山东省某河流疏浚后底泥中Zn，Cr，Hg的含量变化及潜在生态风险评价

胡安梁，刘长青，殷 悦，石 佳

(青岛理工大学 环境与市政工程学院，青岛 266033)

随着城市工业化的快速发展，含有重金属的废水会通过各种途径排入水体。进入水体的重金属经过络合、吸附、沉淀等作用大部分由水相转为固相，沉积在底泥中，而当外界条件发生变化时，蓄积在底泥中的重金属又会重新释放到水体，造成二次污染。重金属具有危害持久、毒性较强、不易降解等特点，且可以通过食物链危害人体健康。将受污染水体的底泥进行疏浚是改善水体水质的有效措施。虽然我国很多城市已开展污染水体底泥的疏浚工作，但是疏浚后底泥重金属含量是否真正得到有效控制，仍值得关注。因此，研究疏浚后底泥重金属的含量变化及其生态风险，对于指导河流的治理与管理具有十分重要的意义。

山东省某河流沿岸及周边城镇化水平较高，分布着较多的工业企业，在入河污水通过沿河铺设的截污管道实现截流的2010年之前，大量城市居民的生活污水和工业企业的生产废水排入到河水中。根据《山东省重点污染湖泊、河流、入海口滩涂底泥重金属污染状况调查报告》的调查结果可知，该河道底泥中重金属Zn，Cr，Hg污染程度较强。为了消除底泥污染带来的风险，当地政府依据调查结果开展了底泥疏浚的示范工程，并于2015年完成了对重度和中度污染区域底泥的疏浚工作。

为了明确该河段示范工程实施后底泥中重金属的含量变化情况，评价底泥中重金属的潜在生态风险，本研究在进行了示范工程河段底泥重金属采样分析的基础上，采用国际较为通用的HAKANSON潜在生态风险指数法[1]对示范工程实施后该河段潜在生态风险进行了评估。此外，为了解河道流量变化对底泥重金属的扰动情况，在河流的丰水期及枯水期分别取样评估。本研究为明确该河流底泥疏浚示范工程环境质量改善的效果，同时也为该河流重金属的污染防治和长期管理工作提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

研究河段位于山东省境内，疏浚的长度约为1000 m，河道宽度400～500 m，水深2～5 m，沉积物厚度约为50 cm，属泥沙混合质，部分区域底泥含沙量较大，河流两岸植被覆盖率较高，在疏浚河段上游有一处城市污水处理厂的排污口。根据该河流的水文地质条件，在综合考虑河流疏浚范围的基础上，以该河段中设置的橡胶坝为起点，在疏浚工程区域每隔100 m布设1个取样断面，每个断面在靠近河道两岸和河道中间各布设1个取样点位(图1)，采用GPS定位器进行导航定位，分别于2017年12月(枯水期)和2018年6月(丰水期)，使用重力抓斗取样器，采集表层0～20 cm的底泥，将同一断面采集的3个底泥样品就地混合为一个样品，作为该取样段面底泥的代表性样品。取样后装入聚乙烯样品袋中，依次编号，带回实验室进行分析。

图1 采样点位示意

1.2 样品分析

将采集回的样品放在通风、阴凉、干燥的地方，待样品自然风干后，除去样品中的垃圾、大石块等杂物，用木棒碾碎，经过研钵研磨后，过200目尼龙筛，将筛好的样品放入聚乙烯样品袋中备用。底泥中Cr和Zn采用火焰原子吸收分光光度法进行测定，Hg采用原子荧光法进行测定，pH采用电位法进行测定。实验所用药剂均为优级纯，实验用水为超纯水，实验所用的器皿全部经过5%的硝酸浸泡24 h，超纯水洗净烘干待用。

1.3 评价方法

本研究采用瑞典学者HAKANSON于1980年提出的潜在生态风险指数法[1]进行评价，该方法综合考虑重金属的毒性水平、生态效应与环境效应，给出了重金属元素潜在生态风险程度的定量划分，已成为沉积物重金属风险评价中应用最为广泛的方法，被较多学者采用[2-4]。其计算公式为

表1 重金属的参比值和毒性响应系数

表2 潜在生态风险的等级划分

2 结果与讨论

2.1 底泥重金属的含量变化及分布

通过对疏浚河段所采集的底泥样品进行分析测定，得到枯水期、丰水期底泥样品中Zn，Cr，Hg 3种重金属含量的分布情况(图2)。

从图2中可以看出，底泥中重金属在空间分布上表现出一定的规律性，无论在枯水期还是丰水期，底泥中重金属Zn，Cr，Hg的含量分布在疏浚河段沿程变化趋于一致，均表现为疏浚河段下游(靠近橡胶坝)底泥中重金属含量要高于疏浚河段上游底泥中重金属的含量，这主要是由于橡胶坝的拦截作用引起的，经过橡胶坝的拦截，河水的水流速度变慢，水体中悬浮的泥沙和携带的污染物容易在此沉积，导致这部分区域底泥中重金属含量较高。

河道内水体流量变化对底泥中重金属的含量有一定影响，疏浚河段底泥中Zn和Cr在枯水期与丰水期的含量整体上变化不大，丰水期底泥中Zn和Cr含量的平均值略高于枯水期；Hg的含量变化较大，Hg在各个点位枯水期的含量均大于丰水期，枯水期均值为丰水期均值的4.05倍。

河流不同流量期底泥中重金属Zn，Cr，Hg的含量变化与不同重金属污染源的排放规律有关，在疏浚河段上游分布着机械制造等类型企业，虽然这些企业的生产废水经过严格处理后达标排放，但其中仍可能含有一定浓度的Zn和Cr，在河流丰水期阶段，河水水量较大，水体中所携带的重金属污染物总量大，且丰水期在取样时间上滞后于枯水期，虽然丰水期橡胶坝会打开行洪，但重金属物质的沉淀积累仍然是造成丰水期底泥污染浓度高的重要原因。Hg含量丰水期下降的原因主要在于当地有关部门对涉Hg的企业在研究时段内的重点排查和监督，有效控制了外源排放，同时水体环境的改变对底泥中Hg的含量变化有一定影响，一方面丰水期河水水量增大，水体流速增大，水体的紊流强度增加从而导致底泥和水体的分子扩散反应加快，同时还会加快底泥中孔隙水与上覆水的水分子扩散速率，底泥中的重金属与孔隙水的交换速率也得到相应的增强[6]，有利于底泥中的Hg向水体中释放；另一方面丰水期河水温度升高，水体环境条件发生改变，吸附平衡也随之改变，会使底泥中重金属离子的吸附—解吸速度加快，上覆水和底泥中离子直接交换速率加快[7]，有利于底泥中的Hg向水相中迁移以及释放于孔隙水中的Hg向上覆水中迁移，使得丰水期底泥中Hg的含量低于枯水期。

所研究河流作为当地农业用水的主要来源，对水环境质量要求较高，本次研究采用《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018) 中的农用地土壤污染风险筛选值(6.5

变异系数可以用来反映数据离散程度的大小，变异系数越大，表明受人类活动影响的程度越大。由表3可知，无论是在枯水期还是丰水期，疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg 3种重金属均表现出一定程度的变异。其中，Zn的变异系数相对较小，表明Zn在各断面的水平差异较小，分布较为均匀；Cr和Hg的变异系数相对较大，表明Cr和Hg在空间分布上不均匀，受人类活动的影响较大。

表3 疏浚河段底泥中重金属的变异系数 %

2.2 底泥重金属潜在生态风险评价

3 结论

1) 疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg 3种重金属含量在沿河空间分布上表现为疏浚河段下游(靠近橡胶坝)大于疏浚河段上游；受不同重金属污染源排放与河道内水体流量变化的影响，疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg表现出一定的变化规律，其中，丰水期疏浚河段底泥中Zn和Cr的含量平均值要高于枯水期，枯水期疏浚河段底泥中Hg的含量要高于丰水期，其枯水期均值为丰水期均值的4.05倍；无论是枯水期还是丰水期，疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg含量的平均值均低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018) 中的农用地土壤污染风险筛选值(6.5