太平湖底質(zhì)中重金屬污染評價(jià)

林芳

摘 要：為了解太平湖底質(zhì)中的汞、砷污染現(xiàn)狀，本文采用原子熒光光光度法，對太平湖及其支流8個(gè)點(diǎn)位底泥中的汞、砷含量進(jìn)行測定。結(jié)果表明：太平湖底質(zhì)中的汞的含量為0.14～0.39 mg/kg，砷含量為0.64～15.32 mg/kg。同時(shí)，采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評估太平湖底質(zhì)中汞、砷的污染水平和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。評估結(jié)果顯示：太平湖底質(zhì)未受到汞污染，潛在生態(tài)影響較小;太平湖底質(zhì)未受到砷污染，潛在生態(tài)影響很低。

關(guān)鍵詞：汞;砷;底質(zhì);生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估

Abstract： In order to understand the pollution status of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake， the contents of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake and its tributaries were determined by atomic fluorescence spectrometry. The results show that the contents of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake are 0.14 ～ 0.39 mg/kg and 0.64 ～ 15.32 mg/kg respectively. Meanwhile， the pollution level and ecological risk of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake were evaluated by geoaccumulation index and potential ecological hazard index. The results show that the sediment of Taiping Lake is not polluted by mercury， and the potential ecological impact is small. The sediment of Taiping Lake is not polluted by arsenic， and its potential ecological impact is very low.

Keywords： mercury; arsenic; sediment; ecological risk assessment

太平湖地處皖南腹地黃山和九華山之間，地勢自南向北漸低，主要支流有浦溪河、清溪河、舒溪河、麻川河、秧溪河等。本文主要研究太平湖底質(zhì)中砷、汞污染現(xiàn)狀，現(xiàn)對8個(gè)不同位置的底泥進(jìn)行砷、汞元素測定，并采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對其進(jìn)行分析評價(jià)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

1.1.1 地理位置。太平湖位于安徽省黃山市黃山區(qū)太平湖鎮(zhèn)，五大支流在此匯集，支流主要為浦溪河、清溪河、舒溪河、麻川河、秧溪河等。太平湖國家濕地公園總面積為98.5 km3，水面面積為88.6 km2，平均水深為40 m，最深處為70 m，年蓄水量為24億m3。

1.1.2 地形地貌。在構(gòu)造上，太平湖國家濕地公園屬于江南臺(tái)背斜，成陸年代較早，是一個(gè)穩(wěn)定的上升地區(qū)。黃山及其余脈在流域內(nèi)綿延起伏，地形起伏多變，地貌以中低山丘陵枝狀分布和山間盆地鑲嵌分布的格局為主。整個(gè)地勢呈現(xiàn)出四周高中間低的特點(diǎn)。南邊為黃山山脈的主峰，最高峰蓮花峰海拔1 873 m;游山海拔866 m;東部欄干石海拔1 398 m。

1.1.3 采樣時(shí)間與地點(diǎn)。采樣時(shí)間為2020年9月29日和30日。本次采樣設(shè)8個(gè)采樣點(diǎn)位，太平湖湖區(qū)設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，分別為湖1、湖2、湖3，其余5個(gè)點(diǎn)位設(shè)在太平湖5條支流上，分別在密巖關(guān)（浦溪河）、桂家（清溪河）、佘溪大橋（舒溪河）、外浮渡口（麻川河）、河口村（秧溪河）。采集土壤時(shí)，采用GPS定位儀定位。采用此布設(shè)方法，能全面地反映太平湖流域砷、汞污染狀況。點(diǎn)位對應(yīng)經(jīng)緯度如表1所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 儀器與試劑。系列原子熒光光度計(jì)（PF5），北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;砷特種空心陰極燈，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;汞特種空心陰極燈，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;微波消解儀（WX-8000），上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司;電子天平（AX224ZH/E），奧斯豪公司;超純水機(jī)（Aquapro 2S），艾科浦公司。實(shí)驗(yàn)所用的玻璃儀器用10%硝酸溶液浸泡24 h，蒸餾水洗凈備用。

實(shí)驗(yàn)所用的試劑為硝酸、鹽酸、硼氫化鉀、氫氧化鉀。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液。汞標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度為1 000 mg/L;汞標(biāo)準(zhǔn)使用液：濃度為1 μg/L;砷標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度為1 000 mg/L;砷標(biāo)準(zhǔn)使用液：濃度為10 μg/L。

1.2.3 試劑配制。氫氧化鉀溶液：濃度為5%;硼氫化鉀溶液：濃度為1%;載液：濃度為10%。

1.3 太平湖底質(zhì)的預(yù)處理

1.3.1 樣品制備。本研究按照《海洋監(jiān)測規(guī)范 第3部分：樣品采集、貯存與運(yùn)輸》（GB 17378.3—2007）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行沉積物樣品的采集[1]。研究者利用抓斗進(jìn)行湖底淤泥采集，采集后的淤泥用黑色塑料袋暫存，在實(shí)驗(yàn)室將采集后樣品置于托盤中風(fēng)干，研磨，過100目篩，用塑料袋貼標(biāo)簽保存。

1.3.2 樣品的消解。經(jīng)查閱《微波消解使用手冊》得知試樣消解較優(yōu)條件[2]，在防酸通風(fēng)櫥中準(zhǔn)確稱取風(fēng)干、過0.150 mm篩孔的土樣0.1 g置于微波消解罐中，依次加入6 mL濃鹽酸、2 mL濃硝酸，搖勻。將消解罐按規(guī)定程序裝入微波消解儀中，并將消解儀連接到傳感器。按照《微波消解儀使用說明書》設(shè)定儀器升溫參數(shù)，程序設(shè)定詳見表2。各升溫程序執(zhí)行結(jié)束后，設(shè)備開始冷卻。待罐內(nèi)溫度降至80 ℃后在通風(fēng)櫥中取出，等溫度降至更低時(shí)緩慢打開消解罐蓋，將消解后的液體轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，并多次洗滌消解罐[3]。

1.4 原理

1.4.1 方法原理。汞：在鹽酸溶液中，二價(jià)汞離子能和硼氫化鈉反應(yīng)生成反應(yīng)生成原子態(tài)汞蒸汽，被氬氣載入原子化器中，在汞特種空心陰極燈照射之后，基態(tài)Hg受到激發(fā)處于高能態(tài)，由高能態(tài)轉(zhuǎn)為基態(tài)的過程中會(huì)發(fā)出熒光。其熒光強(qiáng)度在固定條件下與被測液中的汞濃度成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量[4]。

砷：在鹽酸溶液中，三價(jià)砷離子能和硼氫化鈉反應(yīng)生成砷化氫（AsH3），接著進(jìn)入石英原子器中，在高溫環(huán)境下分解成原子砷。在特制砷陰極燈照射以后，基態(tài)As受到激發(fā)而處于高能態(tài)，由高能態(tài)轉(zhuǎn)為基態(tài)的過程中會(huì)發(fā)出熒光。其熒光強(qiáng)度在固定條件下與被測液中的砷濃度成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量[5]。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線。汞標(biāo)準(zhǔn)曲線：測定時(shí)儀器配有自動(dòng)進(jìn)樣器，在軟件設(shè)置頁面設(shè)置濃度為1 μg/L，并分別設(shè)定汞濃度為：0 μg/L、0.1 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.8 μg/L、1.0 μg/L。用熒光強(qiáng)度值和汞標(biāo)準(zhǔn)系列濃度制作標(biāo)準(zhǔn)曲線[6]。經(jīng)測定，汞的標(biāo)準(zhǔn)曲線校正方程為：

砷標(biāo)準(zhǔn)曲線：測定時(shí)儀器配有自動(dòng)進(jìn)樣器，在軟件設(shè)置頁面設(shè)置濃度為10 μg/L，并分別設(shè)定砷濃度為：0、2.0、4.0、8.0、10.0、20.0 μg/L。用熒光強(qiáng)度值和汞標(biāo)準(zhǔn)系列濃度制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，經(jīng)測定砷的標(biāo)準(zhǔn)曲線校正方程為：

1.4.3 樣品測定及質(zhì)控措施。測定試樣時(shí)，對每個(gè)樣品進(jìn)行平行樣的測定，誤差小于10%視為合格，并在消解土樣時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為質(zhì)控樣品，測定元素的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的元素濃度誤差率在10%之內(nèi)視為合格，本次采用中國計(jì)量科學(xué)研究所認(rèn)定的水系沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW-07309 GSD-9），單位為mg/kg，其中，汞元素的認(rèn)定值為（0.083±0.009） mg/kg，砷元素的認(rèn)定值為（8.4±0.9） mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、樣品空白連同樣品同時(shí)消解，定容后用0.45 μm水系濾膜抽濾定容好的試樣溶液至測定管，將測定管置于自動(dòng)進(jìn)樣器[7]。

1.5 計(jì)算和評價(jià)方法

1.5.1 汞、砷含量計(jì)算。砷、汞的含量計(jì)算公式：

1.5.2 評價(jià)方法。本研究利用德國學(xué)者M(jìn)uller提出的地累積指數(shù)法與瑞典地球化學(xué)家Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法來反映太平湖底質(zhì)中砷、汞的污染程度和潛在風(fēng)險(xiǎn)[8]。

地累積指數(shù)法：地累積指數(shù)能體現(xiàn)太平湖底質(zhì)中某元素的污染程度，其計(jì)算方法為：

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果

將測定的試樣濃度帶入式（3），計(jì)算得出的結(jié)果如表3所示。

2.2 分析

2.2.1 評價(jià)方法。根據(jù)太平湖底質(zhì)中汞、砷含量的實(shí)測值，采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對研究區(qū)汞、砷污染進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表4，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)摘錄見表5。

2.2.2 太平湖底質(zhì)中汞污染評價(jià)。太平湖底質(zhì)中汞含量及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)見表6。由表6可知，汞含量在0.14～0.39 mg/kg，平均含量為0.25 mg/kg，其中最大值在河口村（秧溪河），最小值在湖1。黃山市土壤背景值參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018），汞的背景值為0.15 mg/kg。太平湖底質(zhì)中汞含量分布無明顯規(guī)律，五條支流的汞含量大于湖中三個(gè)點(diǎn)的含量。分析原因可能是多方面的：支流周圍有耕種的農(nóng)田，含汞農(nóng)藥的使用、含汞化肥的使用可能造成周圍水體存在汞污染;支流沿岸居民使用含汞燃煤或者是向水體排放含汞廢水、廢渣，導(dǎo)致支流中的汞含量大于背景值;支流沿岸的工業(yè)企業(yè)排放含汞的污水，造成汞含量大于背景值。

從地累積指數(shù)法評價(jià)結(jié)果可知，8個(gè)采樣點(diǎn)位的污染指數(shù)均在0以下，污染程度較低;潛在生態(tài)指數(shù)法評價(jià)顯示，太平湖底質(zhì)外浮渡口（麻川河）、河口村（秧溪河）兩個(gè)點(diǎn)位[Er]值大于90，潛在生態(tài)危害程度為重，湖1點(diǎn)位潛在生態(tài)危害程度為輕，其他點(diǎn)位潛在危害程度中等?？偟膩碚f，太平湖及其支流汞潛在生態(tài)影響中等，污染程度為清潔。

2.2.3 太平湖底質(zhì)中砷污染評價(jià)。太平湖底泥中的砷含量及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)見表7。從表7可知，砷含量在0.64～15.32 mg/kg，平均含量為10.69 mg/kg，其中最大值在外浮渡口（麻川河），最小值在湖1。黃山市土壤背景值參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018），砷的背景值為15 mg/kg。太平湖底質(zhì)中砷含量分布無明顯規(guī)律，五條支流的砷含量大于湖中三個(gè)點(diǎn)的含量。經(jīng)分析，原因可能是多方面的：煤的燃燒或者是含砷農(nóng)藥的使用;河流砷元素本底含量較高;來源于城市污水排放。

從地累積指數(shù)法評價(jià)結(jié)果可知：8個(gè)采樣點(diǎn)位污染指數(shù)均在0以下，污染程度非常低;潛在生態(tài)指數(shù)法評價(jià)顯示：太平湖底質(zhì)及其支流底質(zhì)的潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，所有點(diǎn)位底質(zhì)評價(jià)結(jié)果顯示潛在生態(tài)危害程度為輕度，潛在生態(tài)影響非常小?？偟膩碚f，地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)系數(shù)法顯示一致，太平湖區(qū)域無砷污染。

3 結(jié)論

①太平湖及其支流汞潛在生態(tài)影響中等，污染程度為清潔。為此，有關(guān)部門要加強(qiáng)管理，對農(nóng)藥的施用加以控制，對太平湖支流及其沿岸的工業(yè)企業(yè)加強(qiáng)巡查，減少污水排入太平湖流域，減少其潛在危險(xiǎn)程度。

②地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)系數(shù)法顯示一致，太平湖區(qū)域無砷污染。

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