沱江干流内江段沉积物汞和铬污染状况研究

张金洋，何艾红，何 蝶，王 露，谭 锐

(内江师范学院化学化工学院，四川 内江 641100)

1 前 言

水体生态系统是生态系统的重要组成部分之一，表层沉积物是水体生态系统的重要组成部分，是水体各种污染物的汇和源[1]。水体的重金属污染物通过吸附、络合或共沉淀作用使重金属转入水体沉积物，并发生富集，导致沉积物中重金属含量相对于上覆水中要高出许多[1]。进入水体中的重金属元素大部分都会从液相转为固相，从而富集到悬浮物或沉积物中，积累在沉积物或悬浮物中的重金属并不是固定不变的，当水体的物理化学等条件发生改变时，沉积物中重金属容易释放出来，造成二次污染[2-3]。且重金属在环境中难以降解，随着污染物的迁移转化，会在食物链中进行生物富集和积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康[4]。沉积物中的重金属被认为是水体污染的指示剂[5]，能够反映水体受污染的状况，且其分布情况可以反映所在河流的污染状况[6]。

本文选择重金属汞和铬来进行研究，旨在通过对沱江干流内江段沉积物中总汞和总铬含量进行研究，了解该区段沉积物中汞和铬的污染情况，分析其污染状况，为沱江干流内江段汞和铬的污染治理提供重要依据。

2 样品采集与分析

2.1 样品采集

本次沱江干流内江段沉积物样品采集于2017年5月，因内江市修建饮用水取水工程，在大量排水后，水位大幅下降，水流减缓，大量沉积物底泥裸露，在此期间沿着沱江干流内江段6个采样点，采样点分布见图1，从上游至下游依次采集，银山镇3个样品(靠岸边采集，偏砂质)、四美大桥3个样品(水位较深，靠岸边采集，傍边有耕地)、内江师院6个样品(河面宽，前3个样品靠近岸边，后3个样靠近河中心)、天宫堂大坝4个样品(前两个样品为坝前，后两个样品为坝后)、白马镇6个样品(砂石较多，样品均匀性较差)、小青龙河入口2个样品(水位较深，靠岸边采集，傍边有耕地)，共计24个样品。因水位大幅下降，便于采样，有些点位可采集岸边不同距离的样品，较全面的反映底泥的实际状况，并且所有采样点均避开了排污口，因此所采集的样品具有较好的代表性，能够较好的反应河流底泥污染状况。

图1 采样点分布图Fig.1 Sampling points distribution map

2.2 样品分析

将采集的沉积物样品经过冷冻干燥后，用研钵进行研磨，除去沉积物样品中的石子和动植物残体等异物，使其全部通过100目尼龙筛。采用重铬酸钾氧化-油浴加热法测定沉积物中有机质的含量。用HNO3-H2SO4-K2MNO4消解后，用冷原子吸收测汞仪对沉积物中汞进行测定。用H3PO4-HNO3混酸消解后采用原子吸收分光光度法测定总铬的含量。每个样品重复3次。

实验所用试剂均为分析纯，实验用水为超纯水，分析过程用空白实验，平行实验，标准校正曲线对测出数据进行控制。

2.3 沉积物中重金属评价方法及标准

2.3.1 地累积指数法

地累积指数法最早是由德国海德堡大学沉积物研究所的 Muller(1969)提出[6],是一种研究水体沉积物中重金属污染的定量指标(表1),被广泛用于研究现代沉积物中重金属污染的评价,其计算公式为:

Igeo=Log2[CN/(K×BN)]

Igeo表示地累积指数；CN为元素N在沉积物中的实测含量；BN为沉积物中该元素的地球化学背景值，HG和CR分别取0.08mg/kg和78.03mg/kg[7]；K为考虑成岩作用可能会引起背景值的变动而设定的系数，一般取1.5。

表1 地累积指数分级与污染程度[8]Tab.1 Value of Igeo and contamination degree of heavy mental

2.3.2 重金属潜在生态危害系数评价法

河流沉积物重金属潜在生态危害系数评价法是从沉积物中重金属可能存在的生态危害效应这个角度出发，利用重金属总量化学指标分析数据,综合评价沉积物中重金属污染物潜在的生态危害效应，并定量给出生态危害程度的划分标准(表2)[9-10]。采用瑞典科学家 Lars H[11]的潜在生态危害系数法对沱江流域内江段水系沉积物进行重金属生态风险评价，其计算公式为:

表2 潜在生态风险分级及风险程度Tab.2 Potential ecological risk classification and risk degree of heavy metal

2.3.3 污染负荷指数法

污染负荷指数法是Tomlinson 等人从事重金属污染水平的分级研究中提出来的一种评价方法，它能直观地反映出多种重金属对环境污染的贡献以及它们在时间、空间上的变化趋势(表3)[12-13]。首先根据某一点的实测重金属含量,进行最高污染系数(CF)的计算:

CFI=Ci/Cni

某一点的污染负荷指数(PLI)为:

式中PLI 为某一点的污染负荷指数;N为评价元素的个数。

某一区域的污染负荷指数(Plione)为：

式中PLIzone为区域污染负荷指数;n为评价点的个数(采样点的个数)。

表3 污染负荷指数与污染程度之间的关系Tab.3 The relationship between PLI and pollution degree

3 结果与分析

3.1 沉积物中有机质含量

沱江干流内江段沉积物中有机质含量分布结果见图2、各采样点有机质含量见表4，该区段有机质含量范围在9.129～27.32 g/kg之间，平均值为18.41 g/kg，最大值出现在天宫堂大坝，最小值出现在银山镇，且最大值是最小值的3倍左右，由此可以得出沱江干流内江段的有机质含量范围跨度大。根据我国第二次土壤普查有机质含量分级(表5)，该沱江干流内江段有机质含量主要处于四级水平，少数局部地区处于三级和五级水平。

图2 有机质含量分布图Fig.2 Distribution of organic matter content

表4 各采样点有机质含量Tab.4 The content of organic matter in sediment samples (mg/kg)

表5 我国第二次土壤普查有机质含量分级Tab.5 Classification of organic matter content in second soil surveys in China

3.2 沉积物中总汞含量

沱江干流内江段沉积物中总汞含量分布见图3、各采样点总汞含量见表6。该区段总汞含量范围是在0.021～0.204 mg/kg之间，平均值为0.111 mg/kg。沉积物总汞含量最高值出现在内江师院点，特别是靠近岸边的沉积物总汞含量最高达0.204 mg/kg，这一方面可能由于河面宽，水流缓慢有利于污染物沉降，另一方面该采样点处于市中心，受人为干扰较大；其次是平均值是0.160mg/kg，特别是坝前，这可能也与大坝导致水流减缓，污染物容易沉积有关；另外，小青龙河入口处两个样品总汞也相对较高，一方面可能与小青龙河输入有一定的关系，另一方采样点靠近岸边受干扰较大，因而差异也较大；其他点位总汞含量相对较低。整体来看，在所调查区段内，内江城区段沉积物汞含量相对较高，上游和下游离城区较远的区域汞含量较低，因此，城区人为活动的干扰，包括生活和生产活动排放的废水以及城区地表径流等可能是该河段汞的主要来源。

图3 总汞含量分布图Fig.3 Distribution of total mercury content

与我国部分其他流域沉积物总汞含量(表7)比较发现，沱江干流内江段沉积物总汞含量处于中等偏低水平，只有淮河和辽河干流沉积物总汞含量比沱江干流内江段低，部分采样点沉积物总汞的含量与长江相当，但该河段整体均值低于长江沉积物总汞含量，因而对沱江汇入长江后汞的输入影响较小。根据我国土壤环境质量标准(表8)，沱江干流内江段总汞总体均值处一级水平，部分采样点略超一级水平，属二级水平。

表6 各采样点沉积物中总汞含量Tab.6 Total mercury content in sediment samples (mg/kg)

表7 我国其他流域沉积物总汞含量Tab.7 Total mercury content in other river basins in China

3.3 沉积物中总铬含量

沱江干流内江段沉积物中总铬含量分布见图4、各采样点总铬含量见表9。该区段总铬含量范围在54.87～162.88 mg/kg之间，平均值为118.6 mg/kg。与沉积物中总汞的分布特征相比，沱江干流内江段沉积物总铬含量分布有较大差异，主要表现为上游相对较低，下游升高的趋势。从分布特征判断，沉积物中铬更多的可能是来自工业污染排放，城市日常生活的人为干扰对河流铬污染的影响较小。四美大桥点比相邻的两个采样点高，可能在小范围内存在一定的铬污染源，天宫堂大坝沉积物铬含量升高可能主要是由于大坝导致污染物沉积，小青龙河入口下游沉积物铬含量普遍偏高，一方面可能与小青龙河的水质有关，需要进一步监测和排查铬污染状况，另一方面，下游可能存在新的铬污染源。

表8 我国土壤环境质量标准Tab.8 Standard of soil environmental quality in China

图4 总铬含量分布图Fig.4 Distribution of total chromium content

与我国部分其他流域沉积物总铬含量(表10)相比，沱江干流内江段沉积物总铬含量较高，总体均值(118.6 mg/kg)均高于其他河流沉积物铬含量。根据我国土壤环境质量标准(表11)，虽然一些局部区段总铬含量处于一级水平，如银山镇、内江师院，但沱江干流内江段总铬含量整体处于二级水平。沉积物不仅是水体污染物的汇，也是污染源，因此需要重视其潜在生态风险。

3.4 沉积物中总汞和总铬污染评价

总汞和总铬地累积指数评价表12，由表12可以得出内江师院、天宫堂大坝和小青龙河入口均是轻度污染，这三个断层面均为沱江干流内江段中游地区，中游处于内江市中人群较密集地方，人为影响因素较大，易受到汞污染。同时可以看出，沱江干流内江段大部分地方受到轻度铬污染。

表9 各采样点沉积物总铬含量Tab.9 Total chromium content in sediment samples

表10 我国其他流域总铬含量Tab.10 Total chromium content in other basins in China

表11 土壤环境质量标准Tab.11 Soil environmental quality standards

表12 总汞和总铬地累积指数Tab.12 Total mercury and total chrome accumulation index

沉积物中总汞和总铬潜在风险单项指数评价见表13，从表中可以看出内江师院、白马镇两个采样点汞处于中度风险状态，天宫堂大坝处于较重风险状态，其他三个采样点汞的风险指数都很低，相对而言，铬的潜在生态风险都很低。

表13 沉积物中总汞和总铬潜在风险单项指数Tab.13 Single index of potential risk for total mercury and chromium in sediments

沉积物中污染负荷指数评价见表14，由表得知沱江干流内江段沉积物汞和铬均属于中度污染，其中小青龙河入口和天宫堂大坝PLI数值偏于强污染，银山镇、白马镇和四美大桥汞和铬污染较轻一些，该区段总体而言属于中度污染。

表14 沱江干流内江段污染负荷指数评价Tab.14 Pollution load index evaluation of the Tuojiang river mainstream Neijiang Section

4 结论

沱江内江区段总汞含量范围是在0.055～0.160 mg/kg之间，平均值为0.111 mg/kg，部分点位汞污染具有较重的潜在生态风险；总铬含量范围是在87.40～146.8 mg/kg之间，均值为118.6 mg/kg，铬污染的潜在生态风险较低。