山東省某河流疏浚后底泥中Zn，Cr，Hg的含量變化及潛在生態風險評價

胡安梁，劉長青，殷 悅，石 佳

(青島理工大學 環境與市政工程學院，青島 266033)

隨著城市工業化的快速發展，含有重金屬的廢水會通過各種途徑排入水體。進入水體的重金屬經過絡合、吸附、沉淀等作用大部分由水相轉為固相，沉積在底泥中，而當外界條件發生變化時，蓄積在底泥中的重金屬又會重新釋放到水體，造成二次污染。重金屬具有危害持久、毒性較強、不易降解等特點，且可以通過食物鏈危害人體健康。將受污染水體的底泥進行疏浚是改善水體水質的有效措施。雖然我國很多城市已開展污染水體底泥的疏浚工作，但是疏浚后底泥重金屬含量是否真正得到有效控制，仍值得關注。因此，研究疏浚后底泥重金屬的含量變化及其生態風險，對于指導河流的治理與管理具有十分重要的意義。

山東省某河流沿岸及周邊城鎮化水平較高，分布著較多的工業企業，在入河污水通過沿河鋪設的截污管道實現截流的2010年之前，大量城市居民的生活污水和工業企業的生產廢水排入到河水中。根據《山東省重點污染湖泊、河流、入海口灘涂底泥重金屬污染狀況調查報告》的調查結果可知，該河道底泥中重金屬Zn，Cr，Hg污染程度較強。為了消除底泥污染帶來的風險，當地政府依據調查結果開展了底泥疏浚的示范工程，并于2015年完成了對重度和中度污染區域底泥的疏浚工作。

為了明確該河段示范工程實施后底泥中重金屬的含量變化情況，評價底泥中重金屬的潛在生態風險，本研究在進行了示范工程河段底泥重金屬采樣分析的基礎上，采用國際較為通用的HAKANSON潛在生態風險指數法[1]對示范工程實施后該河段潛在生態風險進行了評估。此外，為了解河道流量變化對底泥重金屬的擾動情況，在河流的豐水期及枯水期分別取樣評估。本研究為明確該河流底泥疏浚示范工程環境質量改善的效果，同時也為該河流重金屬的污染防治和長期管理工作提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

研究河段位于山東省境內，疏浚的長度約為1000 m，河道寬度400～500 m，水深2～5 m，沉積物厚度約為50 cm，屬泥沙混合質，部分區域底泥含沙量較大，河流兩岸植被覆蓋率較高，在疏浚河段上游有一處城市污水處理廠的排污口。根據該河流的水文地質條件，在綜合考慮河流疏浚范圍的基礎上，以該河段中設置的橡膠壩為起點，在疏浚工程區域每隔100 m布設1個取樣斷面，每個斷面在靠近河道兩岸和河道中間各布設1個取樣點位(圖1)，采用GPS定位器進行導航定位，分別于2017年12月(枯水期)和2018年6月(豐水期)，使用重力抓斗取樣器，采集表層0～20 cm的底泥，將同一斷面采集的3個底泥樣品就地混合為一個樣品，作為該取樣段面底泥的代表性樣品。取樣后裝入聚乙烯樣品袋中，依次編號，帶回實驗室進行分析。

圖1 采樣點位示意

1.2 樣品分析

將采集回的樣品放在通風、陰涼、干燥的地方，待樣品自然風干后，除去樣品中的垃圾、大石塊等雜物，用木棒碾碎，經過研缽研磨后，過200目尼龍篩，將篩好的樣品放入聚乙烯樣品袋中備用。底泥中Cr和Zn采用火焰原子吸收分光光度法進行測定，Hg采用原子熒光法進行測定，pH采用電位法進行測定。實驗所用藥劑均為優級純，實驗用水為超純水，實驗所用的器皿全部經過5%的硝酸浸泡24 h，超純水洗凈烘干待用。

1.3 評價方法

本研究采用瑞典學者HAKANSON于1980年提出的潛在生態風險指數法[1]進行評價，該方法綜合考慮重金屬的毒性水平、生態效應與環境效應，給出了重金屬元素潛在生態風險程度的定量劃分，已成為沉積物重金屬風險評價中應用最為廣泛的方法，被較多學者采用[2-4]。其計算公式為

表1 重金屬的參比值和毒性響應系數

表2 潛在生態風險的等級劃分

2 結果與討論

2.1 底泥重金屬的含量變化及分布

通過對疏浚河段所采集的底泥樣品進行分析測定，得到枯水期、豐水期底泥樣品中Zn，Cr，Hg 3種重金屬含量的分布情況(圖2)。

從圖2中可以看出，底泥中重金屬在空間分布上表現出一定的規律性，無論在枯水期還是豐水期，底泥中重金屬Zn，Cr，Hg的含量分布在疏浚河段沿程變化趨于一致，均表現為疏浚河段下游(靠近橡膠壩)底泥中重金屬含量要高于疏浚河段上游底泥中重金屬的含量，這主要是由于橡膠壩的攔截作用引起的，經過橡膠壩的攔截，河水的水流速度變慢，水體中懸浮的泥沙和攜帶的污染物容易在此沉積，導致這部分區域底泥中重金屬含量較高。

河道內水體流量變化對底泥中重金屬的含量有一定影響，疏浚河段底泥中Zn和Cr在枯水期與豐水期的含量整體上變化不大，豐水期底泥中Zn和Cr含量的平均值略高于枯水期；Hg的含量變化較大，Hg在各個點位枯水期的含量均大于豐水期，枯水期均值為豐水期均值的4.05倍。

河流不同流量期底泥中重金屬Zn，Cr，Hg的含量變化與不同重金屬污染源的排放規律有關，在疏浚河段上游分布著機械制造等類型企業，雖然這些企業的生產廢水經過嚴格處理后達標排放，但其中仍可能含有一定濃度的Zn和Cr，在河流豐水期階段，河水水量較大，水體中所攜帶的重金屬污染物總量大，且豐水期在取樣時間上滯后于枯水期，雖然豐水期橡膠壩會打開行洪，但重金屬物質的沉淀積累仍然是造成豐水期底泥污染濃度高的重要原因。Hg含量豐水期下降的原因主要在于當地有關部門對涉Hg的企業在研究時段內的重點排查和監督，有效控制了外源排放，同時水體環境的改變對底泥中Hg的含量變化有一定影響，一方面豐水期河水水量增大，水體流速增大，水體的紊流強度增加從而導致底泥和水體的分子擴散反應加快，同時還會加快底泥中孔隙水與上覆水的水分子擴散速率，底泥中的重金屬與孔隙水的交換速率也得到相應的增強[6]，有利于底泥中的Hg向水體中釋放；另一方面豐水期河水溫度升高，水體環境條件發生改變，吸附平衡也隨之改變，會使底泥中重金屬離子的吸附—解吸速度加快，上覆水和底泥中離子直接交換速率加快[7]，有利于底泥中的Hg向水相中遷移以及釋放于孔隙水中的Hg向上覆水中遷移，使得豐水期底泥中Hg的含量低于枯水期。

所研究河流作為當地農業用水的主要來源，對水環境質量要求較高，本次研究采用《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018) 中的農用地土壤污染風險篩選值(6.5

變異系數可以用來反映數據離散程度的大小，變異系數越大，表明受人類活動影響的程度越大。由表3可知，無論是在枯水期還是豐水期，疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg 3種重金屬均表現出一定程度的變異。其中，Zn的變異系數相對較小，表明Zn在各斷面的水平差異較小，分布較為均勻；Cr和Hg的變異系數相對較大，表明Cr和Hg在空間分布上不均勻，受人類活動的影響較大。

表3 疏浚河段底泥中重金屬的變異系數 %

2.2 底泥重金屬潛在生態風險評價

3 結論

1) 疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg 3種重金屬含量在沿河空間分布上表現為疏浚河段下游(靠近橡膠壩)大于疏浚河段上游；受不同重金屬污染源排放與河道內水體流量變化的影響，疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg表現出一定的變化規律，其中，豐水期疏浚河段底泥中Zn和Cr的含量平均值要高于枯水期，枯水期疏浚河段底泥中Hg的含量要高于豐水期，其枯水期均值為豐水期均值的4.05倍；無論是枯水期還是豐水期，疏浚河段底泥中Zn，Cr，Hg含量的平均值均低于《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》(GB 15618—2018) 中的農用地土壤污染風險篩選值(6.5