西漢水沉積物中重金屬污染研究進展

尚瑞琦，張武平，符永鵬，任 雷，何麗英，李芳霞

甘肅省隴南生態環境監測中心，甘肅隴南 746000

1 西漢水地理環境

西漢水，下游也稱犀牛江，地理位置介于104°30′E~106°04′E、33°16′N~34°31′N，為長江支流嘉陵江重要的一級支流，發源于甘肅省天水市秦州區南部西秦嶺齊壽山[1]。流經隴南市禮縣、西和縣、康縣、成縣4個縣后，在陜西省略陽縣匯入嘉陵江，在隴南境內呈“C”形狀，長約287 km，流域面積約10 178 km2。主要支流約有87條，一級支流35條，二級支流43條，三級支流9條，干支流呈現“羽字”分布，支流主要包括漾水河、洮坪河、清水江、太石河、平洛河、石峽河、平洛河和六巷河等河流，這些支流上游均存在尾礦庫和選礦企業，開采時間久遠，是西漢水主要重金屬來源。

西漢水周邊長期存在鉛鋅礦、金礦和銻礦等采礦和冶煉活動，加之城鎮廢水和農業源污染導致的潛在重金屬污染風險，并且西漢水流域曾發生過環境污染事件，對河流和沉積物帶來一定程度的影響，而對西漢水河段沉積物和水質重金屬污染研究鮮有報道。探究西漢水沉積物中重金屬污染狀況顯得尤為重要。

2 研究現狀

西漢水作為嘉陵江流域上游重要的支流，年平均水量約為嘉陵江的2.5倍，對嘉陵江流域水質有著重要的影響，而嘉陵江作為長江上游左岸最大支流，對長江生態環境的作用尤為重要。王艷[2]研究了嘉陵江水體中有毒重金屬As、Hg、Pb、Cr的污染狀況，其中重金屬Pb無明顯的岸邊污染源，但Cr存在點污染源，污染狀況Hg為輕污染，As為清潔。羅財紅等[3]研究了嘉陵江入江河段沉積物及水體重金屬Hg、Zn、Pb、As、Cd、Cu的污染狀況，水體受重金屬元素污染程度較小，而重金屬元素Cd、As、Pb等對沉積物存在一定程度的污染，各污染物污染程度大小排序為：Hg＞Zn＞Pb＞Cd＞As＞Cu，各污染物風險排序為：Hg＞Zn＞Pb＞As＞Cd＞Cu，大部分重金屬含量之間存在一定的顯著相關性，也具有一定的同源性。馮蒙蒙等[4]深入研究了嘉陵江干流廣元段水體中重金屬污染情況，結果表明：重金屬在枯水期的含量比平水期和豐水期低，在不同的水文時期水溫、DO和pH值對重金屬含量變化影響也不同，并且重金屬含量之間存在相關性。汪新星等[5]研究了甘肅隴南銻礦泄露區土壤中重金屬污染及風險，分析表明Sb、Hg、Pb和Zn主要源于人為的礦產資源開發，而Ge和Ga主要受自然源和人為活動的影響，Ni、Cu和Al主要是自然來源。可見，學者對嘉陵江水體或沉積物中重金屬都有所關注和研究，主要涉及As、Cd、Zn、Hg、Cu、Pb、Cr、Ni、Hg等重金屬，而西漢水作為嘉陵江重要一級支流，對其水體或沉積物中重金屬污染狀況和評價研究極少，所以亟待研究西漢水水體中和沉積物中重金屬情況，以便為西漢水流域生態環境保護和環境治理提供數據支撐。

3 西漢水重金屬研究方向

3.1 歷次重金屬污染事件中的特征污染物

2015年，隴南市西和縣的甘肅隴星銻業有限責任公司尾礦庫發生泄漏，導致了“11·23”尾礦庫泄漏次生的重大突發環境事件，污染跨越甘肅、陜西、四川3省。事件發生后，重點監測了尾礦庫內存留的尾礦，結果表明尾礦中含有Sb、Cu、Pb、Zn、Cd、As和Hg等重金屬，最后將重金屬Sb確定為此次事件的特征污染物[6]。2021年隴南境內發生嘉陵江“1·20”甘陜川交界斷面鉈濃度異常事件，由甘肅省廠壩有色金屬有限責任公司成州鋅冶煉廠所造成，該企業由于生產原料、生產廢水和廢渣中均含金屬鉈，雖建有污水處理設施，但企業原執行的排放標準未規定和監測鉈排放，也沒有針對鉈的去除工藝。鉈隨著生產廢水、生活污水和初期雨水經污水處理站，通過廠區污水總排口集中排放后進入南河和青泥河，最后匯入嘉陵江，造成了嘉陵江鉈濃度異常事件。鉈也是隴南境內重要的污染源重金屬。由此可見，在西漢水流域重金屬銻、鉈、砷、汞、鉛、鎘等值得關注。

3.2 礦產組成中的重金屬元素

西漢水過境隴南市境內礦產資源豐富，現已探明黃金儲量400 kg以上的大中型礦床超過26處，金屬和非金屬礦產35種，其中西成鉛鋅礦帶綿延280 km，金屬儲量約為1 200萬 t，平均品位4.4%~11.8%，現年產鉛鋅礦含鉛3.14萬 t，含鋅13.02萬 t，現為我國第二大礦體。銻金屬儲量為16.02萬 t，為我國第三大礦體；黃金儲量已探明多于200 t[7]。西漢水流域礦山主要包括Pb、Zn、Sb、Hg、Cu、Au等金屬礦，伴有Cr、Ni、As、Cd、Tl、Mn等金屬，還有硅、大理石等非金屬礦，礦產主要以橫亙西和、成縣、徽縣等為主，還有西和崖灣銻礦，以及燕子河和洮水河支流的金礦、六巷河支流的鉛鋅礦。可見，Pb、Zn、Sb、Hg、Cu、Cr、Ni、As、Cd、Tl、Mn等都是潛在重金屬污染因子。

3.3 沉積物中重金屬的來源分析

根據是否為人類的參與，水體或沉積物中的重金屬被分為自然來源和人為作用兩大類，如地質構造的活動、巖石風化及侵蝕、水動力作用等自然作用的結果，形成了重金屬元素的環境本底值。此時重金屬的含量較低，對應的生物有效性也低，不會給水體環境帶來污染。

環境中人為污染源主要包括采礦企業廢水、工業廢水、生活污水、降塵和農業廢水。涂春霖等[8]研究表明，生活和工業廢水的排放是沉積物中重金屬的主要來源，人類活動是導致沉積物中重金屬元素濃度變化的主要原因。

3.4 沉積物中重金屬的轉換分析

水體和沉積物中重金屬是一個動態變化的過程。例如，采礦、選礦產生的尾礦和廢石經雨水沖刷、浸泡會使重金屬從礦石中釋放出來進入水體中，或企業和生活廢水排放后隨支流進入水體，一部分溶于水中，而大部分重金屬會通過化學、物理或生物作用富集埋藏于沉積物，成為重金屬的“匯”。當水體pH值和外部條件發生變化時，沉積物會再次釋放出重金屬進入水體，成為重金屬的“源”，造成二次污染。可見，沉積物既是重金屬的“匯”，又是重金屬的“源”。

根據《污水綜合排放標準》GB 8978—1996中第一類污染物，西漢水沉積物中重金屬首要研究Pb、Zn、Sb、As、Hg、Cd、Tl、Cr、Ni等元素，其次是Cu、Mn。而硒作為重要的生命微量元素之一，中國約2/3的地區缺硒，大骨節病主要就是缺硒造成的，硒可作為重要元素共同研究探討。

3.5 沉積物中重金屬研究方法對比

目前，國內外對土壤或沉積物中重金屬污染和風險評價的方法尚未固定和統一的體系，可用的方法主要有：地積累指數評價法、潛在生態風險指數評價法、內梅羅指數評價法、單因子污染指數評價法和健康風險評價法等。地積累指數最初由Muller提出，該評價方法不僅可以反映地質本來環境情況，還可反映研究區域是否受人類活動污染，通常要考慮人為因素，參照背景值需準確、可靠，但沒有考慮重金屬元素的毒性系數對地質的影響。

潛在生態風險指數評價法最早由學者Hakanson提出，其與生態學、生物毒理學和環境學存在密不可分的關系，可以分析某一金屬元素在某一研究區域的潛在風險，也可以分析所有研究重金屬在整個研究區域的整體風險狀況。生態風險系數和指數越大，表明水體沉積物中的重金屬對周圍生態環境產生的生態危害的可能性就越大。缺點是不確定毒性響應系數對它的產生影響。

單項污染指數是國內目前重金屬或底泥污染評價應用中較為普遍的一種選擇方法，參考背景值至關重要，可以清楚地發現某一種重金屬是否超過參考值，但它不能整體表征重金屬對研究區域的綜合污染程度。

內梅羅指數評價法是以依據單項污染指數評價法，全面地評估重金屬對土壤或沉積物產生的負面影響。該方法主要是探討重金屬污染的最大數值對所研究的土壤或沉積物的污染情況，可以全面了解土壤或沉積物環境質量的綜合污染狀況，但不能反映出重金屬的積累情況及其毒性影響。

健康風險評價法基于人體健康風險評價模型而來，主要評價污染對人體健康所帶來的影響。由于國內的健康風險評價體系還不夠完善，有關參數值的選擇有所不同，污染物對健康的影響評價差異較大，因此目前應用相對比較少。

針對所研究的水體或沉積物，不能采用單一的評價方法進行評價，而是要選擇運用多種評價方法，通過評價方法的相互補充、相互支撐，才能更加全面、精確地表征研究區域的污染情況，摸清重金屬含量、來源及分布特征后，再深入針對污染情況選擇相應治理和防治措施。

4 污染防治措施與成效

近年來，隴南市加快建設甘肅綠色發展的典范城市和高地，印發了《隴南市污染防治實施方案》《隴南市尾礦庫流域風險防控監測方案》《隴南市生態文明體制改革實施方案》等工作方案，修訂完善了隴南市環境保護目標責任考核辦法，成立了隴南市生態環境保護委員會，先后制定了市級有關單位和部門的生態環保責任清單。隴南市還提標改造了縣區污水處理廠，重點完成嘉陵江、白龍江等流域水環境的綜合治理工程，持續開展“兩江一水”等重點流域水系重金屬風險排查監測工作，有序完成了鉛鋅選礦場企業的土壤污染修復與治理項目，開展了61家涉鎘、涉鉈等重點關注的重金屬企業的排查整治工作，建成境內2座重金屬自動監測預警站，完成近70座閉庫尾礦庫的復墾與修復。此外，隴南市綜合治理病庫、頭頂庫等尾礦庫風險源，大力推進固體廢物和農業面源污染防治，開展重點區域內建設用地重金屬土壤污染地塊的調查并建立負面清單，積極推進“兩山”理論實踐創新基地創建，大力推進綠色礦山創建工作，助力培育綠色生態發展產業，推進完成中央環保督察反饋問題整改，深入打好碧水和凈土污染防治攻堅戰，生態文明建設和生態環境保護取得積極進展和良好成效。

2021年開展境內59個風險監控點土壤環境監測，點位達標率達到76%，地表水嘉陵江、西漢水、燕子河、洛河和青泥河水質均為優，與上年持平。

5 前景展望和意見建議

5.1 前景展望

通過采集沉積物和上覆水樣品，開展西漢水流域12種重金屬（Pb、Zn、Sb、As、Mn、Cd、Tl、Cr、Ni、Cu、Hg、Se）研究，探明西漢水沉積物重金屬含量、分布特征和污染情況，全面分析西漢水流域水體和表層沉積物中重金屬影響程度大小及各支流水系污染程度，進一步分析分布規律及來源，為生態環境管理部門提供決策依據，更好地為西漢水沉積物重金屬污染修復、排污企業管控、水質自動預警站建設、環境應急監測等提供有力的數據支撐和技術服務。

5.2 意見建議

當地部門應不斷增強環境風險意識，加大環境執法力度，加強對無主尾礦庫的監管，強化生產企業自主監測，定期開展西漢水主要支流排查監測，關注重金屬含量變化，加快建設重金屬自動預警站建設。相關部門應深化水質自動站數據分析運用，及時更新完善環境監測預案，開展突發環境事件應急演練，提高生態環境監測應急能力水平，加強環境風險防控制，加快完善現代化生態環境監測治理體系，加大生態環境科學技術研究力度，創新開發重金屬污染河流與沉積物協同修復新技術，多措并舉推動生態環境質量的提高，支撐深入打好碧水、凈土污染防治攻堅戰。