汀江流域某河段上覆水和沉積物孔隙水重金屬污染特征研究

郭 偉

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汀江流域某河段上覆水和沉積物孔隙水重金屬污染特征研究

郭 偉

福建省環境監測中心站

通過對汀江流域上杭段上覆水和沉積物孔隙水重金屬特征研究，結果表明，沉積物孔隙水中重金屬濃度與其上覆水相應重金屬濃度差異顯著，是其幾十倍到幾百倍。除碧田點位重金屬銅和鋅以及金山電站點位重金屬銅以外，孔隙水中重金屬濃度均隨深度增加而降低。碧田和金山點位孔隙水中重金屬銅和鋅出現峰值與相應層沉積物中重金屬含量有關。

汀江流域 重金屬 孔隙水 污染監測

重金屬是具有潛在危害的重要污染物，與其它污染物類不同，其威脅在于它不能被微生物所分解，且可在生物體內富集，成為持久性污染物[1]。水底沉積物既是水中懸浮物重力沉淀的產物，又對水中溶解物質具有強烈的吸附作用，通常沉積物中積累的重金屬濃度比水中高幾個數量級[2]。近年來，學界對湖泊、河流、海洋沉積物中重金屬的含量與賦存形態以及不同環境條件下沉積物中重金屬的釋放情況作了大量研究，發現沉積物中重金屬通過孔隙水的介質作用擴散到上覆水體，從而影響上覆水的水質，因此，孔隙水中重金屬的研究對于評價沉積物中重金屬對上覆水的影響有重要意義[3，4]。目前，國內外對于沉積物中重金屬的研究頗多，但對沉積物孔隙水中重金屬的研究并不多見，本文通過對汀江流域上杭段上覆水和沉積物孔隙水中重金屬含量特征的研究，以期為汀江流域水環境重金屬環境管理服務。

1 采樣與方法

1.1 研究區概況

汀江是福建的第三大河流、龍巖市境內的最大河流，發源于寧化縣木馬山北坡，平均流量144m3/s，集水面積達9659.6km2，占龍巖市國土面積的50.78%，流域人口200多萬。汀江不僅是龍巖市的主要飲用水水源地，也是重要的工農業生產水源，是支撐福建省閩西南地區社會經濟系統的重要基礎性資源。因此有必要對汀江水環境，尤其是汀江流域重金屬分布特征進行研究。

1.2 樣品采集與分析

本次研究取樣時間為2016年10月18日，共設置三潭渡口、金山電站、碧田、澗頭共4個采樣點，其中三潭渡口位于紫金山上游，金山電站位于紫金山排污口附近，碧田點位位于排污口下游約1000m，澗頭點位位于排污口下游約2000m。研究的水樣包括上覆水樣和沉積物孔隙水樣：①上覆水樣，用柱狀采泥器采集沉積物后，用虹吸法采集柱狀采泥器上部的水樣；②孔隙水樣，用柱狀采泥器采取沉積物，按照一定的厚度分樣后，以5000 r·min-1的轉速離心20min，分離上部的澄清液作為孔隙水樣，4個點共采集柱狀分層樣24個。水樣采集后立即用孔徑為0.45μm的濾膜過濾，用于金屬元素分析的水樣在采集后用優級純硝酸酸化(pH=2)處理后及時運送到室內在4℃下冷藏，并于規定時間內進行測定。本次研究的金屬元素有Cr、Cu、Pb、Zn，采用安捷倫7900 ICP-MS測定。

2 結果與討論

2.1 上覆水重金屬分布

重金屬鉻在四個采樣點位的濃度差異不顯著，最大為1.25μg/L，最小為0.79μg/L；重金屬銅在碧田點位的濃度最大，并且與其他三個點位的差異顯著，其濃度為三潭渡口的12.6倍；重金屬鋅和鉛在四個采樣點位的濃度差異不顯著。由以上分析得出，在四個采樣點位中，重金屬銅在碧田點位比其他點位高，并且差異顯著，其余重金屬在各個采樣點位均差異不顯著。

2.2 孔隙水重金屬垂直變化

從圖1可以看出，沉積物孔隙水與上覆水重金屬濃度差異極顯著，平均含量由高到低依次為Zn>Cu>Pb>Cr。沉積物孔隙水中重金屬濃度最大值出現在碧田點位。

（1）重金屬鉻在沉積物表層孔隙水的濃度較大，最大值出現在碧田點位表層達到206.8μg/L，為其上覆水濃度的258.5倍。重金屬鉻在四個采樣點位垂直變化趨勢較一致，表層沉積物孔隙水的濃度值最大，隨著深度增加，濃度逐漸降低。

（2）重金屬銅在碧田點位沉積物孔隙水中10cm處出現峰值，表層孔隙水濃度為上覆水的107.4倍，10cm處孔隙水濃度為上覆水的119.8倍。在金山電站，孔隙水重金屬銅濃度隨著深度的增加逐漸增大，到20cm處達到最大值，達到801.8μg/L，是其上覆水的92.7倍。分析四個點位沉積物中重金屬銅在各層的濃度，碧田點位10cm處重金屬銅濃度最大，達到446.1mg/kg，因此該層孔隙水重金屬銅濃度也高；金山電站20cm處重金屬銅濃度最大，達到1124.1mg/kg，因此該層孔隙水重金屬銅濃度也高。

（3）重金屬鋅在碧田點位沉積物孔隙水中10cm處出現峰值，濃度值達到其上覆水的304.0倍，是金山電站相應深度沉積物的24.9倍，其余斷面均是隨著深度增加，孔隙水中重金屬鋅的濃度逐漸降低。同樣，通過對各點位各層重金屬鋅分析，結果顯示碧田點位10cm處沉積物重金屬鋅的濃度最大，達到1463.7mg/kg，因此該層重金屬鋅會出現峰值。

（4）重金屬鉛的最大值出現在碧田沉積物表層孔隙水，達到168.5μg/L，是其上覆水的141.6倍，是金山電站表層沉積物的2倍。四個采樣點位沉積物孔隙水鉛濃度均是隨著深度增加而降低。

圖1 研究斷面上覆水和沉積物孔隙水中重金屬元素濃度垂直剖面

（水-沉積物界面高度指定為0 cm，指沉積物埋深）

由此可見，重金屬鉻、鋅、鉛在三潭渡口、金山電站和澗頭三個點位孔隙水變化趨勢較一致，均是隨著深度增加濃度降低；在碧田點位，金屬元素鋅在10cm處出現峰值。金屬元素銅在四個采樣點位變化較復雜，三潭斷面隨著沉積物深度增加其濃度降低，但在金山電站斷面，其濃度隨著沉積物深度增加而增加，而且在碧田沉積物10cm處出現峰值（表層和10cm處）。出現以上現象，有可能是因為歷史原因造成，同時沉積物中有機質的耗氧降解可導致沉積物缺氧，呈一定程度的還原性，使沉積物中的重金屬釋放出來，從而對水環境產生一定影響，有待進一步研究。

3 結論

綜合分析，采樣點位沉積物孔隙水中重金屬濃度與上覆水顯著差異，達到上覆水相應重金屬濃度的幾十倍到幾百倍，而且表層沉積物孔隙水重金屬濃度高，相應點位上覆水的重金屬濃度也較高，說明沉積物表層重金屬濃度對上覆水重金屬濃度大小有直接影響。

沉積物重金屬隨深度變化呈現一定的規律，除重金屬銅和鋅在碧田點位10cm處出現峰值，重金屬銅在金山電站點位隨深度增加濃度增大外，其余點位其他重金屬均隨深度增加濃度逐漸降低。各點表層沉積物孔隙水中重金屬含量比下層高，可能是由于表層沉積物中重金屬以有機物和鐵錳氧化物、粘土礦物表面的吸附態存在，沉積物中有機物的分解、鐵錳氧化物的還原以及其它物理化學條件的改變，使得重金屬從沉積物中釋放出來，進入孔隙水；重金屬的釋出主要存在于Eh較高的表層，所以表層以下主要是重金屬的擴散、去除過程，重金屬含量急劇下降，該去除過程可能是重金屬離子吸附在FeS表面或者與SO42-的還原產物S2-反應生成硫化物沉淀的結果[2]。

重金屬銅和鋅在碧田點位10cm處出現峰值，重金屬銅在金山電站20cm處達到峰值，可能是由于歷史原因，沉積物中相應重金屬濃度較高，然后通過擴散、去除作用造成，具體原因有待進一步研究。

[1] 范成新，朱育新，吉志軍,等．太湖宜溧河水系沉積物的重金屬污染特征[J]．湖泊科學，2002，14(3)：235-241.

[2] 蘇春利，王焰新.墨水湖上覆水與沉積物間隙水中重金屬的分布特征[J].長江流域資源與環境,2008,17(2):285-290.

[3] 王沛芳，胡燕，王超，等.動水條件下重金屬在沉積物一水之間的遷移規律[J].土木建與環境工程, 2012，34（3）：151-158.

[4] 王小慶，鄭樂平，孫為民.淀山湖沉積物孔隙水中重金屬元素分布特征[J].中國環境科學, 2004，24（4）：400-404.