太平湖底質中重金屬污染評價

林芳

摘 要：為了解太平湖底質中的汞、砷污染現狀，本文采用原子熒光光光度法，對太平湖及其支流8個點位底泥中的汞、砷含量進行測定。結果表明：太平湖底質中的汞的含量為0.14～0.39 mg/kg，砷含量為0.64～15.32 mg/kg。同時，采用地累積指數法和潛在生態危害指數法評估太平湖底質中汞、砷的污染水平和生態風險。評估結果顯示：太平湖底質未受到汞污染，潛在生態影響較小;太平湖底質未受到砷污染，潛在生態影響很低。

關鍵詞：汞;砷;底質;生態風險評估

Abstract： In order to understand the pollution status of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake， the contents of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake and its tributaries were determined by atomic fluorescence spectrometry. The results show that the contents of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake are 0.14 ～ 0.39 mg/kg and 0.64 ～ 15.32 mg/kg respectively. Meanwhile， the pollution level and ecological risk of mercury and arsenic in the sediment of Taiping Lake were evaluated by geoaccumulation index and potential ecological hazard index. The results show that the sediment of Taiping Lake is not polluted by mercury， and the potential ecological impact is small. The sediment of Taiping Lake is not polluted by arsenic， and its potential ecological impact is very low.

Keywords： mercury; arsenic; sediment; ecological risk assessment

太平湖地處皖南腹地黃山和九華山之間，地勢自南向北漸低，主要支流有浦溪河、清溪河、舒溪河、麻川河、秧溪河等。本文主要研究太平湖底質中砷、汞污染現狀，現對8個不同位置的底泥進行砷、汞元素測定，并采用地累積指數法和潛在生態危害指數法對其進行分析評價。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

1.1.1 地理位置。太平湖位于安徽省黃山市黃山區太平湖鎮，五大支流在此匯集，支流主要為浦溪河、清溪河、舒溪河、麻川河、秧溪河等。太平湖國家濕地公園總面積為98.5 km3，水面面積為88.6 km2，平均水深為40 m，最深處為70 m，年蓄水量為24億m3。

1.1.2 地形地貌。在構造上，太平湖國家濕地公園屬于江南臺背斜，成陸年代較早，是一個穩定的上升地區。黃山及其余脈在流域內綿延起伏，地形起伏多變，地貌以中低山丘陵枝狀分布和山間盆地鑲嵌分布的格局為主。整個地勢呈現出四周高中間低的特點。南邊為黃山山脈的主峰，最高峰蓮花峰海拔1 873 m;游山海拔866 m;東部欄干石海拔1 398 m。

1.1.3 采樣時間與地點。采樣時間為2020年9月29日和30日。本次采樣設8個采樣點位，太平湖湖區設3個采樣點，分別為湖1、湖2、湖3，其余5個點位設在太平湖5條支流上，分別在密巖關（浦溪河）、桂家（清溪河）、佘溪大橋（舒溪河）、外浮渡口（麻川河）、河口村（秧溪河）。采集土壤時，采用GPS定位儀定位。采用此布設方法，能全面地反映太平湖流域砷、汞污染狀況。點位對應經緯度如表1所示。

1.2 實驗材料

1.2.1 儀器與試劑。系列原子熒光光度計（PF5），北京普析通用儀器有限責任公司;砷特種空心陰極燈，北京普析通用儀器有限責任公司;汞特種空心陰極燈，北京普析通用儀器有限責任公司;微波消解儀（WX-8000），上海屹堯儀器科技發展有限公司;電子天平（AX224ZH/E），奧斯豪公司;超純水機（Aquapro 2S），艾科浦公司。實驗所用的玻璃儀器用10%硝酸溶液浸泡24 h，蒸餾水洗凈備用。

實驗所用的試劑為硝酸、鹽酸、硼氫化鉀、氫氧化鉀。

1.2.2 標準溶液。汞標準溶液：濃度為1 000 mg/L;汞標準使用液：濃度為1 μg/L;砷標準溶液：濃度為1 000 mg/L;砷標準使用液：濃度為10 μg/L。

1.2.3 試劑配制。氫氧化鉀溶液：濃度為5%;硼氫化鉀溶液：濃度為1%;載液：濃度為10%。

1.3 太平湖底質的預處理

1.3.1 樣品制備。本研究按照《海洋監測規范 第3部分：樣品采集、貯存與運輸》（GB 17378.3—2007）的相關規定進行沉積物樣品的采集[1]。研究者利用抓斗進行湖底淤泥采集，采集后的淤泥用黑色塑料袋暫存，在實驗室將采集后樣品置于托盤中風干，研磨，過100目篩，用塑料袋貼標簽保存。

1.3.2 樣品的消解。經查閱《微波消解使用手冊》得知試樣消解較優條件[2]，在防酸通風櫥中準確稱取風干、過0.150 mm篩孔的土樣0.1 g置于微波消解罐中，依次加入6 mL濃鹽酸、2 mL濃硝酸，搖勻。將消解罐按規定程序裝入微波消解儀中，并將消解儀連接到傳感器。按照《微波消解儀使用說明書》設定儀器升溫參數，程序設定詳見表2。各升溫程序執行結束后，設備開始冷卻。待罐內溫度降至80 ℃后在通風櫥中取出，等溫度降至更低時緩慢打開消解罐蓋，將消解后的液體轉移至100 mL容量瓶，并多次洗滌消解罐[3]。

1.4 原理

1.4.1 方法原理。汞：在鹽酸溶液中，二價汞離子能和硼氫化鈉反應生成反應生成原子態汞蒸汽，被氬氣載入原子化器中，在汞特種空心陰極燈照射之后，基態Hg受到激發處于高能態，由高能態轉為基態的過程中會發出熒光。其熒光強度在固定條件下與被測液中的汞濃度成正比，與標準系列比較定量[4]。

砷：在鹽酸溶液中，三價砷離子能和硼氫化鈉反應生成砷化氫（AsH3），接著進入石英原子器中，在高溫環境下分解成原子砷。在特制砷陰極燈照射以后，基態As受到激發而處于高能態，由高能態轉為基態的過程中會發出熒光。其熒光強度在固定條件下與被測液中的砷濃度成正比，與標準系列比較定量[5]。

1.4.2 標準曲線。汞標準曲線：測定時儀器配有自動進樣器，在軟件設置頁面設置濃度為1 μg/L，并分別設定汞濃度為：0 μg/L、0.1 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.8 μg/L、1.0 μg/L。用熒光強度值和汞標準系列濃度制作標準曲線[6]。經測定，汞的標準曲線校正方程為：

砷標準曲線：測定時儀器配有自動進樣器，在軟件設置頁面設置濃度為10 μg/L，并分別設定砷濃度為：0、2.0、4.0、8.0、10.0、20.0 μg/L。用熒光強度值和汞標準系列濃度制作標準曲線，經測定砷的標準曲線校正方程為：

1.4.3 樣品測定及質控措施。測定試樣時，對每個樣品進行平行樣的測定，誤差小于10%視為合格，并在消解土樣時用標準物質作為質控樣品，測定元素的標準物質濃度與標準物質中的元素濃度誤差率在10%之內視為合格，本次采用中國計量科學研究所認定的水系沉積物成分分析標準物質（GBW-07309 GSD-9），單位為mg/kg，其中，汞元素的認定值為（0.083±0.009） mg/kg，砷元素的認定值為（8.4±0.9） mg/kg，標準物質、樣品空白連同樣品同時消解，定容后用0.45 μm水系濾膜抽濾定容好的試樣溶液至測定管，將測定管置于自動進樣器[7]。

1.5 計算和評價方法

1.5.1 汞、砷含量計算。砷、汞的含量計算公式：

1.5.2 評價方法。本研究利用德國學者Muller提出的地累積指數法與瑞典地球化學家Hakanson提出的潛在生態危害指數法來反映太平湖底質中砷、汞的污染程度和潛在風險[8]。

地累積指數法：地累積指數能體現太平湖底質中某元素的污染程度，其計算方法為：

2 結果與分析

2.1 結果

將測定的試樣濃度帶入式（3），計算得出的結果如表3所示。

2.2 分析

2.2.1 評價方法。根據太平湖底質中汞、砷含量的實測值，采用地累積指數法和潛在生態危害指數法對研究區汞、砷污染進行評價，評價標準見表4，土壤環境質量標準摘錄見表5。

2.2.2 太平湖底質中汞污染評價。太平湖底質中汞含量及風險評價見表6。由表6可知，汞含量在0.14～0.39 mg/kg，平均含量為0.25 mg/kg，其中最大值在河口村（秧溪河），最小值在湖1。黃山市土壤背景值參照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018），汞的背景值為0.15 mg/kg。太平湖底質中汞含量分布無明顯規律，五條支流的汞含量大于湖中三個點的含量。分析原因可能是多方面的：支流周圍有耕種的農田，含汞農藥的使用、含汞化肥的使用可能造成周圍水體存在汞污染;支流沿岸居民使用含汞燃煤或者是向水體排放含汞廢水、廢渣，導致支流中的汞含量大于背景值;支流沿岸的工業企業排放含汞的污水，造成汞含量大于背景值。

從地累積指數法評價結果可知，8個采樣點位的污染指數均在0以下，污染程度較低;潛在生態指數法評價顯示，太平湖底質外浮渡口（麻川河）、河口村（秧溪河）兩個點位[Er]值大于90，潛在生態危害程度為重，湖1點位潛在生態危害程度為輕，其他點位潛在危害程度中等。總的來說，太平湖及其支流汞潛在生態影響中等，污染程度為清潔。

2.2.3 太平湖底質中砷污染評價。太平湖底泥中的砷含量及風險評價見表7。從表7可知，砷含量在0.64～15.32 mg/kg，平均含量為10.69 mg/kg，其中最大值在外浮渡口（麻川河），最小值在湖1。黃山市土壤背景值參照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018），砷的背景值為15 mg/kg。太平湖底質中砷含量分布無明顯規律，五條支流的砷含量大于湖中三個點的含量。經分析，原因可能是多方面的：煤的燃燒或者是含砷農藥的使用;河流砷元素本底含量較高;來源于城市污水排放。

從地累積指數法評價結果可知：8個采樣點位污染指數均在0以下，污染程度非常低;潛在生態指數法評價顯示：太平湖底質及其支流底質的潛在風險指數均小于40，所有點位底質評價結果顯示潛在生態危害程度為輕度，潛在生態影響非常小。總的來說，地累積指數法和潛在生態系數法顯示一致，太平湖區域無砷污染。

3 結論

①太平湖及其支流汞潛在生態影響中等，污染程度為清潔。為此，有關部門要加強管理，對農藥的施用加以控制，對太平湖支流及其沿岸的工業企業加強巡查，減少污水排入太平湖流域，減少其潛在危險程度。

②地累積指數法和潛在生態系數法顯示一致，太平湖區域無砷污染。

參考文獻：

[1] WHEATLEY B，WHEATLEY M A . Methylmercury and the health of indigenous peoples： a risk management challenge for physical and social sciences and for public health policy - ScienceDirect[J]. Science of the Total Environment，2000（1）：23-29.

[2]韋建強，趙躍平，莫俊成，等.仔豬腹瀉研究進展[J].醫學動物防制，2005（9）：689-692.

[3]周永江，賈北寧.淺談仔豬腹瀉病的類型及防控措施[J].畜牧業，2014（1）：52.

[4]劉茜，劉彥杰，李泓.土壤中砷、汞消解方法研究及其在土壤中含量的評價：以北京東郊農村地區為例[J].科技創新與應用，2018（5）：7-9.

[5]王紅慧，許學宏.雙道原子熒光法同時測定土壤中砷和汞[J].江蘇農業科學，2003（33）：88-90.

[6]速有瑞，李天才.氫化物原子熒光光譜法測定藥用動物角中微量砷和汞[J].光譜學和光譜分析，2002（5）：850-852.

[7]王天亮.氫化物發生：原子熒光法測定土壤樣品中砷、汞的研究及應用[D].吉林：吉林大學，2017：1-2.

[8]生態環境部，國家市場監督管理總局.土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）：GB 15618—2018[S].（2018-08-01 ）.http：//www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/trhj/201807/t20180703_446029.shtml.