呂梁市降雪中重金屬污染分析

張婷瑜，武瑞平，周 慧

(呂梁學院，山西 呂梁 033000)

大氣中的污染物可以通過干沉降和濕沉降的方式到達地面，從而可能對水體和土壤造成間接污染。重金屬元素有較強的生物累積性和難降解性，可以通過化石燃料燃燒、汽車尾氣、企業煙氣、土壤揚塵等進入大氣，吸附在氣溶膠上。在我國北方城市，冬季的濕沉降以降雪為主，因此降雪中重金屬不僅能反映環境中重金屬的污染狀況，同時也能為大氣中重金屬污染來源和其環境行為提供重要依據[1]。

本文對呂梁市區降雪中重金屬的含量進行了監測和分析，同時用富集系數法分析了可能的來源并對其潛在生態風險進行了評價，以期了解呂梁市大氣降雪中重金屬污染情況和來源，為尋求解決措施提供理論依據。

1 樣品采集及分析

1.1 樣品的采集

雪樣采集于2017年末到2018年初的全部兩場降雪(2017年12月14日和2018年1月7日)。采樣地點按照居民區(住宅小區)、工業區(電廠)、商業區(市區)和清潔區(呂梁學院)4個功能區進行樣品的采集。

采用聚乙烯塑料瓶采集樣品，采樣前將塑料瓶預先用硝酸浸泡24 h以上，再用去離子水沖洗干凈，以除去可能存在的金屬離子。為避免雪樣表層塵土的污染，樣品采集時去除表層浮雪后進行采集，采樣后立即密封，帶回實驗室。

1.2 樣品的預處理

采集的雪樣在室溫下融化，立即測定其pH值。然后將融化的雪樣加適量硝酸酸化，低溫保存待處理。

取50 mL融化雪樣于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL濃硝酸和3 mL高氯酸在110℃的不銹鋼恒溫電熱板上消解，消解至5mL左右且溶液清澈透明，用1%的稀硝酸沖洗燒杯，最終定容至25 mL的容量瓶中，待測。

1.3 樣品分析

樣品pH值的測定采用pH計。樣品中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn的含量采用電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定，同一樣品平行測定3次。

2 結果與討論

2.1 呂梁市降雪中重金屬含量

呂梁市降雪pH值及6種重金屬的測定結果如表1所示。

由表1可以看出，呂梁市區降雪呈弱酸性，樣品pH值為5.79～6.61。由于樣品pH值均大于5.6，故不屬于酸性降水。表2為呂梁市降雪中重金屬的濃度特征。

表1 呂梁市降雪pH及重金屬含量Table 1 pH value and concentrations of Cu,Pb,Zn,Cr,Cd,Mn in the snow

注：除pH值外，表中單位為μg/L。

表2 呂梁市降雪中重金屬的濃度特征Table 2 Concentration characteristics of heavy metals in snowfall in lvliang City

2場降雪中，6種重金屬含量平均值由高到低依次為：Zn>Mn>Pb>Cu>Cr>Cd，含量最高的Zn元素的范圍為：58.54～255.50 μg·L-1，平均值為125.85 μg·L-1；含量最低的Cd元素的范圍為：5.79～6.00 μg·L-1，平均值為6.00 μg·L-1。6種重金屬的變異系數為4.25%～64.44%，元素Cu、Cd的變異系數較小，說明這兩種元素在不同功能區之間的含量差異較小，而其他元素在不同功能區中含量差異較大，這與不同功能區中重金屬的來源有較大關系。不同時段的2場降雪中，重金屬Cu、Pb、Cd、Mn的平均含量變化不大，而Zn、Cr的含量在第二場雪中的平均含量高于第一場，這可能與人類活動的干擾有較大關系，此外，也可能與氣象條件有關[2]。

從各功能區看，2次降雪中，元素Pb在商業區的濃度明顯偏高，這可能與商業區汽車流量較大，汽車尾氣的排放有關。Zn、Mn元素在工業區的含量較高，這可能與工業尾氣的排放等人為活動有關。

將測量結果與地表水環境質量標準(GB3838-2002)相比較(見表3)。從表3可以看出，Cu、Zn、Cr元素的含量低于Ⅱ類水的標準限值，高于Ⅰ類水的標準限值；Cd的含量低于Ⅴ類水的標準限值，高于Ⅳ類水的標準限值；Pb的含量低于Ⅲ類水的標準限值，高于Ⅱ類水的標準限值；Mn的含量符合集中式生活飲用水地表水源地的標準限值。這表明呂梁市融雪已不能作為Ⅱ、Ⅲ類水體使用，城市大氣中重金屬存在一定程度的污染。

表3 降雪中重金屬含量與地表水環境質量標準比較Table 3 Comparison between concentrations of 6 heavy metals in snowfall and environmental quality standards of surface water

將本文結果與城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)相比可知，呂梁市兩場降雪中6種重金屬的含量均低于排放標準，這表明融雪可以排入自然水體，不會對自然水體造成污染。

2.2 呂梁市降雪中重金屬的來源分析

本文采用富集系數法來判別元素的自然來源和人為來源。富集系數EF為：

式中：Xi為待評價元素i的含量；Xr為參比元素r的含量。通常選取地殼中普遍大量存在、人為污染源小、化學穩定性好且揮發性較低的元素為參比元素[3-4]。EF<5，表示該元素主要來自于地殼；5100，表示元素明顯受到人類活動影響，嚴重富集[5]。

本文選用Al作為參比元素，呂梁市降雪樣品中Al的平均濃度為93.46 μg·L-1，參考地殼中各元素的豐度值[6]，得到呂梁市兩場降雪中6種重金屬的平均富集系數見表4。可以看出，元素Cr的富集系數小于5，說明Cr主要來自于地殼；元素Mn的富集系數為24.47，表示元素Mn受人類活動影響較大，屬于中度富集；其余元素的富集系數均大于100，說明Cu、Zn、Cd、Pb受人類活動影響嚴重，屬于嚴重富集。元素Cd和Pb的富集系數甚至超過2000，這可能與機動車燃料的使用有關[2]。

表4 降雪中6種重金屬的富集系數Table 4 Enrichment factors of six heavy metals in snowfall

2.3 潛在生態危害評價

瑞典學者Hakanson[7]提出的潛在生態危害指數法目前已廣泛應用于重金屬的生態危害評價中。潛在生態危害指數RI的計算公式為：

表5 潛在生態風險評價標準Table 5 Potential ecological risk assessment criteria

本文以國家地表水 I 類標準作為參比值，計算出呂梁市降雪重金屬元素的潛在生態危害評價結果，見表6。

各元素的潛在生態危害指數的順序為Cd>Pb>Cu>Cr>Zn，其中Cd的生態危害指數最高，具有很強的生態風險，其余元素的生態危害指數均未超過40，屬于輕微生態風險。

5種重金屬元素的潛在生態危害指數Ri=212.78，說明呂梁市降雪中重金屬的潛在生態風險水平為中等生態風險。

表6 呂梁市降雪中重金屬的潛在生態危害指數Table 6 Potential ecological hazard index of heavy metals in snowfall in lvliang City

3 結論

(1)呂梁市降雪中6種重金屬平均含量順序為Zn>Mn>Pb>Cu>Cr>Cd，含量最高的Zn平均濃度為125.85 μg·L-1；含量最低的Cd平均濃度為6.00 μg·L-1。。融雪已不能作為Ⅱ、Ⅲ類水體使用，但融雪可以排入自然水體，不會對自然水體造成污染。

(2)呂梁市降雪中Cr的來源主要來自地殼，Mn受到人為活動的影響，屬于中度富集，Cu、Zn、Cd、Pb的富集系數均大于100，屬于嚴重富集，說明這些元素的來源主要為人為源。

(3)潛在生態危害評價顯示，降雪中重金屬的潛在生態風險為中等生態風險水平，其中Cd的生態危害指數最高。