賈寶杰，何淑芳，黃 茁，張俊朋

(長江科學院 生態(tài)修復技術(shù)中心，武漢 430010)

近年來，城市河道污染嚴重，導致底泥中重金屬含量大大超過當?shù)丨h(huán)境背景值[1]，成為河流水質(zhì)二次污染的“源”和“匯”[2]。城市河道治理過程中，防止底泥二次污染已成為工程設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一。本文基于臺州安溶涇河道底泥檢測結(jié)果，分析了河道底泥重金屬污染特征，對研究區(qū)內(nèi)底泥重金屬潛在生態(tài)風險進行評價，以期為城市河道底泥重金屬污染的預防和綜合整治提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

本工程主河道安溶涇位于臺州市路橋區(qū)峰江街道安溶村、路西村附近，起于安溶村，至安溶廟入南官河，全長約3 km(含2條支流)，河寬10～38 m，水域面積約為0.061 km2，河深約2.1～3.2 m，南北向各有1條支流，南側(cè)支流上游為1個池塘，主河道上游和北側(cè)支流河底高于主河道中下游。受周邊原拆解業(yè)、農(nóng)業(yè)面源和生活污水等影響，水體、底泥均有不同程度的污染。根據(jù)自然沉降的特點，河道底泥分污泥層和黏土層。污泥層有臭味，顏色為黑-灰黑色，呈現(xiàn)稀漿、流塑狀，平均厚度為30 cm；黏土層呈黃-灰黃色，軟塑、密實，污染程度較低，厚度為30～60 cm。

2 樣品采集與評價方法

2.1 樣品采集

根據(jù)背景調(diào)查，選取典型斷面和網(wǎng)格布點相結(jié)合的采樣點布設(shè)方法，以“問題河段，重點監(jiān)測”為原則，確保所采集樣品能夠全面反映該河道底泥的整體狀況。因此，共選取11個采樣點位，在各采樣點使用重力柱狀底泥采樣器(型號為CORER-60)對河道底泥進行采集，采集上來后取淤泥層和黏土層泥樣各200 g以上，用封口袋密封后帶回實驗室(4 ℃)保存?zhèn)錅y。共采集22個樣品，采樣點布置如圖1。根據(jù)安溶涇底泥分層特點及底泥顏色塑性，污泥層采樣深度為0～10 cm，黏土層采樣深度平均為40 cm。

圖1 安溶涇干支流采樣點位Fig.1 Sampling points of Anrongjing River

2.2 評價方法

(1)單項污染指數(shù)法。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018)[3]和《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB 4284—2018)[4]，采用單項污染指數(shù)法對底泥重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As)檢測結(jié)果進行評價分析。

(2)潛在生態(tài)風險指數(shù)法。本文采用潛在生態(tài)風險指數(shù)法對底泥重金屬污染程度進行評價，該方法是目前最為常用的評價重金屬污染程度的方法之一[5-8]。它充分考慮了沉積物中重金屬的毒性、生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)。潛在生態(tài)風險指數(shù)RI的計算公式為

(1)

潛在生態(tài)危害系數(shù)在描述單個污染物污染程度時，從低到高分為5個等級；而潛在生態(tài)危害指數(shù)在描述某一點多個污染物潛在生態(tài)危害系數(shù)的綜合值時，可分為4個等級，兩者的分級標準見表1。

表1 潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)分級標準Table 1 Grading standards of potential ecological risk coefficient and potential ecological risk index

3 結(jié)果與討論

3.1 底泥重金屬含量分布特征

3.1.1 底泥重金屬含量總體特征

安溶涇及其匯流區(qū)主要土地利用類型為農(nóng)用地，河道水質(zhì)為劣Ⅴ類，主要超標因子為總氮、總磷，重金屬元素并未超標。本次研究采集河道底泥樣品，研究底泥重金屬污染特征，因此本次評價河道底泥重金屬污染情況參考《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018)標準，須進行重金屬的篩選值和管制值評價。安溶涇及其匯流區(qū)底泥重金屬含量見表2，其中：Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As的含量范圍分別為26.700～1 500.000、81.000～4 140.000、8.800～218.000、0.120～14.200、7.680～100.000、0.050～243.000、0.010～3.040、0.001～9.640 mg/kg，平均含量分別為239.72、546.14、65.28、2.25、33.49、84.13、0.42、3.72 mg/kg。調(diào)查區(qū)域底泥中Cu、Zn、Pb、Cd這4種重金屬含量高于風險篩選值范圍。

表2 底泥重金屬含量總體情況Table 2 Concentrations of heavy metals in sediments

3.1.2 底泥重金屬水平分布特征

安溶涇河道底泥檢測結(jié)果如表3所示，底泥重金屬含量高于《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018)標準的主要有Cu、Zn、Pb、Cd。Cu超標的采樣點位為2#、3#、4#、5#、7#、8#，Zn超標的采樣點位為1#、2#、3#、4#、5#、7#，Pb超標的采樣點位為2#、3#、5#、7#，Cd超標的采樣點位為1#、2#、3#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#，Ni超標的采樣點位僅有4#，Cr超標的采樣點位有1#和4#，Hg超標的采樣點位為2#，As不超標。由超標樣品的位置可以看出，安溶涇重金屬主要污染區(qū)域為上游段、2條支流段和支流與干流交匯處(如圖2所示)。

表3 安溶涇河道底泥檢測結(jié)果Table 3 Test results of heavy metals in sediments of Anrongjing River

圖2 底泥重金屬超標區(qū)域Fig.2 Areas with standard-exceeding heavy metal concentrations

3.1.3 底泥重金屬垂向分布特征

根據(jù)污泥黏土表層取樣結(jié)果，Cu超標的采樣點位為3#、4#、5#、7#、8#，Zn超標的采樣點位為1#、3#、4#、5#、8#，Pb超標的采樣點位為5#、7#，Cd超標的采樣點位為1#、2#、5#、7#、8#、9#。從垂向上看，如圖3所示，圖中縱坐標值為各點位重金屬含量與GB 15618—2018中相應(yīng)重金屬篩選值的比值，縱坐標>1,即代表含量超標。橫坐標排列順序為主河道(7#、1#、8#、2#、9#、5#、11#、6#)、北側(cè)支流(4#和10#)、南側(cè)支流(3#)，其中支流與干流交匯點為5#(北側(cè)支流)和2#(南側(cè)支流)。從圖3可看出：

圖3 底泥超標重金屬垂向?qū)Ρ菷ig.3 Vertical comparison of heavy metals in sediments

(1)3#、4#、7#、8#采樣點污泥層和污泥下黏土層的Cu含量均超標，但這幾個采樣點黏土層的Cu含量相較于污泥層有明顯的減少。

(2)3#采樣點污泥層和污泥下黏土層的Zn含量均超標，但黏土層的Zn含量相較于污泥層降低明顯，從1 320 mg/kg降低到525 mg/kg。

(3)污泥層Pb含量超標的2#、3#采樣點，其黏土層的Pb含量均滿足規(guī)范的要求。

(4)2#、3#、5#、6#、7#、8#、10#、11#采樣點的黏土層Cd含量較表層污泥也有一定程度的下降。

(5)上游段監(jiān)測點位(7#、1#、8#)中，可以看出7#采樣點重金屬超標最為嚴重，3個點位Cu和Cd污染最為嚴重，超標倍數(shù)最高達到10倍以上。

(6)南側(cè)支流與主河道交匯處的2#點位，Cu、Zn、Cd嚴重超標，Zn和Cd超標倍數(shù)甚至分別達到16.6和47.7倍。

(7)個別點位黏土層重金屬含量高于污泥層，例如5#黏土層Cu和Pb明顯高于淤泥層。分析其原因可能是受當時拆解業(yè)影響而導致河道內(nèi)黏土層也受到嚴重污染；之前年份進行的河道清淤并未將污染底泥徹底清除，而本次取樣為清淤后重新沉積的淤泥；近年來流域附近工業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)范化，重新沉積的淤泥污染程度遠低于歷史年份，故造成了個別點位黏土層重金屬含量高于污泥層的現(xiàn)象。但總體來說，安溶涇及其匯流區(qū)底泥重金屬大致表現(xiàn)為隨著土層深度的增加，重金屬污染濃度普遍降低。

3.2 底泥重金屬污染聚類分析

河道底泥重金屬元素來源受多種因素控制，像母巖物質(zhì)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動等[9]，同種來源的重金屬之間存在著相關(guān)性，土壤中重金屬含量與土壤性質(zhì)的相關(guān)性除受元素本身性質(zhì)影響外，還與元素所處的環(huán)境和來源有很大的關(guān)系[10]。聚類分析方法已被廣泛應(yīng)用于分析重金屬元素的相關(guān)關(guān)系并對其來源進行解析[11-12]。對8種重金屬進行聚類分析，結(jié)果用系統(tǒng)樹狀圖表示(見圖4)。根據(jù)分析結(jié)果，可將重金屬分為2類：Zn和其他重金屬(Cd、As、Hg、Ni、Pb、Cr、Cu)。Zn和其他重金屬來源不同，而其他7種重金屬受同一因素影響。Cu、Zn、Cd、Hg、Cr、Pb等重金屬元素是電子產(chǎn)品及其廢棄物的重要成分，臺州安溶涇河道底泥重金屬污染與該地區(qū)電子加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著密不可分的關(guān)系，聚類分析的結(jié)果也表明7種重金屬元素同源，Zn表現(xiàn)出的差異性可能與底泥受到其他工業(yè)活動的影響較明顯有關(guān)。

圖4 底泥重金屬聚類分析結(jié)果Fig.4 Result of cluster analysis of heavy metals in sediments

3.3 底泥重金屬的潛在生態(tài)危害

表4 安溶涇及其匯流區(qū)底泥重金屬潛在生態(tài)危害 評價結(jié)果Table 4 Evaluation result of potential ecological risk of heavy metals in sediments of Anronging River and confluence area

對照表1和表4，單個重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)表明：除了Cu、Cd 2種重金屬外，其他重金屬元素均只具有輕度的生態(tài)危險性，對河道幾乎不構(gòu)成潛在生態(tài)危害，但2#、3#、7#點位的Cu元素和2#、3#、5#、6#、7#、8#、10#、11#點位的Cd元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)屬于強和很強，甚至極強的潛在生態(tài)危害程度，對河道生態(tài)和水質(zhì)有較嚴重的潛在危害。安溶涇及其匯流區(qū)河道的源頭、2條支流及支流與主河道交匯處底泥Cd和Cu的受污染程度較嚴重，特別是1#和2#點位的Cd污染更是達到了極度生態(tài)危害級別，需要特別關(guān)注其危害性。

4 結(jié) 論

(1)調(diào)查區(qū)域底泥中Cu、Zn、Pb、Cd這4種重金屬含量高于風險篩選值范圍。

(2)從平面上看，安溶涇重金屬主要污染區(qū)域為上游段、2條支流段和支流與干流交匯處；從垂向上看，安溶涇底泥重金屬大致表現(xiàn)為隨著土層深度的增加，重金屬濃度普遍降低。

(3)除了Cu、Cd 2種重金屬外，其他重金屬元素均只具有輕度的生態(tài)危險性，對河道幾乎不構(gòu)成潛在生態(tài)危害，2#、3#、7#點位的Cu元素和2#、3#、5#、6#、7#、8#、10#、11#點位的Cd元素的生態(tài)危害指數(shù)屬于強和很強，甚至極強的潛在生態(tài)危害程度，對河道生態(tài)和水質(zhì)有較嚴重的潛在危害。1#和2#點位的Cd污染達到了極度生態(tài)危害級別，需要特別關(guān)注其危害性。