有效態(tài)與TCLP法評(píng)價(jià)沉積物重金屬生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

徐文斌

（成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

河道沉積物是水環(huán)境的主要組成部分。它們可以為河流中的各種生物提供養(yǎng)分，也可以儲(chǔ)存有毒和有害的物質(zhì)[1]。進(jìn)入水體中的重金屬會(huì)通過(guò)吸附和絮凝過(guò)程而在沉積物中累積[2]。重金屬污染主要體現(xiàn)在水污染中，污水排放的重金屬會(huì)積聚在浮游植物或底下污泥中，然后被魚類或貝類表面吸收，造成食物鏈的集中，造成公共危害。作為一個(gè)人身體直接或間接攝取重金屬元素，并在人體內(nèi)累積到一定程度，可造成人體慢性中毒。因此，沉積物中重金屬含量已成為判斷水環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要因素。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于河流沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方法很多種，包括：潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法地累積指數(shù)法、回歸過(guò)量分析法和沉積物富集系數(shù)法等，這些評(píng)價(jià)方法有其自身的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和局限性。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和提取方法在重金屬生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用。BCR提取方法在過(guò)程長(zhǎng)、時(shí)間長(zhǎng)、元素再分配等方面存在缺陷。TCLP法是一種有效評(píng)價(jià)沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的簡(jiǎn)便、快速方法，在美國(guó)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用?；诖?，本次研究采用TCLP法和有效態(tài)對(duì)研究對(duì)象沉積物中重金屬生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)開展評(píng)價(jià)。研究結(jié)果可為改善和恢復(fù)河流流域生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

（1）沉積物樣品的采集與制備。沉積物共采集三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性地方的五個(gè)沉積物樣品。采樣點(diǎn)為河流分支水庫(kù)上下游、大橋下、河畔化工廠排污口下上20m。采樣時(shí)采集河流沉積物挑揀出沉積物中的雜質(zhì)，采集的沉積物當(dāng)日及時(shí)送回實(shí)驗(yàn)室陰涼通風(fēng)處，避光保存。等到沉積物樣品自然陰干后，將沉積物研磨成粉末狀去除樹葉、小石頭等雜質(zhì)。將研磨好的沉積物樣品經(jīng)過(guò)100目的篩子過(guò)濾后裝入密封袋中用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

（2）TCLP提取步驟。在200ml錐型瓶中準(zhǔn)確稱量5g過(guò)100目篩的沉淀物樣品。在錐形瓶中加入100ml萃取劑，確保萃取劑與土壤樣品的比例為20：1將錐形瓶置于振蕩器上并在室溫下（18±2）h以30±2r/min振蕩。振蕩結(jié)束，將混合液通過(guò)中速定量濾紙過(guò)濾，并通過(guò)ICP-MS測(cè)量提取物中重金屬的含量。每份樣品測(cè)定三次。

2 結(jié)果與討論

（1）有效態(tài)Cd、Pb和Zn含量及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。結(jié)果顯示沉積物中有效態(tài)Cd、Pb、Zn的含量分別在0.110mg/kg～0.175mg/kg、3.508mg/kg～12.379mg/kg和3.914mg/kg～20.979mg/kg之間，算數(shù)平均數(shù)分別為0.149mg/kg、8.068mg/kg和12.395mg/kg。采集的五個(gè)樣品Cd含量沒(méi)有很明顯的差別，河流分支水庫(kù)上下游樣品與大橋下樣品沉積物中Pb和Zn的含量明顯高于河畔化工廠排污口的兩個(gè)沉積物樣品，其中河流分支水庫(kù)樣品的尤為明顯。通過(guò)計(jì)算的結(jié)果可以看出土壤中Cd、Pb、Zn的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) 在21.99～35.01、0.625～2.210、0.112～0.599之間。由結(jié)果可以看出沉積物中三種重金屬的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)全部都小于40，所以它們的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)沉積物樣品中Cd的單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)要明顯大于其他重金屬，主要原因是由于Cd的毒性響應(yīng)系數(shù)分別是Pb、Zn的六倍和三十倍，明顯大與其他兩種金屬。另外土壤重金屬的RI在24.375～37.819之間，全都小于150，所以沉積物綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低。通過(guò)沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)比，兩種指數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)全都是低，說(shuō)明基于重金屬有效態(tài)分析河流沉積物重金屬無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）TCLP法提取的重金屬特征及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。測(cè)得沉積物pH值在6.18～6.60之間，全都屬于弱酸性且所有的樣品pH都大于5，所以五個(gè)樣品的提取劑將選用冰醋酸作為提取劑。沉積物中Cd、Pb、Zn的TCLP提取的重金屬含量分別在 0.367mg/kg～1.280mg/kg、14.900mg/kg～34.280mg/kg、22.267mg/kg～106.197mg/kg之間，平均值分別為0.800mg/kg、27.122mg/kg、63.755mg/kg。與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比發(fā)現(xiàn)沉積物中水庫(kù)上下游的兩個(gè)樣品Cd含量超標(biāo)，其他三個(gè)樣品全都低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值。而五個(gè)樣品中的Pb、Zn的含量均超標(biāo)，且水庫(kù)上下游和大橋下的三個(gè)樣品均嚴(yán)重超標(biāo)。沉積物的內(nèi)梅羅綜合污染指在3.297～6.856之間全都超過(guò)3，沉積物污染等級(jí)為重度污染。沉積物重金屬Pb、Zn的含量均嚴(yán)重超標(biāo)對(duì)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的貢獻(xiàn)非常大，導(dǎo)致沉積物的污染等級(jí)全都為嚴(yán)重污染。

綜上所述，通過(guò)兩種方法的結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，水庫(kù)上下游的重金屬含量都大于大橋下和排污口，推測(cè)原因是由于水庫(kù)長(zhǎng)期攔截來(lái)自市區(qū)段的河水，而流經(jīng)市區(qū)的河水不僅受到市區(qū)居民生活污水的污染，通過(guò)沉降和絮凝等物理、化學(xué)和生物過(guò)程，重金屬會(huì)大量富集。此外，通過(guò)對(duì)比基于TCLP法評(píng)價(jià)的土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與基于有效態(tài)評(píng)價(jià)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者的誤差比較大，原因?yàn)榛赥CLP的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值比較嚴(yán)格，而農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)采用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值比較寬松所致。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)河流沉積物中Cd超標(biāo)率為60%，Zn的超標(biāo)率為20%，Pb的含量都在安全值范圍內(nèi)。根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，沉積物中三種重金屬的均為低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）TCLP提取沉積物中Cd、Pb和Zn含量，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，沉積物中水庫(kù)上下游的兩個(gè)樣品Cd含量大于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值；所有沉積物樣品中的Pb、Zn的含量均大于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)域河段的沉積物為重度污染。

（3）根據(jù)有效態(tài)和TCLP提取的重金屬含量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，兩種評(píng)價(jià)方法存在一些差異，但綜合兩種評(píng)價(jià)結(jié)果，研究對(duì)象確實(shí)存在污染的風(fēng)險(xiǎn)。