对河道底泥产生了较为严重的污染，研究区域底泥生态系统存在较大的危害风险，亟需采取有效的工程措施开展底泥的生态恢复工作。

3 结论与讨论

重金属具有高毒性﹑难降解和高累积性[14],对河道生态系统会造成较大影响，通过研究广东省汕头市某电子垃圾拆解区河道底泥重金属污染特征，评价底泥重金属生态污染风险，得出的主要结论如下。

受历史上河道两岸电子垃圾拆解活动的影响，北港河支流表层（0～0.5 m）底泥pH 呈酸性，含水率较高，平均值达71%，而有机质含量较低。重金属污染指标中，镉﹑铜﹑砷﹑镍﹑铅﹑锌超过GB4284—2018 中的A 级污泥产物标准。电子垃圾主要成分为废旧线路板﹑废旧电子电器，其含有大量镉﹑铜﹑镍﹑铅﹑锌等物质[15]，研究区河道底泥的重金属污染与电子垃圾拆解活动关联性紧密。此外，“烧板”作为电子垃圾拆解过程中的重要工艺，在生产过程中需要焚烧大量的燃煤[16]，因此，研究区河道底泥中砷污染物可能来源于燃煤。

内梅罗综合污染指数法兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，可以突出污染较重的重金属污染物的作用。基于内梅罗综合污染指数的评价结果表明，河道底泥整体重金属呈现重度污染，重度污染比率为76.2%。从图2 研究区各点位河道底泥重金属内梅罗综合污染指数分布情况可以了解到，靠近军寮水闸处的DN-01 点位的内梅罗综合污染指数值P 最高，这可能是因为该区域河床底部较低，军寮水闸长期关闭，重金属污染物容易在此处淤积有关。后期污染治理过程应当以该区域为重点，优先开展重污染区域的综合治理工作。

基于潜在生态危害指数的评价结果表明，各单项重金属潜在生态危害指数Er平均值排序为Cd＞Cu ＞Hg ＞As ＞Pb ＞Ni ＞Zn ＞Cr，其中，Cd﹑Cu 为严重风险，Hg 为重风险，As 为较重风险，Pb 为中风险，Ni﹑Zn﹑Cr 均为低风险。基于多个重金属的潜在生态危害指数RI 计算结果表明，各底泥调查点位综合潜在生态危害指数极高风险比率为76.19%，很高风险比率为23.81%，河道底泥存在较为严重的生态风险，亟需开展相应生态修复措施。