余世清,許文鋒,王泉源

(1.杭州市環(huán)境保護科學研究院,浙江杭州310014;2.杭州市環(huán)境保護科學研究設計有限公司,浙江杭州310014)

上塘河底泥重金屬污染狀況及評價

余世清1,許文鋒2,王泉源1

(1.杭州市環(huán)境保護科學研究院,浙江杭州310014;2.杭州市環(huán)境保護科學研究設計有限公司,浙江杭州310014)

對上塘河浙工大夢溪橋(S1)、大關(guān)勝利河閘(S2),沈半路善賢壩(S3)、歡喜永寧橋(S4)、半山衣錦橋(S5)、丁橋赤安橋(S6)等6個點位的底泥重金屬進行了采樣監(jiān)測。結(jié)果表明底泥重金屬含量分布不均,且范圍波動較大,除1個點鉛、3個點鋅超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),其它重金屬含量均達標。該河底泥重金屬的潛在生態(tài)風險順序依次為汞>鎘>鉛>銅>砷>鋅>鎳>鉻,各點位的潛在生態(tài)風險污染順序為S1>S2>S3>S5>S4>S6,汞是主要的潛在生態(tài)風險因子。從底泥利用角度,上塘河艮山門—半山衣錦橋段底泥不宜農(nóng)用,而半山衣錦橋—丁橋赤安橋段底泥可以考慮農(nóng)用。

底泥;重金屬;生態(tài)風險評價;上塘河

1 前言

研究表明,目前許多河流和湖泊,特別是城市河道沉積物重金屬污染嚴重[1]。當外界條件發(fā)生變化時,沉積物中的重金屬有可能釋放到上覆水體,引起水體的“二次污染”[2]。因此,底泥是水體污染的指示劑,其環(huán)境質(zhì)量反映著水體的污染狀況[3]。分析監(jiān)測底泥中重金屬,尤其是表層沉積物中重金屬,對河道環(huán)境質(zhì)量的評價和水體治理具有十分重要的意義。

上塘河位于杭嘉湖地區(qū)的南部,南起杭州艮山門附近的施家橋,北偏西流至沈塘灣后折東北沿沈半路南側(cè)至半山鎮(zhèn),折向東沿臨丁路在江干區(qū)龍駒山附近入余杭區(qū),繼續(xù)東流臨平鎮(zhèn)及海寧市許村、長安,于鹽官鎮(zhèn)入錢塘江,全長4813km。整個流域面積418km2,其中水面面積22189km2。上塘河沿線主要支流有備塘河、喬司港、新塘河及一些與京杭運河相連的支港。上塘河在杭州主城區(qū)境內(nèi)的河段長1713km,常水位2172m,河寬30～100m,水深2～4m,水位一般高于運河113～117m,河床坡降平坦,是典型的平原河道。由于上塘河地處杭州城市北部的工業(yè)區(qū)域,屬城鄉(xiāng)過度地帶,排污設施較落后,工業(yè)、生活污水多數(shù)直接排入河網(wǎng)。據(jù)調(diào)查,歷史上造成上塘河重點工業(yè)污染源有印染、機械制造、造紙、化工等近20家企業(yè)。近年來,杭州市開展了大規(guī)模的城市河道綜合保護工程,市區(qū)一批緊鄰河道的工業(yè)企業(yè)陸續(xù)搬遷,河道功能定位也正在發(fā)生變化,原先以防洪、灌溉、納污、通航功能的河道,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉篮?、配水、生態(tài)、歷史文化、游憩休閑等主導功能,上塘河是典型的功能轉(zhuǎn)變河道,環(huán)境保護尤其重要。本文通過布點采樣,測定該河表層底泥中重金屬含量,并對底泥重金屬含量及潛在生態(tài)風險進行評價,分析重金屬可能來源,探討其農(nóng)用的可行性,旨在為該河道疏浚底泥綜合利用提供依據(jù)。

2 監(jiān)測與評價方法

2.1 監(jiān)測基本情況

根據(jù)上塘河兩岸居民、原有及現(xiàn)狀企業(yè)分布狀況,從上游至下游選取浙工大夢溪橋(S1)、大關(guān)勝利河閘(S2)、沈半路善賢壩(S3)、歡喜永寧橋(S4)、半山衣錦橋(S5)、丁橋赤安橋(S6)等共6個代表性監(jiān)測點位。其中工大夢溪橋(S1)上游分布著省人民醫(yī)院、工業(yè)大學等單位,大關(guān)勝利河閘(S2)附近分布著德勝新村、大關(guān)小區(qū)等居住區(qū)以及市機電設備公司、汽車4S店等單位,沈半路善賢壩(S3)附近分布著五金機電市場、夾板市場、燈具市場及造紙廠、印染廠、汽車4S店等企業(yè)單位,歡喜永寧橋(S4)附近分布著重機廠、機床廠、電纜廠、鋼材市場、鐵路北站(貨運站)、海久電池廠等單位,半山衣錦橋(S5)上游分布著鋼鐵廠、玻璃廠、杭鋼醫(yī)院、腫瘤醫(yī)院等單位,丁橋赤安橋(S6)上游主要分布有制藥廠、牛奶廠、混凝土粉磨站等單位。根據(jù)統(tǒng)計,2008年上塘河杭州城區(qū)段尚有排水口235個,其中晴天出水口40個,未截流污水排放量約9萬m3/d[4]。本底泥采樣時間為2008年3月,用VG型挖斗式采泥器在各采樣點的河中央采集0～10cm的表層底泥樣品,裝入聚四氟乙烯袋中,帶回委托監(jiān)測分析。所有點位均監(jiān)測pH和汞、砷、鉛、鉻、鎘、銅、鋅、鎳等重金屬指標。

2.2 評價方法

2.2.1 單項污染指數(shù)法

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995)和《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),采用單項污染指數(shù)法對底泥重金屬監(jiān)測結(jié)果進行評價分析。

2.2.2 生態(tài)危害指數(shù)法

對底泥重金屬農(nóng)用潛在生態(tài)風險,采用Ha2 kanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法[5]評價。潛在生態(tài)危害指數(shù)法計算公式如下。

式中,Cfi為重金屬i相對于背景值的污染系數(shù)(Cf i =Cs i /Cni);Csi為重金屬i的環(huán)境實測值;Cni為重金屬i的背景值,采用Hakanson提出的全球工業(yè)化以前土壤中重金屬背景值,取值為Hg=012mg/kg、Cd=015mg/kg、As=15mg/kg、Pb=25mg/kg、Cu=30mg/kg、Ni=40mg/kg、Cr=60mg/kg、Zn=80mg/kg;Tir為重金屬i的生態(tài)毒性響應系數(shù),取值為Hg(40)>Cd(30)>As(10)>Pb(5)=Cu(5)=Ni(5)>Cr(2)>Zn(1);Eir為重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù);RI為潛在生態(tài)危害指數(shù),是幾種重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)加合。

潛在生態(tài)危害系數(shù)Eir描述某一重金屬污染物的污染程度,從低到高分為5個等級;而潛在生態(tài)危害指數(shù)RI描述某一點多個污染物潛在生態(tài)危害系數(shù)的綜合值,分為4個等級。兩者的關(guān)系見表1。

表1 潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)與危害程度的關(guān)系

3 監(jiān)測結(jié)果分析評價

3.1 重金屬監(jiān)測結(jié)果評價

上塘河6個監(jiān)測點位的底泥重金屬監(jiān)測結(jié)果及評價見表2。

表2 上塘河底泥重金屬監(jiān)測結(jié)果及評價(mg/kg)

由表2可知,上塘河6個監(jiān)測點位底泥重金屬含量分布不均,且范圍波動較大,其中汞含量在01976～31316mg/kg,鉛含量在55～51314mg/kg,鎘含量在0144～2117mg/kg,鉻含量在5213～7618mg/kg,砷含量在918～1918mg/kg,銅含量在4812～16014mg/kg,鋅含量在22914～129814mg/kg,鎳含量在36～5515mg/kg。與杭嘉湖地區(qū)土壤重金屬含量背景值比較,絕大多數(shù)監(jiān)測點位重金屬含量均高于背景值,說明底泥已經(jīng)受到一定程度污染。

從分布特征來看,汞從上游至下游沿程分布由高逐漸降低,而鉛、銅、鋅在沈半路善賢壩、歡喜永寧橋、半山衣錦橋點位明顯高于其他點位,其它總金屬指標各點位相差不是很大。分析原因汞可能與上游存在大中學校、醫(yī)院等有關(guān),而鉛、銅、鋅含量偏高可能與上塘河中段分布電纜廠、重機廠、機床廠等機械加工企業(yè)有關(guān)。

按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995),所有測點底泥的pH值均>7,說明底泥為偏堿性污泥。從重金屬監(jiān)測結(jié)果來看,鉻、砷、銅和鎳指標均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995)三級標準,4個測點汞(超標率6617%,污染指數(shù)范圍0165～2121)、1個測點鉛(超標率1617%,污染指數(shù)范圍0111～1103)、3個測點鎘(超標率50%,污染指數(shù)范圍0144～2117)、3個測點鋅(超標率50%,污染指數(shù)范圍0146～216)指標超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995)三級標準。

按照《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),若在酸性土壤上施用,除了1個測點鉛(超標率1617%,污染指數(shù)范圍0118～1171),3個測點鋅(超標率50%,污染指數(shù)范圍0146～216)含量超標外,其他測點的重金屬含量均達標。

3.2 潛在生態(tài)危害評價

底泥重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)計算結(jié)果及危害程度分級評價結(jié)果見表3。

由表3可知,上塘河河道底泥重金屬的潛在生態(tài)風險順序依次為汞>鎘>鉛>銅>砷>鋅>鎳>鉻,各點位的潛在生態(tài)風險污染順序為浙工大夢溪橋(S1)>大關(guān)勝利河閘(S2)>沈半路善賢壩(S3)>半山衣錦橋(S5)>歡喜永寧橋(S4)>丁橋赤安橋(S6)。危害程度分級后,汞的生態(tài)危害程度很強,鎘生態(tài)危險程度中等,其它重金屬生態(tài)危險程度均為輕微。潛在生態(tài)危害指數(shù)危害程度浙工大夢溪橋(S1)和大關(guān)勝利河閘(S2)為很強,沈半路善賢壩(S3)、歡喜永寧橋(S4)和半山衣錦橋(S5)為強,丁橋赤安橋(S6)為中等?？傮w上汞是主要的潛在生態(tài)風險因子。

表3 底泥重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)

從底泥利用角度,S3、S4和S5點位的鋅超出《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),且總體重金屬潛在生態(tài)危害程度為強;S1和S2點位無重金屬含量超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),但為潛在生態(tài)危害程度很強;S6點位無重金屬含量超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),潛在生態(tài)危害程度為中等?？傮w上,上塘河艮山門—半山衣錦橋段底泥不宜農(nóng)用,而半山衣錦橋—丁橋赤安橋段可以考慮農(nóng)用。

4 結(jié)論

(1)上塘河6個監(jiān)測點位底泥重金屬含量分布不均,且范圍波動較大。按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995),鉻、砷、銅和鎳含量均滿足三級標準,汞、鉛、鎘、鋅不同點位存在不同程度的超標。按照《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-84),若在酸性土壤上施用,除了1個測點鉛(超標率1617%,污染指數(shù)范圍0118～1171),3個測點鋅(超標率50%,污染指數(shù)范圍0146～216)含量超標外,其它測點的重金屬含量均達標。

(2)上塘河河道底泥重金屬的潛在生態(tài)風險順序依次為汞>鎘>鉛>銅>砷>鋅>鎳>鉻,各點位的潛在生態(tài)風險污染順序為浙工大夢溪橋(S1)>大關(guān)勝利河閘(S2)>沈半路善賢壩(S3)>半山衣錦橋(S5)>歡喜永寧橋(S4)

>丁橋赤安橋(S6)。危害程度分級后,汞的生態(tài)危害程度很強,鎘生態(tài)危險程度中等,其它重金屬生態(tài)危險程度均輕微;潛在生態(tài)危害指數(shù)R I危害程度S1和S2很強,S3、S4和S5強,S6中等?？傮w上汞是主要的潛在生態(tài)風險因子。從底泥利用角度,上塘河艮山門—半山衣錦橋段底泥不宜農(nóng)用,而半山衣錦橋—丁橋赤安橋段可以考慮農(nóng)用。

[1]滑麗萍,華珞,高娟,等.中國湖泊底泥的重金屬污染評價研究[J].土壤,2006,38(4).

[2]朱維晃,黃延林,柴蓓蓓.環(huán)境條件變化下汾河水庫沉積物中重金屬形態(tài)分布特征及潛在生態(tài)風險評價[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2009,23(2).

[3]范成新,朱育新,吉志軍,等.太湖宜溧河水系沉積物的重金屬污染特征[J].湖泊科學,2002,14(3).

[4]何爭妍.杭州市城市河道水環(huán)境污染原因與治理措施[J].浙江水利科技,2009,165(5).

[5]Lars H.An ecological risk index for aquatic pollution control—asediment ecological approach[J].Water Research,1980,14.

[6]汪慶華,董巖翔,周國華,等.浙江省土壤地球化學基準值與環(huán)境背景值[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境,2007,23(2).

HeavyM etal Pollution Situation and Assessment of the Sediment in Shangtang River

YU Shi2qing1,XU Wen2feng2,WANGQuan2yuan1
(1.Hangzhou Academy of Environmental Science,Hangzhou Zhejiang 310014 China)

The assay results of six sample sites(S1,S2,S3,S4,S5,S6)of heavymetal of sediment sampling from the Shangtang river are conducted.The results reveal that the distribution and content of heavy metal in the sediment are uneven within a large range.The contentsof the heavymetals can reach"control standards for pollu2 tants in sludge from agricultural use",beside the lead in one site and zinc in three sites.The potential ecological risk of heavymetalpollution sequentially ismercury>cadmium>lead>copper>arsenic>nickel>chromi2 um.The risk of six sample sites is S1>S2>S3>S5>S4>S6.Mercury is the main potential risk.The sediment from the river section Genshanmen to Banshanyijin bridge cannot be applied as agricultural use,however,the sediments from Banshanyijin bridge to Dingqiaochian bridge can be used to agricultural fertilizer.

river sedi ment;heavymetal;ecological risk assessment;Shangtang river

X82

A

1673-9655(2010)05-0082-04

2010-08-23

余世清(1974-),男,高級工程師,畢業(yè)于浙江大學環(huán)境工程專業(yè),碩士,主要從事環(huán)評工作。