電廠排水口附近海域pH與重金屬的耦合關系*

劉耀謙，孫省利

(廣東海洋大學海洋資源與環境監測中心，廣東　湛江　524088)

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電廠排水口附近海域pH與重金屬的耦合關系*

劉耀謙，孫省利

(廣東海洋大學海洋資源與環境監測中心，廣東湛江524088)

2015年3月至2016年2月對湛江鋼鐵自備電廠海水脫硫工藝排水口附近海域的pH值和重金屬濃度進行了連續監測和調查，分析了排水對受納水體pH和重金屬濃度的影響范圍和影響程度，探討了pH與重金屬濃度的耦合關系。結果表明pH和重金屬濃度受電廠排水影響的范圍較小，分別為1000 m和500 m；對兩者進行Pearson相關分析，結果為海水中溶解態的Cu、Zn、總Cr、Ni、Cd和Pb的濃度與pH值呈負相關。

海水脫硫工藝排水；pH值；重金屬濃度；耦合關系

1　實　驗

1.1樣品采集

根據電廠排水以排水口為中心呈輻射擴散的特性，在湛江鋼鐵自備電廠的排水口附近海域布設了5個調查斷面，共18個調查站位，其中排水口處設1個站位；以北和以東方向各4個站位，分別距排水口100、500、1000、2000 m；以西布設了5個站位，10～13站位同上，14站位距排水口3000 m；東北和西北方向各設有兩個站位,距離排水口500 m和1000 m。具體站位分布如圖1所示。海水樣品的現場調查和采集為每月漲潮期和落潮期各采一次，具體時間為2015年2月-2016年2月。依照《海洋調查規范》(GB12763-2007)和《海洋監測規范》(GB17378-2007)的要求，用泵吸法采集水面下0.5 m處的表層水，使用預先處理過的10 L聚乙烯容器盛裝水樣，將樣品帶回實驗室進行分析。

圖1　調查站位布設

1.2樣品的測試

pH值使用美國熱電，A221型pH計測定，采用電位計法。重金屬的測定：利用Agilent Technologies 7500cx電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)對樣品進行測試。為了保證測試結果的準確性，用海水中微量元素標準物質[國家海洋局第二研究所，批號GBW(E) 080040]作為質控樣品，各元素的樣品加標回收率均在 90%～110%之間，精密度優于5%。數據統計分析使用Excel2010軟件完成，采樣站位圖和等值線分布圖由Surfer 8.0軟件生成，相關關系分析的統計過程使用SPSS 17中的Pearson相關性分析完成。

2　結果與討論

2.1排水口附近水域pH的分布

湛江鋼鐵自備電廠排水口附近海域pH值分布情況如圖2所示。本研究以1、5、13站位分別作為排水口北、東、西方向的對照點，pH變化范圍是7.95～8.08。監測期間，排水口的pH變化范圍為7.14～7.65，在距排水口1000 m處時，pH值均與對照點一樣，其中東北和西本方向的站位都沒有受到排水的影響。

由圖2可以看出pH的分布受到海水潮流漲落的顯著影響。漲潮時主要影響的是排水口以西的海域，距排水口100 m范圍內pH值較低，受到排水的影響較大；擴散至500 m處時，在大潮期pH基本都能達到正常范圍，小潮時1000 m處pH值與自然水體一致。對于落潮，受影響的海域在排水口以東，距排水口100 m的8站位pH值在小潮期時比排水口處上升約0.2，大潮期時甚至能升高0.8，擴散到7站位時，pH值基本已至對照值，個別小潮期的水體在距排水口1000 m處才不受影響。小潮比大潮期影響范圍廣。在大潮期，排水口處pH值大于7.50時，排水的影響不超過100 m的斷面；當pH值低于7.50時，500 m處均能不受脫硫工藝排水的影響。而在小潮期，500 m以內都會被排水所影響，1000 m之外的海域pH值不受排水所影響。以北方向的pH值在500 m處的3站位與自然水體無明顯差異，但是從4站位的pH值的變化能發現大潮期受影響較小，而小潮期時受到脫硫排水的影響較明顯。

圖2　pH值的水平分布

2.2排水口附近水域重金屬濃度的分布

本研究對Cu、Zn、總Cr、Cd、Pb、Ni六種重金屬的濃度進行了分析測試，受納海域重金屬濃度均未出現顯著升高的現象，所有重金屬濃度均滿足《海水水質標準》(GB3079-1997)中第二類海水水質標準的要求。受納海域Cu的濃度變化范圍為2.16～4.41 μg/L。從圖3分析，落潮期間，排水口500 m內海域受到影響較為明顯，Cu的濃度增加；漲潮期間，海上作業活動以及附近碼頭的污染使Cu的濃度變化幅度超過排水的影響。Zn的濃度最大值為9.20 μg/L，出現在大潮落潮時期排水口處。Zn的濃度在排水口處增加了2～4 μg/L，不過排水的影響僅限于排水口500 m范圍內。總Cr的濃度在0.37～1.00 μg/L范圍，均較小。從圖5中可以發現排水口處總Cr的濃度受排水影響明顯，濃度值均較高。但是在小潮漲潮期間，距離排水口1000 m以外的海域受到人類活動的影響，濃度較高。Cd的濃度很低，為0.09～0.21 μg/L。Cd在海水中主要存在的狀態為CdCl2膠體，海洋動植物生長時對其吸收作用會增加，會造成Cd的濃度在小范圍內出現波動。由圖6，Cd的濃度受到脫硫工藝排水的影響，大潮漲潮和小潮落潮期間這種影響較大。Pb的濃度范圍為0.40～1.81 μg/L。由圖7，在小潮落潮期排水口處海水中Pb的濃度明顯增加；其他潮期在航道和碼頭處濃度也有所變大，這與使用含鉛柴油的船只尾氣排放有關[11]。Ni的濃度為2.40～4.22 μg/L，整體分布較為均勻，在排水口附近100 m內海域中濃度有輕微的上升。

圖3　Cu的水平分布

圖4　Zn的水平分布

圖5　總Cr的水平分布

圖6　Cd的水平分布

圖7　Pb濃度的水平分布

圖8　Ni的水平分布

2.3pH與重金屬濃度的耦合關系

pH與重金屬濃度的Pearson相關分析結果如表1所示，Zn、總Cr、Pb、Ni的濃度與pH之間呈負相關關系。在大潮期Zn與pH值的相關性極顯著；總Cr在大潮落潮期間與pH值在 0.01 水平上顯著相關；Pb在小潮落潮期與與pH值的相關系數為-0.666。其中，Zn與pH值相關系數的絕對值最大，其次為Pb，表明Zn與Pb的濃度對pH值的變化較敏感，pH值微弱的降低也可以促進海水中Zn與Pb濃度的增加。Cd與pH之間也存在著呈負相關關系，但是該海域Cd的濃度很低，因此對pH值變化的響應程度較弱。而且受到其他因素的干擾時，其濃度也會增加，當干擾較大時，pH的變化對Cd濃度的影響程度會相對不明顯。表中顯示Cu在落潮時與pH之間呈顯著負相關，而在漲潮時，則相反。根據圖3中Cu的水平分布可以看出，這種結果是因為11和12站位處Cu的濃度較大導致的，漲潮時，海水向西流動，而落潮時，海水向東，因此落潮時排水口處也會受到11、12站位的影響，疊加效應使得其濃度較高。11和12位于電廠自建碼頭附近，這個位置在監測期間有一艘大型的船只，這有可能是造成海水中Cu濃度增加的原因。

綜上，這六種重金屬與pH之間均呈負相關關系。隨著pH值的降低，表層海水中溶解態的重金屬會發生不同程度的離子交換、解析等理化作用，濃度也會有差異地增加[12]。排水口位于湛江灣口，潮汐作用較強，海底沉積物在潮流動力作用下向上懸浮，較低的pH促進沉積物釋放出重金屬，也會促進排水口附近海域重金屬濃度增加。

表1　重金屬的濃度與pH的Pearson相關系數

*在 0.05 水平(雙側)上顯著相關；**在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

3　結　論

湛江鋼鐵自備電廠海水脫硫工藝排水對附近海域水體中pH和重金屬影響較小。pH值在排水口處會有明顯的降低，但是這種影響的范圍較小，大潮時期，排水口100 m以內的范圍pH值會明顯降低，超過500 m的海域不受影響；小潮時期，海水交換強度較小，距排水口1000 m外的海水不受影響。重金屬的濃度變化較小，監測期間重金屬的濃度均符合第二類海水水質標準的要求，受影響范圍在排水口500 m以內。由于海上作業活動以及附近碼頭帶來的污染，重金屬也會出現偶然的濃度增加，但是研究海域處于強流區，海水交換迅速，大量急速流動的海水加快了對其的稀釋作用。綜合來看，在由電廠排水形成的天然pH值梯度的海域，溶解態的Cu、Zn、總Cr、Ni、Cd和Pb的濃度與pH值呈負相關，其中，Zn、總Cr、Pb與pH值間的負相關關系較為顯著。

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Relationship between pHand Heavy Metals in Sea Area near Outfall of Power Plant*

LIU Yao-qian,SUN Xing-li

(Monitoring Center of Ocean Resource and Environment,Guangdong Ocean University,Guangdong Zhanjiang 524088,China)

The pHand concentration of heavy metals of surrounding sea area that influenced by discharge from flue gas desulfurization system in Zhanjiang power plant were investigated from March 2015 to February 2016.The range and extent of effects of discharge and the relationship between pHand heavy metals were analyzed.The results showed that the discharge of power plant affected pHand concentration of heavy metals in small range,1000 m and 500 m respectively.The Pearson correlations analysis had led to a conclusion that the concentration of heavy metals was negative correlative to the pH.

discharge from flue gas desulfurization system; pH; the concentration of heavy metals; relationship

海洋公益性行業科研專項經費項目：海洋風電、海水淡化及脫硫生態監測與評估技術集成及應用(No:2014418018)。

劉耀謙(1990-)，女，碩士研究生，主要從事海洋生態學的研究。

孫省利(1963-)，男，教授，博士，從事海洋資源與環境研究。

X820.3

A

1001-9677(2016)011-0179-04