沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方式方法初探

李歡 陳亮

摘要 本文擬對(duì)河流沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方式方法做了綜述，提出了沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)步驟，即第一步確定背景值，第二步定測(cè)量方法，第三步確定合適的評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)三步走以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染情況。

關(guān)鍵詞 沉積物；重金屬；評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：X-1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The evaluation methods of heavy metals in sediment

Li Huan1， Chen Liang 2

（1Changsha Environmental Protection College， Changsha， Hunan 410004， China；2 Hunan environmental protection science research institute，Changsha， Hunan 410004， China

Abstract This article review evaluation methods of heavy metals in sediment.Put forward the evaluation procedure of heavy metal in sediment.It need to make sure of the background value， and then measuring method， finally to determine the appropriate evaluation method， in order to accurately evaluate sediments of heavy metal pollution.

Key words Sediment；Heavy metals； Pollution evaluation；methods

近年來(lái)，河流沉積物中重金屬的污染防治問(wèn)題取得了一定的研究進(jìn)展。本文擬對(duì)河流沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方式方法做了綜述，以期進(jìn)一步推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。對(duì)于重金屬的污染評(píng)價(jià)可以分三步走，先確定背景值，再定測(cè)量方法，最后確定合適的評(píng)價(jià)方法做出科學(xué)的判斷。

1.重金屬元素背景值及其確定方法

重金屬環(huán)境背景值是指水體、土壤、巖石、生物等在未受污染和破壞的情況下，各種地質(zhì)、地球化學(xué)作用，如地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)、巖石風(fēng)化、侵蝕及水動(dòng)力作用等自然過(guò)程作用的結(jié)果，形成了重金屬元素的自然豐度和分布狀態(tài)[1]。Matschullat等[2]認(rèn)為，背景值并不一定等于樣品中元素與組分的最低含量，背景值只是區(qū)別樣品中自然存在和人為因子影響元素或組分含量的一種相對(duì)測(cè)度，并強(qiáng)調(diào)不同區(qū)域背景值的差異。

作者簡(jiǎn)介：李歡（1983-），女，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、工程師，研究方向：重金屬污染治理、水處理技術(shù)、環(huán)境規(guī)劃。地址：長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程系，410004.郵箱562025490@qq.com。

重金屬背景值是研究與評(píng)價(jià)環(huán)境中重金屬污染和制定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提和基礎(chǔ)。許多學(xué)者曾用頁(yè)巖的平均組成[3]或地殼重金屬元素的平均豐度[4]作為全球沉積物的比較基準(zhǔn)。但這種單一基準(zhǔn)忽視了不同地區(qū)間固有的地球化學(xué)特征差異，易導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果的產(chǎn)生。在實(shí)際工作中，人們傾向于采用區(qū)域背景值。確定既定河流沉積物重金屬元素背景值的基本方法有兩種：①以未受污染流域沉積物重金屬含量作為背景值[5]；②通過(guò)取柱狀樣獲取工業(yè)化以前的沉積物樣品，以其中重金屬含量作為背景值[6]。

2.沉積物中重金屬測(cè)定方法

重金屬檢測(cè)方法主要有原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法和ICP-AES、ICP-MS等[7]。各類(lèi)測(cè)定方法比較見(jiàn)表1。

表1 各類(lèi)沉積物重金屬測(cè)定方法比較

方法名稱(chēng) 特點(diǎn) 應(yīng)用

原子吸收光譜法 檢測(cè)限低， 方法精密度和重現(xiàn)性良好，但由于一次只能檢測(cè)一種元素， 不適宜大批量樣品多元素檢測(cè)。 樣品單一元素測(cè)定

石墨爐原子吸收光譜法 檢測(cè)限低， 方法精密度和重現(xiàn)性良好，但由于一次只能檢測(cè)一種元素， 不適宜大批量樣品多元素檢測(cè)。 樣品單一元素測(cè)定

ICP-AES 能同時(shí)進(jìn)行多元素檢測(cè)， 但由于檢出限相對(duì)較高， 不能滿(mǎn)足樣品中痕量元素的直接檢測(cè)需求。 樣品多元素、非痕量元素測(cè)定

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS） 檢測(cè)限低、動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍寬、干擾少且易消除等優(yōu)點(diǎn)[8] 適用于多元素檢測(cè)。目前已經(jīng)在環(huán)境分析、衛(wèi)生防疫方面有廣泛的應(yīng)用[9]

由表1可以看出，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，對(duì)于重金屬測(cè)定，最適宜選擇的是檢測(cè)限低、動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍寬、干擾少且能同時(shí)進(jìn)行多元素檢測(cè)的電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）。

但是對(duì)于沉積物中重金屬元素的測(cè)定，不同區(qū)域或同一區(qū)域不同實(shí)驗(yàn)室間所測(cè)數(shù)據(jù)差別較大。故在將數(shù)值測(cè)定出來(lái)之后，還需對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理[10]，使不同沉積特征的沉積物中的重金屬含量具有可比性。歸一化的前提是在自然條件下重金屬總量與歸一化因子之間有良好的正相關(guān)性。目前，沉積物中重金屬的歸一化主要有兩種方法，一種是用保守元素對(duì)沉積物中的重金屬含量進(jìn)行歸一化，一種是以粒度組成對(duì)沉積物中的重金屬含量進(jìn)行歸一化。

3.沉積物中重金屬污染評(píng)價(jià)方法

開(kāi)展沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)的第三步為確定適合該沉積物特性的重金屬污染評(píng)價(jià)方法。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方法很多[11]，常用且具有代表性的主要有： 沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)法、地累積指數(shù)法[12]、沉積物富集系數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法[13]、回歸過(guò)量分析法[14]、臉譜圖法、污染負(fù)荷指數(shù)法、生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)法、綜合響應(yīng)因子法、次生相與原生相分布比值法、次生相富集系數(shù)法等[15]等，這些評(píng)價(jià)方法各具特色，但迄今為止尚沒(méi)有成熟的方法和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[16]。表2介紹了幾種主要的重金屬污染評(píng)價(jià)方法特點(diǎn)。

表2 主要的重金屬污染評(píng)價(jià)方法

方法名稱(chēng) 特點(diǎn)及應(yīng)用

地累積指數(shù)法 側(cè)重于單一的元素的評(píng)價(jià)，忽視區(qū)域差異、不同元素的污染貢獻(xiàn)比率和對(duì)生物的有效性，不能反映重金屬來(lái)源、化學(xué)活性和生物可利用性；考慮了成巖作用對(duì)土壤背景值的影響。

沉積物富集系數(shù)法（SEF） 不能有效地評(píng)價(jià)重金屬的遷移特性和可能的潛在態(tài)危害；可以一般地了解重金屬的污染程度，難以區(qū)分沉積物中重金屬的自然來(lái)源和人為來(lái)源，難以反映沉積物中重金屬的化學(xué)活性和生物可利用性。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法（PERI） 簡(jiǎn)便、快速且較為準(zhǔn)確；但在評(píng)價(jià)中未考慮部分因素的影響，如水文、地貌等沉積環(huán)境條件對(duì)元素地球化學(xué)分布的影響

次生相與原生相分布比值法（RSP） 適用于小區(qū)域的同源沉積物

水體沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)（SQC）法 易于定量化和模型化，結(jié)合重金屬存在形態(tài)分析，可很好地反映沉積物來(lái)源和背景差異；但由于該方法是建立在3個(gè)基本經(jīng)驗(yàn)假設(shè)基礎(chǔ)上的，會(huì)帶來(lái)某些不確定性和誤差；另外，該方法沒(méi)有考慮“硬度”和環(huán)境pH值的影響。

SEM /AVS法 它可以解釋厭氧沉積物中重金屬產(chǎn)生生物毒性的原因；但該方法不能評(píng)價(jià)規(guī)定以外的二價(jià)金屬離子的毒性。

4.討論

按照三步走的評(píng)價(jià)步驟，為達(dá)到最優(yōu)的評(píng)價(jià)效果，建議在評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染情況時(shí)，應(yīng)根據(jù)各類(lèi)評(píng)價(jià)方法自身的特點(diǎn)、適用條件、應(yīng)用價(jià)值和局限性，按不同的目的和要求合理選擇評(píng)價(jià)方法，必要時(shí)可以采取多種評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

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作者簡(jiǎn)介：李歡（1983-），女，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、工程師，研究方向：重金屬污染治理、水處理技術(shù)、環(huán)境規(guī)劃。