對廣州地區水域沉積物重金屬污染源及污染評價分析

劉志才

廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060

1 材料和方法

1.1 采樣及處理

在廣州地區的水域中設置23個站點進行樣品采集，這些站點覆蓋了廣州東山、海珠、荔灣、天河等區。每個站點采集三個樣品，一個是進行粒度分析，一個是進行鋅、鉻、鉛等重金屬的含量分析，一個是實驗室備份。將采集的樣品放置在塑料瓶中，帶回實驗室進行細致分析，并將備份樣品放置在-20℃的環境中儲存。樣品采集方法為：用重力抓斗式采泥器在采集點采泥，并用塑料鏟子取出采泥器中的底泥，將其封裝到聚乙烯瓶中。

在樣品分析之前，需要對其進行前處理。運用冷凍干燥機將沉積物樣品干燥到恒定中毒，剔除樣品中的砂子、石子等雜物，然后在每一份樣品中稱取0.3g的3份樣品到消化罐中，往每一個消化罐中加入4.5cm3濃硝酸、1.5cm3氫氟酸、1cm3雙氧水和1cm3鹽酸鹽，對其進行酸消解，消解液過濾后定容到100cm3，轉移到小口的塑料瓶中，并放到4℃環境下冷藏，進行重金屬污染物分析。

1.2 評價方法

在水域重金屬污染情況的評價上，采用Hakanson提出來的沉積物評價方法，對廣州地區水域的沉積物重金屬污染帶來的生態風險和危害進行系統分析，并將潛在生態危害分成5個等級。

2 結果

2.1 重金屬沉積物的粒度特征

廣州地區水域的沉積物主要有泥、粉砂、砂質粉砂、礫砂質泥、泥礫質礪等品種，其中，前三者分布最廣，幾乎占研究區域的80%以上。在空間分布上，水動力較強的河口、灣口等地區沉積物含量較少，而在水動力較大的區域中，細粒級組分分布較為均勻，含量也較高。

廣州地區水域的沉積物中重金屬的來源主要是工業污水、生活污水等人為排污，人為排污一定程度上改變了沉積物中細粒級組分的比例，重金屬含量隨著時間的推移逐漸累積，人為排污對重金屬的分布產生重大影響，而不同區域的人為排污存在一定區別，這就使得重金屬元素分布存在區域差異，不同區域的重金屬含量不同，使得沉積物粒徑與重金屬分布的相關性不強。

2.2 重金屬沉積物的質量分數分布規律

廣州地區水域的沉積物中重金屬污染物主要有Cu、Cr、Cd、Zn、Pb、Hg、As、Ni，其中，Zn、Cu、Pb的含量較高，占了總沉積物的絕大部分，圖1為Zn、Cr、Cu、Pb、Ni這5種重金屬的含量沿程分布示意圖。從圖中可以看出，這5種污染物的質量分數分布規律基本一致，相差不大，高值區出現在5#和6#斷面之間的干流河道、石井河下游河段中，低值區則出現在1#與2#斷面之間、19#至10#斷面之間的干流河道、石井河上游河段中。

2.3 重金屬沉積物的橫向分布規律

對重金屬沉積物進行橫向分析發現，大多數斷面中各種重金屬污染物在不同采樣點的分布規律變化不大。如圖1所示，絕大多數的重金屬污染物最高值和最低值出現在同一個采樣點上，這一特征說明：廣州地區水域的重金屬污染源排放的污染物中含有多種重金屬元素，在長時間的積累下，使得重金屬污染物的質量分數逐漸增加。另外，各種重金屬污染物最高值多出現在靠岸的采樣點上，且多在左岸，這是因為左岸毗鄰廣州市，人口眾多，而城市建設發展離不開工業發展，工業發展又帶來污染物的排放，污染物長期直接排放到河流中，逐漸累積起來，最終使得左岸的沉積物中重金屬質量分數較高。最低值多出現在河道中間，出現在左岸的比例約為10%，出現在右岸的比例約為32%，出現在中間的比例約為58%，筆者認為這是因為河道中間的流速較大，使得底泥中的大部分懸浮物被釋放出去。

圖1 五種重金屬污染物沿程分布示意圖

2.4 重金屬污染來源

運用主成分分析法對廣州地區水域沉積物重金屬污染物的可能來源進行系統分析。由于廣州是一個高速發達的城市，其化工、電力、礦產、印刷等行業發展速度快，工廠企業多，大量的工業污水被排放到附近水域中，尤其是在海珠區，其是廣州市的主要工業區，大量的造船、冶煉、機械、漂染等工業企業集中于此，工業生產產生大量的廢水、廢渣、廢氣，在沒有進行徹底的處理后就排放到自然環境中，造成環境污染，使得該區域的水域沉積物中重金屬含量較高。另外，由于廣州人口密集，每天會產生大量的生活污水，這些污水也給水域造成重大污染。生活污水和工業污水占到入河污染物的94%左右，這表明工業污水和生活污水是廣州地區水域沉積物重金屬污染的主要來源。由于廣州地區水域的人為排污現象較為嚴重，故而沉積物中的有機質含有大量的工農業生產和城市生活排污帶來的種類繁多、數量眾多的有機質，這為重金屬的結合分解提供基礎，進而影響到重金屬污染物的分布規律。

2.5 污染評價

對沉積物重金屬的污染狀況評價上發現：廣州地區水域沉積物重金屬污染指數在18.2～25.0之間，均值為20.7，不同月份的污染指數有微小的差別。

通過采用Hakanson的潛在生態風險指數法對廣州地區水域進行污染評價分析。由于研究區域的沉積物相對較穩定，故而采用同期的樣品重金屬測試數據進行算術平均，對比該區域平均土壤參比值進行修正，最后得到主要重金屬Cu、Cr、Cd、Zn、Pb、Hg、As、Ni的參比值。通過一系列的計算，計算出重金屬污染物的生態風險指數，由于該指數與風險程度成正相關，最后將該區域的潛在生態風險劃分成極強、很強、強、中等和輕微五個層次。其中，銅、鉻、鋅、鉛的風險指數較低，風險程度為輕微；汞、鎘的風險指數較高，且變化幅度大，其風險程度分別為輕微-中等、輕微-很強。砷的風險指數處于中等，風險程度也為中等。從各個重金屬污染物的風險指數分布情況來看，鎘和汞為主要污染物。從多重金屬元素潛在生態風險指數分析上發現，當前，廣州地區水域沉積物的重金屬潛在生態風險程度屬于中等層次，部分區域屬于輕微層次，也有部分區域屬于很強層次。

運用地質累積指數法對廣州地區各個采樣點的重金屬地質累積指數進行分析和計算，結果表明：Cu的平均污染程度最高，屬于極強層次；Pb、Zn的污染程度較低，屬于輕微層次。從整體上來說，重金屬污染程度屬于中等層次。

3 結語

人為因素是導致廣州地區水域沉積物中重金屬污染的主要因素，工業生產和生活污水排放到附近水域中，在水動力、物理化學作用等因素的影響下，重金屬元素與泥沙一起沉積到水域的各個地區。工業污水和生活污水在進入水域后，部分富集到沉積物上，大部分則溶解到水體中，而水域環境會隨著季節的變化而發生相應的變化，這樣就一定程度上影響了重金屬分布的季節差異。從污染評價角度來說，廣州地區水域的生態潛在風險程度為中等，部分重金屬的生態風險程度較高，甚至接近臨界值，影響水生物的健康成長。從單個重金屬污染物來說，含量較高的是Cu、Pb、Zn，而廣州作為我國的重要一線城市之一，其環境保護受到社會各界的關注，要想實現經濟的可持續發展，必須采取可行的措施加強水域保護，開展水域生態恢復工程，盡可能降低重金屬污染程度，保護生態環境，維持水域的生態功能，美化城市環境，增強城市的投資吸引力，促進城市經濟的可持續發展。