對廣州地區(qū)水域沉積物重金屬污染源及污染評價分析

劉志才

廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060

1 材料和方法

1.1 采樣及處理

在廣州地區(qū)的水域中設(shè)置23個站點進(jìn)行樣品采集，這些站點覆蓋了廣州東山、海珠、荔灣、天河等區(qū)。每個站點采集三個樣品，一個是進(jìn)行粒度分析，一個是進(jìn)行鋅、鉻、鉛等重金屬的含量分析，一個是實驗室備份。將采集的樣品放置在塑料瓶中，帶回實驗室進(jìn)行細(xì)致分析，并將備份樣品放置在-20℃的環(huán)境中儲存。樣品采集方法為：用重力抓斗式采泥器在采集點采泥，并用塑料鏟子取出采泥器中的底泥，將其封裝到聚乙烯瓶中。

在樣品分析之前，需要對其進(jìn)行前處理。運用冷凍干燥機(jī)將沉積物樣品干燥到恒定中毒，剔除樣品中的砂子、石子等雜物，然后在每一份樣品中稱取0.3g的3份樣品到消化罐中，往每一個消化罐中加入4.5cm3濃硝酸、1.5cm3氫氟酸、1cm3雙氧水和1cm3鹽酸鹽，對其進(jìn)行酸消解，消解液過濾后定容到100cm3，轉(zhuǎn)移到小口的塑料瓶中，并放到4℃環(huán)境下冷藏，進(jìn)行重金屬污染物分析。

1.2 評價方法

在水域重金屬污染情況的評價上，采用Hakanson提出來的沉積物評價方法，對廣州地區(qū)水域的沉積物重金屬污染帶來的生態(tài)風(fēng)險和危害進(jìn)行系統(tǒng)分析，并將潛在生態(tài)危害分成5個等級。

2 結(jié)果

2.1 重金屬沉積物的粒度特征

廣州地區(qū)水域的沉積物主要有泥、粉砂、砂質(zhì)粉砂、礫砂質(zhì)泥、泥礫質(zhì)礪等品種，其中，前三者分布最廣，幾乎占研究區(qū)域的80%以上。在空間分布上，水動力較強的河口、灣口等地區(qū)沉積物含量較少，而在水動力較大的區(qū)域中，細(xì)粒級組分分布較為均勻，含量也較高。

廣州地區(qū)水域的沉積物中重金屬的來源主要是工業(yè)污水、生活污水等人為排污，人為排污一定程度上改變了沉積物中細(xì)粒級組分的比例，重金屬含量隨著時間的推移逐漸累積，人為排污對重金屬的分布產(chǎn)生重大影響，而不同區(qū)域的人為排污存在一定區(qū)別，這就使得重金屬元素分布存在區(qū)域差異，不同區(qū)域的重金屬含量不同，使得沉積物粒徑與重金屬分布的相關(guān)性不強。

2.2 重金屬沉積物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律

廣州地區(qū)水域的沉積物中重金屬污染物主要有Cu、Cr、Cd、Zn、Pb、Hg、As、Ni，其中，Zn、Cu、Pb的含量較高，占了總沉積物的絕大部分，圖1為Zn、Cr、Cu、Pb、Ni這5種重金屬的含量沿程分布示意圖。從圖中可以看出，這5種污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律基本一致，相差不大，高值區(qū)出現(xiàn)在5#和6#斷面之間的干流河道、石井河下游河段中，低值區(qū)則出現(xiàn)在1#與2#斷面之間、19#至10#斷面之間的干流河道、石井河上游河段中。

2.3 重金屬沉積物的橫向分布規(guī)律

對重金屬沉積物進(jìn)行橫向分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)斷面中各種重金屬污染物在不同采樣點的分布規(guī)律變化不大。如圖1所示，絕大多數(shù)的重金屬污染物最高值和最低值出現(xiàn)在同一個采樣點上，這一特征說明：廣州地區(qū)水域的重金屬污染源排放的污染物中含有多種重金屬元素，在長時間的積累下，使得重金屬污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加。另外，各種重金屬污染物最高值多出現(xiàn)在靠岸的采樣點上，且多在左岸，這是因為左岸毗鄰廣州市，人口眾多，而城市建設(shè)發(fā)展離不開工業(yè)發(fā)展，工業(yè)發(fā)展又帶來污染物的排放，污染物長期直接排放到河流中，逐漸累積起來，最終使得左岸的沉積物中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。最低值多出現(xiàn)在河道中間，出現(xiàn)在左岸的比例約為10%，出現(xiàn)在右岸的比例約為32%，出現(xiàn)在中間的比例約為58%，筆者認(rèn)為這是因為河道中間的流速較大，使得底泥中的大部分懸浮物被釋放出去。

圖1 五種重金屬污染物沿程分布示意圖

2.4 重金屬污染來源

運用主成分分析法對廣州地區(qū)水域沉積物重金屬污染物的可能來源進(jìn)行系統(tǒng)分析。由于廣州是一個高速發(fā)達(dá)的城市，其化工、電力、礦產(chǎn)、印刷等行業(yè)發(fā)展速度快，工廠企業(yè)多，大量的工業(yè)污水被排放到附近水域中，尤其是在海珠區(qū)，其是廣州市的主要工業(yè)區(qū)，大量的造船、冶煉、機(jī)械、漂染等工業(yè)企業(yè)集中于此，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生大量的廢水、廢渣、廢氣，在沒有進(jìn)行徹底的處理后就排放到自然環(huán)境中，造成環(huán)境污染，使得該區(qū)域的水域沉積物中重金屬含量較高。另外，由于廣州人口密集，每天會產(chǎn)生大量的生活污水，這些污水也給水域造成重大污染。生活污水和工業(yè)污水占到入河污染物的94%左右，這表明工業(yè)污水和生活污水是廣州地區(qū)水域沉積物重金屬污染的主要來源。由于廣州地區(qū)水域的人為排污現(xiàn)象較為嚴(yán)重，故而沉積物中的有機(jī)質(zhì)含有大量的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市生活排污帶來的種類繁多、數(shù)量眾多的有機(jī)質(zhì)，這為重金屬的結(jié)合分解提供基礎(chǔ)，進(jìn)而影響到重金屬污染物的分布規(guī)律。

2.5 污染評價

對沉積物重金屬的污染狀況評價上發(fā)現(xiàn)：廣州地區(qū)水域沉積物重金屬污染指數(shù)在18.2～25.0之間，均值為20.7，不同月份的污染指數(shù)有微小的差別。

通過采用Hakanson的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對廣州地區(qū)水域進(jìn)行污染評價分析。由于研究區(qū)域的沉積物相對較穩(wěn)定，故而采用同期的樣品重金屬測試數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，對比該區(qū)域平均土壤參比值進(jìn)行修正，最后得到主要重金屬Cu、Cr、Cd、Zn、Pb、Hg、As、Ni的參比值。通過一系列的計算，計算出重金屬污染物的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，由于該指數(shù)與風(fēng)險程度成正相關(guān)，最后將該區(qū)域的潛在生態(tài)風(fēng)險劃分成極強、很強、強、中等和輕微五個層次。其中，銅、鉻、鋅、鉛的風(fēng)險指數(shù)較低，風(fēng)險程度為輕微；汞、鎘的風(fēng)險指數(shù)較高，且變化幅度大，其風(fēng)險程度分別為輕微-中等、輕微-很強。砷的風(fēng)險指數(shù)處于中等，風(fēng)險程度也為中等。從各個重金屬污染物的風(fēng)險指數(shù)分布情況來看，鎘和汞為主要污染物。從多重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分析上發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前，廣州地區(qū)水域沉積物的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度屬于中等層次，部分區(qū)域?qū)儆谳p微層次，也有部分區(qū)域?qū)儆诤軓妼哟巍?/p>

運用地質(zhì)累積指數(shù)法對廣州地區(qū)各個采樣點的重金屬地質(zhì)累積指數(shù)進(jìn)行分析和計算，結(jié)果表明：Cu的平均污染程度最高，屬于極強層次；Pb、Zn的污染程度較低，屬于輕微層次。從整體上來說，重金屬污染程度屬于中等層次。

3 結(jié)語

人為因素是導(dǎo)致廣州地區(qū)水域沉積物中重金屬污染的主要因素，工業(yè)生產(chǎn)和生活污水排放到附近水域中，在水動力、物理化學(xué)作用等因素的影響下，重金屬元素與泥沙一起沉積到水域的各個地區(qū)。工業(yè)污水和生活污水在進(jìn)入水域后，部分富集到沉積物上，大部分則溶解到水體中，而水域環(huán)境會隨著季節(jié)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，這樣就一定程度上影響了重金屬分布的季節(jié)差異。從污染評價角度來說，廣州地區(qū)水域的生態(tài)潛在風(fēng)險程度為中等，部分重金屬的生態(tài)風(fēng)險程度較高，甚至接近臨界值，影響水生物的健康成長。從單個重金屬污染物來說，含量較高的是Cu、Pb、Zn，而廣州作為我國的重要一線城市之一，其環(huán)境保護(hù)受到社會各界的關(guān)注，要想實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取可行的措施加強水域保護(hù)，開展水域生態(tài)恢復(fù)工程，盡可能降低重金屬污染程度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，維持水域的生態(tài)功能，美化城市環(huán)境，增強城市的投資吸引力，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。