沂河山东段水体中重金属的分布与污染评价

赵振乾　 刘阳　 孙春意等

摘要 [目的]研究沂河山东段水体中重金属Cu、Cr、Pb、Cd、Hg、As的分布和污染状况。[方法]采用ICPOES法测定了沂河山东段水体中重金属Cu、Cr、Pb、Cd、Hg、As的含量，并利用单因子污染指数法对其进行污染评价。[结果]沂河水体中Cu和Cr含量极低，未检测出；Pb、Cd、 Hg、As 4 种重金属元素的平均含量分别为0.023 40、0.000 94、0.006 13和0.043 70 mg/L，分别符合国家Ⅲ类、Ⅰ类、劣Ⅴ类和Ⅰ类地表水质标准；由单因子污染指数法评价得出，河水中Pb和Cd单因子污染指数均小于1，为清洁水平；As单因子指数最大值是1.87，最小值是0.22，综合污染指数为1.50，为轻微污染；Hg单因子指数值均在10以上，最大值为135.6，综合污染指数为105.2，沂河山东段水体受到非常严重的Hg污染。[结论]该研究为沂河沿岸人们的健康及畜牧业的发展提供科学依据和防控基础。

关键词 重金属；分布；污染评价；单因子评价；ICPOES；沂河山东段

中图分类号 S181.3；X142 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）08-02429-03

Distribution and Pollution Assessment of Heavy Metals in the Water of Yihe River in Shandong Province

ZHAO Zhenqian，LI Bao et al （Hedong Supervisor Station of Environmental Protection，Linyi，Shandong 276005； School of Resources & Environment，Linyi University，Linyi，Shandong 276005）

Abstract [Objective] The research aimed to study the distribution and pollution assessment of heavy metals （Cu，Cr，Pb，Cd，Hg，As） in the water of Yihe river in Shandong province.[Method] Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry （ICPOES） method was used to analyze the contents of heavy metals （Cu，Cr，Pb，Cd，Hg，As） in the water of Yihe River in Shandong Province，and their pollution risk was assessed by singlefactor index method.[Result] The contents of Cu and Cr was very low，and undetected by ICPOES，and the average contents of Pb，Cd，Hg，As were 0.023 40，0.000 94，0.006 13 and 0.043 70 mg/L，which could be consonant with the third，first，fifth and first standard of the Chinese Environmental Quality Stand for Surface Water，respectively.By the singlefactor index method，the singlefactor index of Pb and Cd was all less than 1，and proved to be clean leval.The maximum data value of the singlefactor index for As was 1.87，the minimum was 0.22，and the integrated pollution index was 1.50，confirmed minor contamination.The singlefactor index of Hg was all higher than 10，the maximum index was 135.6，and the integrated pollution index was 105.2，which indicated that the Hg pollution in water of Yihe River in Shandong Province was very serious.[Conclusion] The study provides the scientific basis and prevention foundation for the people's health and the development of animal husbandry of the Yihe River coast

Key words heavy metals； Distribution；Pollution assessment；Singlefactor evaluation； ICPOES； Yihe River in Shandong Province

隨着现代工业、采矿、冶炼、电子等行业的发展，以及民用固体废弃物不合理填埋和堆放等，使得大量的重金属进入水体，造成世界范围内河流、湖泊水体重金属的污染[1]。水体中的重金属主要有汞、砷、镉、铅、铜等，其中以汞的毒性最大，砷、镉、铅次之[2]。重金属在水中非常稳定，不能被微生物分解，且可以通过食物链在生物体中逐步浓缩富集，成为持久性污染物[3]。Cu、Cr、Pb、Hg、As、Cd 等有毒重金属在自然水体中迁移、转化、富集，对直接接触环境水体的人群带来很大的健康危害[4]。因此，世界各国均将重金属含量列为重要的水体污染指标，作为检测控制的重要内容。

沂河是淮河流域沂沭泗水系中的较大河流，是山东省境内最大的山洪河道，发源于山东省沂源县鲁山，流经沂源、沂水、沂南、临沂、蒙阴、平邑、费县、郯城等县全部或大部，在郯城县吴道口村南出境入江苏省，全长574 km，具有临沂人民的“母亲河”之称，其环境质量与污染状况直接关系到临沂人们的生命安全和生活质量。另外，沂河也是沿岸两侧农田的主要灌溉水源，其水质状况与人们的日常饮食以及畜牧业发展密切相关。沂河沿岸分散有小型电镀和金属加工企业，其重金属污染对沂河的影响令人堪忧[5]。笔者以沂河山东段水体为研究对象，沿水流方向布设26个采样点，利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICPOES）对水中的Cu、Cr、Pb、Cd、Hg、As 6种元素的浓度进行测定，并采用单因子污染指数法对其风险进行评价，以期为沂河沿岸人们的健康及畜牧业的发展提供科学依据和防控基础。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

1.1.1 样品采集。为提高分析结果的准确性和代表性，根据沂河主要支流的分布特点及流经城市的状况，选择春季枯水期（2013年4月）进行样品采集，自沂河上游至下游按照水流方向选取26个代表性采样点，即在沂河的徐家庄河、南岩河、大张庄河和田庄河4个源头各设1个采样点，在沂河的白马河、汶河、蒙河和祊河各4大支流设一个采样点，在沂河主干河道按水流方向设18个采样点（图1），每个点位采集水样500 ml，将其保存在事先用2%的硝酸洗涤过的聚乙烯瓶中，24 h内带回实验室，4 ℃保存备用。

图1 采样点位布设

1.1.2 样品处理。取摇匀水样100 ml，加入5 ml 浓硝酸，置于电炉上加热，微沸消解10 min，冷却后用快速滤纸过滤，滤纸及悬浮物用1% 的硝酸洗涤数次，洗涤水倒入水样中，然后用3次蒸馏水定容至原体积，待测[3]。

1.2 实验方法

将消解后的水样用美国瓦立安公司（Varian）电感耦合等离子体质谱仪（型号：全谱直读ICPOES VISTAMPX）测定Cu、Cr、Pb、Cd、Hg、As 6种重金属的含量。样品消解过程和测试过程所使用溶剂均为优级纯，溶液配制和洗剂均为实验室自制超纯水。ICPOES 工作前采用双内标Rh 和Re 对分析信号进行校正，RSD在3%以下，測定前验证标准曲线，每种元素的线性相关系数达0.999 9以上，每批样品做1个平行空白和2个标准参考物质，全程采用空白样品进行对照，用以验证数据的准确性。ICPOES 测定Cu、Cr、Pb、Cd、Hg、As 6种元素的检出限分别为0.01、0.02、0.01、0.01、0.02和0.05 μg/L。

1.3 风险评价方法

单因子污染指数法是国内普遍采用的重金属污染程度评价方法之一，该法以《地表水环境质量标准GB 3838-2002》为标准[6]，采用单因子污染指数和综合污染指数进行评价[7]。单因子污染指数的计算公式为Pi=Ci/Si，式中，Pi为单项污染指数，Ci为污染物i的实测值，Si为污染物i的评价标准。综合污染指数的计算公式为P综={[（Ci/Si）2max+（Ci/Si）2ave]/2}1/2，式中，P综为综合污染指数，（Ci/Si）max为最大单项污染指数，（Ci/Si）ave为单项污染指数的平均值。Si以地表水III类水质标准为指标限值，Cu、Cr、Pb、Cd、Hg、As的评价标准分别为0.1、0.05、0.05、0.005、0.0001和0.05 mg/L[6]。

2 结果与分析

沂河山东段水体中重金属Cu和Cr含量极低，仪器未检测出。从沂河山东段水体中典型重金属Pb、Cd、Hg、As含量及单因子污染指数（表1）可以看出，Pb、Cd、Hg、As平均含量分别为0.023 40、0.000 94、0.006 13和0.043 70 mg/L，与GB3838-2002地表水环境质量标准[6]相比，分别满足III类、I类、劣V类和I类地表水质标准；Pb、Cd、Hg、As 4种元素的综合污染指数分别为0.66、0.33、105.20和1.50，其中Pb和Cd污染较轻，As受到一定程度污染，Hg污染非常严重。

2.1 Pb的含量及风险评价 水体中的Pb主要来源于冶铅厂等排出的废水。Pb 是有毒金属，尤其可以破坏儿童的神经系统，可以导致血液病和脑病[8]，长期接触铅或含铅的化合物（尤其是可溶的和强氧化性的PbO2）可以导致肾病和类似绞痛的腹痛。沂河水体中Pb 元素平均含量为0.023 40 mg/L，全部断面中有3处含量高于0.035 00 mg/L，分别为7、12和25号，7号点位于螳螂河沂源县城断面，受城市工业废水影响较大；12号位于拔山水库入水口处，受拔山水库上游采矿业的影响较大；25号在沂河下游郯城马头大桥处，可能与临沂市城区工业废水的排入有关。所有断面中含量最小值为0.010 58 mg/L，出现在拔山水库出水口断面，可能与拔山水库中水体的稀释以及沉积物的吸附沉降有关。从污染指数看，Pb元素各断面单因子污染指数均小于1，综合污染指数为0.66，各断面均符合III类水体质量标准，即适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、水产养殖区等渔业水域及游泳区。沂河水体Pb污染并不严重，目前并不影响人们的生活安全和对健康的需求。

2.2 Cd的含量及风险评价

水体中镉污染的主要来源为冶锌厂（锌矿常含有镉元素，独立的镉矿极为少见）及镀镉厂。Cd具有致癌性，在人体内极易引起慢性中毒，引起骨痛病[9]。沂河水体Cd元素平均含量为0.000 94 mg/L，最高值为0.002 17 mg/L，出现在南岩河（沂河4个源头之一）的下游断面，可能与该点位于南岩镇工业中心有关。Cd元素单因子污染指数和综合污染指数全部在0.5以下，各断面及其平均含量均符合I类水体质量标准，即适用于源头水、国家自然保护区。说明沂河水体未受到Cd元素的污染。

2.3 As的含量及风险评价 水体中砷的主要来源为某些金属硫化物矿冶炼厂排放的废水。元素As的毒性极低，As化物均有毒性，三价As化合物比其他As化合物毒性更强，As对水生生物毒性很大[10]。沂河水体As元素的平均含量为0.043 70 mg/L，符合I类水体质量标准，最高含量为0.096 60 mg/L，出现在7号点，即螳螂河沂源县城断面，可能受沂源县城工业废水的影响较大，符合Ⅳ类水体质量标准。从污染指数看，26个断面中有17个断面单因子污染指数在1以下，9个断面单因子污染指数在1～2，单因子指数最大值为1.87，最小值为0.22，沂河水体65%的断面满足I类水体质量标准，35%断面满足Ⅳ类水体质量标准。As元素综合污染指数为1.50，在1～2之间，说明沂河山东段水体受到一定程度的As污染。

2.4 Hg的含量及风险评价

水体中的汞和汞化物主要来自有关工业生产中的排放废物。在某些水体底部存在于污泥的厌氧菌，可使进入水体底部的汞转化为剧毒的甲基汞[11]。20世纪50年代在日本熊本县水俣湾发现的水俣病，就是由于甲基汞进入鱼体并在其中不断富集，人们长期吃了这样的鱼后发生的病症。甲基汞极易被人体肠道所吸收，并随血液分布到全身各组织，进入脑组织中的甲基汞被氧化成Hg2+，Hg2+难以再返回血液，逐渐富集在脑中，导致脑损伤，其他如肾脏也能富集Hg2+，使人体发生慢性中毒，严重的可致死。沂河水体Hg元素的平均含量为0.006 13 mg/L，最高含量为0.013 56 mg/L，最低含量为0.001 25 mg/L，全部断面水质均为劣V类。Hg元素单因子污染指数全部在10以上，最高达135.6，综合污染指数高达105.20，沂河水体受到非常严重的Hg污染。

3 结论

（1）沂河山东段水体中重金属Cu和Cr含量极低，未检测出，Pb、Cd、 Hg、As的平均含量分别为0.023 40、0.000 94、0.006 13和0.043 70 mg/L，分别符合国家III类、I类、劣V类和I类地表水质标准。

（2）由单因子污染指数法评价得出，河水中Pb和Cd单因子污染指数均小于1，As单因子指数最大值是1.87、最小值是0.22，Hg单因子指数值均在10以上。Pb、Cd、Hg、As元素的综合污染指数分别为0.66、0.33、105.20和1.50，表明沂河山东段水体Pb和Cd污染较轻，As受到一定程度的污染，Hg污染非常严重，急需进一步寻找污染原因，并跟踪监测其汞和甲基汞的含量。

参考文献

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