太平湖底质中重金属污染评价

林芳

摘 要：为了解太平湖底质中的汞、砷污染现状，本文采用原子荧光光光度法，对太平湖及其支流8个点位底泥中的汞、砷含量进行测定。结果表明：太平湖底质中的汞的含量为0.14～0.39 mg/kg，砷含量为0.64～15.32 mg/kg。同时，采用地累积指数法和潜在生态危害指数法评估太平湖底质中汞、砷的污染水平和生态风险。评估结果显示：太平湖底质未受到汞污染，潜在生态影响较小;太平湖底质未受到砷污染，潜在生态影响很低。

关键词：汞;砷;底质;生态风险评估

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

太平湖地处皖南腹地黄山和九华山之间，地势自南向北渐低，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质中砷、汞污染现状，现对8个不同位置的底泥进行砷、汞元素测定，并采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对其进行分析评价。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

1.1.1 地理位置。太平湖位于安徽省黄山市黄山区太平湖镇，五大支流在此汇集，支流主要为浦溪河、清溪河、舒溪河、麻川河、秧溪河等。太平湖国家湿地公园总面积为98.5 km3，水面面积为88.6 km2，平均水深为40 m，最深处为70 m，年蓄水量为24亿m3。

1.1.2 地形地貌。在构造上，太平湖国家湿地公园属于江南台背斜，成陆年代较早，是一个稳定的上升地区。黄山及其余脉在流域内绵延起伏，地形起伏多变，地貌以中低山丘陵枝状分布和山间盆地镶嵌分布的格局为主。整个地势呈现出四周高中间低的特点。南边为黄山山脉的主峰，最高峰莲花峰海拔1 873 m;游山海拔866 m;东部栏干石海拔1 398 m。

1.1.3 采樣时间与地点。采样时间为2020年9月29日和30日。本次采样设8个采样点位，太平湖湖区设3个采样点，分别为湖1、湖2、湖3，其余5个点位设在太平湖5条支流上，分别在密岩关（浦溪河）、桂家（清溪河）、佘溪大桥（舒溪河）、外浮渡口（麻川河）、河口村（秧溪河）。采集土壤时，采用GPS定位仪定位。采用此布设方法，能全面地反映太平湖流域砷、汞污染状况。点位对应经纬度如表1所示。

1.2 实验材料

1.2.1 仪器与试剂。系列原子荧光光度计（PF5），北京普析通用仪器有限责任公司;砷特种空心阴极灯，北京普析通用仪器有限责任公司;汞特种空心阴极灯，北京普析通用仪器有限责任公司;微波消解仪（WX-8000），上海屹尧仪器科技发展有限公司;电子天平（AX224ZH/E），奥斯豪公司;超纯水机（Aquapro 2S），艾科浦公司。实验所用的玻璃仪器用10%硝酸溶液浸泡24 h，蒸馏水洗净备用。

实验所用的试剂为硝酸、盐酸、硼氢化钾、氢氧化钾。

1.2.2 标准溶液。汞标准溶液：浓度为1 000 mg/L;汞标准使用液：浓度为1 μg/L;砷标准溶液：浓度为1 000 mg/L;砷标准使用液：浓度为10 μg/L。

1.2.3 试剂配制。氢氧化钾溶液：浓度为5%;硼氢化钾溶液：浓度为1%;载液：浓度为10%。

1.3 太平湖底质的预处理

1.3.1 样品制备。本研究按照《海洋监测规范 第3部分：样品采集、贮存与运输》（GB 17378.3—2007）的相关规定进行沉积物样品的采集[1]。研究者利用抓斗进行湖底淤泥采集，采集后的淤泥用黑色塑料袋暂存，在实验室将采集后样品置于托盘中风干，研磨，过100目筛，用塑料袋贴标签保存。

1.3.2 样品的消解。经查阅《微波消解使用手册》得知试样消解较优条件[2]，在防酸通风橱中准确称取风干、过0.150 mm筛孔的土样0.1 g置于微波消解罐中，依次加入6 mL浓盐酸、2 mL浓硝酸，摇匀。将消解罐按规定程序装入微波消解仪中，并将消解仪连接到传感器。按照《微波消解仪使用说明书》设定仪器升温参数，程序设定详见表2。各升温程序执行结束后，设备开始冷却。待罐内温度降至80 ℃后在通风橱中取出，等温度降至更低时缓慢打开消解罐盖，将消解后的液体转移至100 mL容量瓶，并多次洗涤消解罐[3]。

1.4 原理

1.4.1 方法原理。汞：在盐酸溶液中，二价汞离子能和硼氢化钠反应生成反应生成原子态汞蒸汽，被氩气载入原子化器中，在汞特种空心阴极灯照射之后，基态Hg受到激发处于高能态，由高能态转为基态的过程中会发出荧光。其荧光强度在固定条件下与被测液中的汞浓度成正比，与标准系列比较定量[4]。

砷：在盐酸溶液中，三价砷离子能和硼氢化钠反应生成砷化氢（AsH3），接着进入石英原子器中，在高温环境下分解成原子砷。在特制砷阴极灯照射以后，基态As受到激发而处于高能态，由高能态转为基态的过程中会发出荧光。其荧光强度在固定条件下与被测液中的砷浓度成正比，与标准系列比较定量[5]。

1.4.2 标准曲线。汞标准曲线：测定时仪器配有自动进样器，在软件设置页面设置浓度为1 μg/L，并分别设定汞浓度为：0 μg/L、0.1 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.8 μg/L、1.0 μg/L。用荧光强度值和汞标准系列浓度制作标准曲线[6]。经测定，汞的标准曲线校正方程为：

砷标准曲线：测定时仪器配有自动进样器，在软件设置页面设置浓度为10 μg/L，并分别设定砷浓度为：0、2.0、4.0、8.0、10.0、20.0 μg/L。用荧光强度值和汞标准系列浓度制作标准曲线，经测定砷的标准曲线校正方程为：

1.4.3 样品测定及质控措施。测定试样时，对每个样品进行平行样的测定，误差小于10%视为合格，并在消解土样时用标准物质作为质控样品，测定元素的标准物质浓度与标准物质中的元素浓度误差率在10%之内视为合格，本次采用中国计量科学研究所认定的水系沉积物成分分析标准物质（GBW-07309 GSD-9），单位为mg/kg，其中，汞元素的认定值为（0.083±0.009） mg/kg，砷元素的认定值为（8.4±0.9） mg/kg，标准物质、样品空白连同样品同时消解，定容后用0.45 μm水系滤膜抽滤定容好的试样溶液至测定管，将测定管置于自动进样器[7]。

1.5 计算和评价方法

1.5.1 汞、砷含量计算。砷、汞的含量计算公式：

1.5.2 评价方法。本研究利用德国学者Muller提出的地累积指数法与瑞典地球化学家Hakanson提出的潜在生态危害指数法来反映太平湖底质中砷、汞的污染程度和潜在风险[8]。

地累积指数法：地累积指数能体现太平湖底质中某元素的污染程度，其计算方法为：

2 结果与分析

2.1 结果

将测定的试样浓度带入式（3），计算得出的结果如表3所示。

2.2 分析

2.2.1 评价方法。根据太平湖底质中汞、砷含量的实测值，采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对研究区汞、砷污染进行评价，评价标准见表4，土壤环境质量标准摘录见表5。

2.2.2 太平湖底质中汞污染评价。太平湖底质中汞含量及风险评价见表6。由表6可知，汞含量在0.14～0.39 mg/kg，平均含量为0.25 mg/kg，其中最大值在河口村（秧溪河），最小值在湖1。黄山市土壤背景值参照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018），汞的背景值为0.15 mg/kg。太平湖底质中汞含量分布无明显规律，五条支流的汞含量大于湖中三个点的含量。分析原因可能是多方面的：支流周围有耕种的农田，含汞农药的使用、含汞化肥的使用可能造成周围水体存在汞污染;支流沿岸居民使用含汞燃煤或者是向水体排放含汞废水、废渣，导致支流中的汞含量大于背景值;支流沿岸的工业企业排放含汞的污水，造成汞含量大于背景值。

从地累积指数法评价结果可知，8个采样点位的污染指数均在0以下，污染程度较低;潜在生态指数法评价显示，太平湖底质外浮渡口（麻川河）、河口村（秧溪河）两个点位[Er]值大于90，潜在生态危害程度为重，湖1点位潜在生态危害程度为轻，其他点位潜在危害程度中等。总的来说，太平湖及其支流汞潜在生态影响中等，污染程度为清洁。

2.2.3 太平湖底质中砷污染评价。太平湖底泥中的砷含量及风险评价见表7。从表7可知，砷含量在0.64～15.32 mg/kg，平均含量为10.69 mg/kg，其中最大值在外浮渡口（麻川河），最小值在湖1。黄山市土壤背景值参照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018），砷的背景值为15 mg/kg。太平湖底质中砷含量分布无明显规律，五条支流的砷含量大于湖中三个点的含量。经分析，原因可能是多方面的：煤的燃烧或者是含砷农药的使用;河流砷元素本底含量较高;来源于城市污水排放。

从地累积指数法评价结果可知：8个采样点位污染指数均在0以下，污染程度非常低;潜在生态指数法评价显示：太平湖底质及其支流底质的潜在风险指数均小于40，所有点位底质评价结果显示潜在生态危害程度为轻度，潜在生态影响非常小。总的来说，地累积指数法和潜在生态系数法显示一致，太平湖区域无砷污染。

3 结论

①太平湖及其支流汞潜在生态影响中等，污染程度为清洁。为此，有关部门要加强管理，对农药的施用加以控制，对太平湖支流及其沿岸的工业企业加强巡查，减少污水排入太平湖流域，减少其潜在危险程度。

②地累积指数法和潜在生态系数法显示一致，太平湖区域无砷污染。

参考文献：

[1] WHEATLEY B，WHEATLEY M A . Methylmercury and the health of indigenous peoples： a risk management challenge for physical and social sciences and for public health policy - ScienceDirect[J]. Science of the Total Environment，2000（1）：23-29.

[2]韋建强，赵跃平，莫俊成，等.仔猪腹泻研究进展[J].医学动物防制，2005（9）：689-692.

[3]周永江，贾北宁.浅谈仔猪腹泻病的类型及防控措施[J].畜牧业，2014（1）：52.

[4]刘茜，刘彦杰，李泓.土壤中砷、汞消解方法研究及其在土壤中含量的评价：以北京东郊农村地区为例[J].科技创新与应用，2018（5）：7-9.

[5]王红慧，许学宏.双道原子荧光法同时测定土壤中砷和汞[J].江苏农业科学，2003（33）：88-90.

[6]速有瑞，李天才.氢化物原子荧光光谱法测定药用动物角中微量砷和汞[J].光谱学和光谱分析，2002（5）：850-852.

[7]王天亮.氢化物发生：原子荧光法测定土壤样品中砷、汞的研究及应用[D].吉林：吉林大学，2017：1-2.

[8]生态环境部，国家市场监督管理总局.土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB 15618—2018[S].（2018-08-01 ）.http：//www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/trhj/201807/t20180703_446029.shtml.