工業區周邊地表水中重金屬污染特征研究

李海育

（廣東省環境技術中心，廣州 510006）

在 我國，重 金 屬As、Cd、Pb、Hg、Ni、Be、Cr、Cu和Ti都已被列入環境優先污染物名單。隨著工業時代的來臨，化學和冶煉工業、有色金屬開采及電子工業近年來不斷發展，產生的含砷污染物進入環境中，對環境造成了巨大的危害[1]，水體重金屬污染已經成為世界上較嚴重的環境問題之一。因此，為了解地表水中重金屬的累積污染，有必要對地表水重金屬污染情況開展研究。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

下面以東莞市茶山鎮污水處理廠尾水和寒溪河入東江南支流水體為對象，進行相關研究。樣品共采集三次，每天采集一次。本次地表水樣品的采集根據寒溪河特點及地理位置特征，在茶山鎮污水處理廠尾水排放口上游100 m（1#～3#）、下游200 m（4#～6#）、下游1 000 m（7#～9#）和寒溪河入東江南支流處上游100 m（10#～12#）、下游500 m（13#～15#）設置五個監測斷面，分別用取樣器依次從下游向上游進行多點取樣并混合，取表層水（距水面20 cm處），共采集15個樣品。樣品密封在事先用硝酸洗液浸泡過的干燥聚乙烯瓶中，經0.45 μm濾膜過濾，用HNO3調整pH至2，迅速送至實驗室，以供分析重金屬的含量[2]。所有水樣皆保存在4 ℃條件下，整個過程力求無外來重金屬污染。

1.2 樣品測試

重金屬總量測定執行《水和廢水監測分析方法》（第四版），Cu、Pb、Cd、Ni采用電感耦合等離子體-原子發射光譜法（ICP-AES）測定，As采用原子熒光法（B）測定，上述元素的最低檢出限分別為0.020、0.020、0.003、0.010、0.007 mg/L。

1.3 研究方法

針對5個監測斷面的5種重金屬總量測定結果，運行SPSS19.0軟件進行雙變量相關分析與主成分分析，相關系數采用皮爾遜相關系數，顯著性檢驗采用雙側檢驗[3]。

2 結果與討論

2.1 水體重金屬總量分析

研究表明，東莞段的東江流域受到不同程度的污染，其中，枯水期比豐水期受到的污染更為嚴重，選擇寒溪河及東江南支流枯水期為采樣時間[4-5]。由圖1可以看出，12#監測點的水樣Cu濃度出現了奇異值0.034 mg/L，8#監測點的水樣Cu濃度出現了極端值0.13 mg/L，9#監測點、14#監測點的水樣As濃度出現了奇異值，均為0.014 mg/L，其余都集中在一定的范圍之內。根據《廣東省地表水環境功能區劃》（粵環〔2011〕14號），寒溪水為Ⅳ類水功能區，東江南支流為Ⅱ類水功能區，執行相應的標準如表1所示。

圖1 茶山鎮周邊地表水的重金屬濃度

表1 地表水環境質量標準

可見，Pb的濃度超出標準值5～75倍；Cd的濃度在寒溪河流域達不到相應標準的要求；As的濃度集中在0.100 0～0.007 4 mg/L，而極端值（14#監測點）也低于水質標準；Ni的濃度在寒溪河中達不到相應的標準，而Cu的濃度大體集中在0.025 mg/L左右，8#監測點的濃度值達到0.130 mg/L，超出標準值。從中可以看出，該水流流域的Pb超標較嚴重。

2.2 水體重金屬相關性分析

水體重金屬相關性分析結果如表2所示。

表2 重金屬濃度相關性分析

2.3 水體重金屬主成分分析

水體重金屬主成分分析結果如表3所示。

表3 特征值、主成分貢獻率及累積貢獻率

結合研究區環境質量特點，選取Cd、Pb、Cu、As和Ni 5種重金屬作為監測指標，運用SPSS19.0軟件求出15個監測樣品5種重金屬濃度間的Pearson相關系數矩陣（見表2），再以水體中的重金屬濃度為變量進行方差極大正交旋轉（見圖2），得出主成分分析結果（見表4）。由表3可以看出，主成分1、主成分2的特征值均大于1，而二者的累積方差貢獻率為64.722%，所占的百分比較低，故本文選取主成分1、主成分2和主成分3為主成分，累積方差貢獻率達82.418%，認為其反映了原始數據的基本信息。

表4 主成分載荷值

圖2 水體重金屬濃度旋轉后載荷圖

由表4可以看出，與第一主成分密切相關的是Pb，相關系數絕對值超過0.90，說明第一主成分反映了Pb的污染信息。第二主成分的方差貢獻率為27.169%，該因子變量中，As和Ni都有著較高的載荷值，As的負載荷值為-0.779，Ni的正載荷值為0.729，而As和Ni的相關性為-0.218 99，根據Pearson相關系數的性質，0.218 99＜0.3，說明這兩個變量相關程度低，基本不相關，且相互獨立地主導第二成分。第三主成分相關的重金屬是Cu，它的相關系數絕對值也超過0.90，且呈正相關。從方差貢獻率可以看出，第一主成分方差貢獻率為37.552%，遠遠大于第二主成分、第三主成分的貢獻率27.169%和17.696%。所以，該流域水質重金屬污染情況主要由第一主成分（即Pb的質量濃度）控制。

3 結論

水質監測結果顯示，該工業區流域內重金屬Pb濃度超出相應標準值5～75倍，寒溪河流域中重金屬Cd達不到Ⅳ類水質要求，Ni的濃度都超出0.02 mg/L，部分監測點Cu超出標準值。通過主成分分析可知，3個主成分反映了該流域水體中的重金屬分布情況，它們的貢獻率分別為37.552%、27.169%和17.696%。第一成分主要反映了Pb的污染信息，第二成分主要反映了As和Ni的污染信息，Cu主要受第三成分支配。