台州市安溶泾河道底泥重金属污染特征及生态风险评价

贾宝杰，何淑芳，黄 茁，张俊朋

(长江科学院 生态修复技术中心，武汉 430010)

近年来，城市河道污染严重，导致底泥中重金属含量大大超过当地环境背景值[1]，成为河流水质二次污染的“源”和“汇”[2]。城市河道治理过程中，防止底泥二次污染已成为工程设计中的关键问题之一。本文基于台州安溶泾河道底泥检测结果，分析了河道底泥重金属污染特征，对研究区内底泥重金属潜在生态风险进行评价，以期为城市河道底泥重金属污染的预防和综合整治提供科学依据。

1 研究区域概况

本工程主河道安溶泾位于台州市路桥区峰江街道安溶村、路西村附近，起于安溶村，至安溶庙入南官河，全长约3 km(含2条支流)，河宽10～38 m，水域面积约为0.061 km2，河深约2.1～3.2 m，南北向各有1条支流，南侧支流上游为1个池塘，主河道上游和北侧支流河底高于主河道中下游。受周边原拆解业、农业面源和生活污水等影响，水体、底泥均有不同程度的污染。根据自然沉降的特点，河道底泥分污泥层和黏土层。污泥层有臭味，颜色为黑-灰黑色，呈现稀浆、流塑状，平均厚度为30 cm；黏土层呈黄-灰黄色，软塑、密实，污染程度较低，厚度为30～60 cm。

2 样品采集与评价方法

2.1 样品采集

根据背景调查，选取典型断面和网格布点相结合的采样点布设方法，以“问题河段，重点监测”为原则，确保所采集样品能够全面反映该河道底泥的整体状况。因此，共选取11个采样点位，在各采样点使用重力柱状底泥采样器(型号为CORER-60)对河道底泥进行采集，采集上来后取淤泥层和黏土层泥样各200 g以上，用封口袋密封后带回实验室(4 ℃)保存备测。共采集22个样品，采样点布置如图1。根据安溶泾底泥分层特点及底泥颜色塑性，污泥层采样深度为0～10 cm，黏土层采样深度平均为40 cm。

图1 安溶泾干支流采样点位Fig.1 Sampling points of Anrongjing River

2.2 评价方法

(1)单项污染指数法。根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)[3]和《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284—2018)[4]，采用单项污染指数法对底泥重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As)检测结果进行评价分析。

(2)潜在生态风险指数法。本文采用潜在生态风险指数法对底泥重金属污染程度进行评价，该方法是目前最为常用的评价重金属污染程度的方法之一[5-8]。它充分考虑了沉积物中重金属的毒性、生态与环境效应。潜在生态风险指数RI的计算公式为

(1)

潜在生态危害系数在描述单个污染物污染程度时，从低到高分为5个等级；而潜在生态危害指数在描述某一点多个污染物潜在生态危害系数的综合值时，可分为4个等级，两者的分级标准见表1。

表1 潜在生态危害系数和危害指数分级标准Table 1 Grading standards of potential ecological risk coefficient and potential ecological risk index

3 结果与讨论

3.1 底泥重金属含量分布特征

3.1.1 底泥重金属含量总体特征

安溶泾及其汇流区主要土地利用类型为农用地，河道水质为劣Ⅴ类，主要超标因子为总氮、总磷，重金属元素并未超标。本次研究采集河道底泥样品，研究底泥重金属污染特征，因此本次评价河道底泥重金属污染情况参考《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)标准，须进行重金属的筛选值和管制值评价。安溶泾及其汇流区底泥重金属含量见表2，其中：Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As的含量范围分别为26.700～1 500.000、81.000～4 140.000、8.800～218.000、0.120～14.200、7.680～100.000、0.050～243.000、0.010～3.040、0.001～9.640 mg/kg，平均含量分别为239.72、546.14、65.28、2.25、33.49、84.13、0.42、3.72 mg/kg。调查区域底泥中Cu、Zn、Pb、Cd这4种重金属含量高于风险筛选值范围。

表2 底泥重金属含量总体情况Table 2 Concentrations of heavy metals in sediments

3.1.2 底泥重金属水平分布特征

安溶泾河道底泥检测结果如表3所示，底泥重金属含量高于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)标准的主要有Cu、Zn、Pb、Cd。Cu超标的采样点位为2#、3#、4#、5#、7#、8#，Zn超标的采样点位为1#、2#、3#、4#、5#、7#，Pb超标的采样点位为2#、3#、5#、7#，Cd超标的采样点位为1#、2#、3#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#，Ni超标的采样点位仅有4#，Cr超标的采样点位有1#和4#，Hg超标的采样点位为2#，As不超标。由超标样品的位置可以看出，安溶泾重金属主要污染区域为上游段、2条支流段和支流与干流交汇处(如图2所示)。

表3 安溶泾河道底泥检测结果Table 3 Test results of heavy metals in sediments of Anrongjing River

图2 底泥重金属超标区域Fig.2 Areas with standard-exceeding heavy metal concentrations

3.1.3 底泥重金属垂向分布特征

根据污泥黏土表层取样结果，Cu超标的采样点位为3#、4#、5#、7#、8#，Zn超标的采样点位为1#、3#、4#、5#、8#，Pb超标的采样点位为5#、7#，Cd超标的采样点位为1#、2#、5#、7#、8#、9#。从垂向上看，如图3所示，图中纵坐标值为各点位重金属含量与GB 15618—2018中相应重金属筛选值的比值，纵坐标>1,即代表含量超标。横坐标排列顺序为主河道(7#、1#、8#、2#、9#、5#、11#、6#)、北侧支流(4#和10#)、南侧支流(3#)，其中支流与干流交汇点为5#(北侧支流)和2#(南侧支流)。从图3可看出：

图3 底泥超标重金属垂向对比Fig.3 Vertical comparison of heavy metals in sediments

(1)3#、4#、7#、8#采样点污泥层和污泥下黏土层的Cu含量均超标，但这几个采样点黏土层的Cu含量相较于污泥层有明显的减少。

(2)3#采样点污泥层和污泥下黏土层的Zn含量均超标，但黏土层的Zn含量相较于污泥层降低明显，从1 320 mg/kg降低到525 mg/kg。

(3)污泥层Pb含量超标的2#、3#采样点，其黏土层的Pb含量均满足规范的要求。

(4)2#、3#、5#、6#、7#、8#、10#、11#采样点的黏土层Cd含量较表层污泥也有一定程度的下降。

(5)上游段监测点位(7#、1#、8#)中，可以看出7#采样点重金属超标最为严重，3个点位Cu和Cd污染最为严重，超标倍数最高达到10倍以上。

(6)南侧支流与主河道交汇处的2#点位，Cu、Zn、Cd严重超标，Zn和Cd超标倍数甚至分别达到16.6和47.7倍。

(7)个别点位黏土层重金属含量高于污泥层，例如5#黏土层Cu和Pb明显高于淤泥层。分析其原因可能是受当时拆解业影响而导致河道内黏土层也受到严重污染；之前年份进行的河道清淤并未将污染底泥彻底清除，而本次取样为清淤后重新沉积的淤泥；近年来流域附近工业产业规范化，重新沉积的淤泥污染程度远低于历史年份，故造成了个别点位黏土层重金属含量高于污泥层的现象。但总体来说，安溶泾及其汇流区底泥重金属大致表现为随着土层深度的增加，重金属污染浓度普遍降低。

3.2 底泥重金属污染聚类分析

河道底泥重金属元素来源受多种因素控制，像母岩物质、工业和农业活动等[9]，同种来源的重金属之间存在着相关性，土壤中重金属含量与土壤性质的相关性除受元素本身性质影响外，还与元素所处的环境和来源有很大的关系[10]。聚类分析方法已被广泛应用于分析重金属元素的相关关系并对其来源进行解析[11-12]。对8种重金属进行聚类分析，结果用系统树状图表示(见图4)。根据分析结果，可将重金属分为2类：Zn和其他重金属(Cd、As、Hg、Ni、Pb、Cr、Cu)。Zn和其他重金属来源不同，而其他7种重金属受同一因素影响。Cu、Zn、Cd、Hg、Cr、Pb等重金属元素是电子产品及其废弃物的重要成分，台州安溶泾河道底泥重金属污染与该地区电子加工产业的发展有着密不可分的关系，聚类分析的结果也表明7种重金属元素同源，Zn表现出的差异性可能与底泥受到其他工业活动的影响较明显有关。

图4 底泥重金属聚类分析结果Fig.4 Result of cluster analysis of heavy metals in sediments

3.3 底泥重金属的潜在生态危害

表4 安溶泾及其汇流区底泥重金属潜在生态危害 评价结果Table 4 Evaluation result of potential ecological risk of heavy metals in sediments of Anronging River and confluence area

对照表1和表4，单个重金属潜在生态危害系数表明：除了Cu、Cd 2种重金属外，其他重金属元素均只具有轻度的生态危险性，对河道几乎不构成潜在生态危害，但2#、3#、7#点位的Cu元素和2#、3#、5#、6#、7#、8#、10#、11#点位的Cd元素的潜在生态危害指数属于强和很强，甚至极强的潜在生态危害程度，对河道生态和水质有较严重的潜在危害。安溶泾及其汇流区河道的源头、2条支流及支流与主河道交汇处底泥Cd和Cu的受污染程度较严重，特别是1#和2#点位的Cd污染更是达到了极度生态危害级别，需要特别关注其危害性。

4 结 论

(1)调查区域底泥中Cu、Zn、Pb、Cd这4种重金属含量高于风险筛选值范围。

(2)从平面上看，安溶泾重金属主要污染区域为上游段、2条支流段和支流与干流交汇处；从垂向上看，安溶泾底泥重金属大致表现为随着土层深度的增加，重金属浓度普遍降低。

(3)除了Cu、Cd 2种重金属外，其他重金属元素均只具有轻度的生态危险性，对河道几乎不构成潜在生态危害，2#、3#、7#点位的Cu元素和2#、3#、5#、6#、7#、8#、10#、11#点位的Cd元素的生态危害指数属于强和很强，甚至极强的潜在生态危害程度，对河道生态和水质有较严重的潜在危害。1#和2#点位的Cd污染达到了极度生态危害级别，需要特别关注其危害性。