沱江干流內江段沉積物汞和鉻污染狀況研究

張金洋，何艾紅，何 蝶，王 露，譚 銳

(內江師范學院化學化工學院，四川 內江 641100)

1 前 言

水體生態系統是生態系統的重要組成部分之一，表層沉積物是水體生態系統的重要組成部分，是水體各種污染物的匯和源[1]。水體的重金屬污染物通過吸附、絡合或共沉淀作用使重金屬轉入水體沉積物，并發生富集，導致沉積物中重金屬含量相對于上覆水中要高出許多[1]。進入水體中的重金屬元素大部分都會從液相轉為固相，從而富集到懸浮物或沉積物中，積累在沉積物或懸浮物中的重金屬并不是固定不變的，當水體的物理化學等條件發生改變時，沉積物中重金屬容易釋放出來，造成二次污染[2-3]。且重金屬在環境中難以降解，隨著污染物的遷移轉化，會在食物鏈中進行生物富集和積累，破壞生物體正常生理代謝活動，危害人體健康[4]。沉積物中的重金屬被認為是水體污染的指示劑[5]，能夠反映水體受污染的狀況，且其分布情況可以反映所在河流的污染狀況[6]。

本文選擇重金屬汞和鉻來進行研究，旨在通過對沱江干流內江段沉積物中總汞和總鉻含量進行研究，了解該區段沉積物中汞和鉻的污染情況，分析其污染狀況，為沱江干流內江段汞和鉻的污染治理提供重要依據。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

本次沱江干流內江段沉積物樣品采集于2017年5月，因內江市修建飲用水取水工程，在大量排水后，水位大幅下降，水流減緩，大量沉積物底泥裸露，在此期間沿著沱江干流內江段6個采樣點，采樣點分布見圖1，從上游至下游依次采集，銀山鎮3個樣品(靠岸邊采集，偏砂質)、四美大橋3個樣品(水位較深，靠岸邊采集，傍邊有耕地)、內江師院6個樣品(河面寬，前3個樣品靠近岸邊，后3個樣靠近河中心)、天宮堂大壩4個樣品(前兩個樣品為壩前，后兩個樣品為壩后)、白馬鎮6個樣品(砂石較多，樣品均勻性較差)、小青龍河入口2個樣品(水位較深，靠岸邊采集，傍邊有耕地)，共計24個樣品。因水位大幅下降，便于采樣，有些點位可采集岸邊不同距離的樣品，較全面的反映底泥的實際狀況，并且所有采樣點均避開了排污口，因此所采集的樣品具有較好的代表性，能夠較好的反應河流底泥污染狀況。

圖1 采樣點分布圖Fig.1 Sampling points distribution map

2.2 樣品分析

將采集的沉積物樣品經過冷凍干燥后，用研缽進行研磨，除去沉積物樣品中的石子和動植物殘體等異物，使其全部通過100目尼龍篩。采用重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法測定沉積物中有機質的含量。用HNO3-H2SO4-K2MNO4消解后，用冷原子吸收測汞儀對沉積物中汞進行測定。用H3PO4-HNO3混酸消解后采用原子吸收分光光度法測定總鉻的含量。每個樣品重復3次。

實驗所用試劑均為分析純，實驗用水為超純水，分析過程用空白實驗，平行實驗，標準校正曲線對測出數據進行控制。

2.3 沉積物中重金屬評價方法及標準

2.3.1 地累積指數法

地累積指數法最早是由德國海德堡大學沉積物研究所的 Muller(1969)提出[6],是一種研究水體沉積物中重金屬污染的定量指標(表1),被廣泛用于研究現代沉積物中重金屬污染的評價,其計算公式為:

Igeo=Log2[CN/(K×BN)]

Igeo表示地累積指數；CN為元素N在沉積物中的實測含量；BN為沉積物中該元素的地球化學背景值，HG和CR分別取0.08mg/kg和78.03mg/kg[7]；K為考慮成巖作用可能會引起背景值的變動而設定的系數，一般取1.5。

表1 地累積指數分級與污染程度[8]Tab.1 Value of Igeo and contamination degree of heavy mental

2.3.2 重金屬潛在生態危害系數評價法

河流沉積物重金屬潛在生態危害系數評價法是從沉積物中重金屬可能存在的生態危害效應這個角度出發，利用重金屬總量化學指標分析數據,綜合評價沉積物中重金屬污染物潛在的生態危害效應，并定量給出生態危害程度的劃分標準(表2)[9-10]。采用瑞典科學家 Lars H[11]的潛在生態危害系數法對沱江流域內江段水系沉積物進行重金屬生態風險評價，其計算公式為:

表2 潛在生態風險分級及風險程度Tab.2 Potential ecological risk classification and risk degree of heavy metal

2.3.3 污染負荷指數法

污染負荷指數法是Tomlinson 等人從事重金屬污染水平的分級研究中提出來的一種評價方法，它能直觀地反映出多種重金屬對環境污染的貢獻以及它們在時間、空間上的變化趨勢(表3)[12-13]。首先根據某一點的實測重金屬含量,進行最高污染系數(CF)的計算:

CFI=Ci/Cni

某一點的污染負荷指數(PLI)為:

式中PLI 為某一點的污染負荷指數;N為評價元素的個數。

某一區域的污染負荷指數(Plione)為：

式中PLIzone為區域污染負荷指數;n為評價點的個數(采樣點的個數)。

表3 污染負荷指數與污染程度之間的關系Tab.3 The relationship between PLI and pollution degree

3 結果與分析

3.1 沉積物中有機質含量

沱江干流內江段沉積物中有機質含量分布結果見圖2、各采樣點有機質含量見表4，該區段有機質含量范圍在9.129～27.32 g/kg之間，平均值為18.41 g/kg，最大值出現在天宮堂大壩，最小值出現在銀山鎮，且最大值是最小值的3倍左右，由此可以得出沱江干流內江段的有機質含量范圍跨度大。根據我國第二次土壤普查有機質含量分級(表5)，該沱江干流內江段有機質含量主要處于四級水平，少數局部地區處于三級和五級水平。

圖2 有機質含量分布圖Fig.2 Distribution of organic matter content

表4 各采樣點有機質含量Tab.4 The content of organic matter in sediment samples (mg/kg)

表5 我國第二次土壤普查有機質含量分級Tab.5 Classification of organic matter content in second soil surveys in China

3.2 沉積物中總汞含量

沱江干流內江段沉積物中總汞含量分布見圖3、各采樣點總汞含量見表6。該區段總汞含量范圍是在0.021～0.204 mg/kg之間，平均值為0.111 mg/kg。沉積物總汞含量最高值出現在內江師院點，特別是靠近岸邊的沉積物總汞含量最高達0.204 mg/kg，這一方面可能由于河面寬，水流緩慢有利于污染物沉降，另一方面該采樣點處于市中心，受人為干擾較大；其次是平均值是0.160mg/kg，特別是壩前，這可能也與大壩導致水流減緩，污染物容易沉積有關；另外，小青龍河入口處兩個樣品總汞也相對較高，一方面可能與小青龍河輸入有一定的關系，另一方采樣點靠近岸邊受干擾較大，因而差異也較大；其他點位總汞含量相對較低。整體來看，在所調查區段內，內江城區段沉積物汞含量相對較高，上游和下游離城區較遠的區域汞含量較低，因此，城區人為活動的干擾，包括生活和生產活動排放的廢水以及城區地表徑流等可能是該河段汞的主要來源。

圖3 總汞含量分布圖Fig.3 Distribution of total mercury content

與我國部分其他流域沉積物總汞含量(表7)比較發現，沱江干流內江段沉積物總汞含量處于中等偏低水平，只有淮河和遼河干流沉積物總汞含量比沱江干流內江段低，部分采樣點沉積物總汞的含量與長江相當，但該河段整體均值低于長江沉積物總汞含量，因而對沱江匯入長江后汞的輸入影響較小。根據我國土壤環境質量標準(表8)，沱江干流內江段總汞總體均值處一級水平，部分采樣點略超一級水平，屬二級水平。

表6 各采樣點沉積物中總汞含量Tab.6 Total mercury content in sediment samples (mg/kg)

表7 我國其他流域沉積物總汞含量Tab.7 Total mercury content in other river basins in China

3.3 沉積物中總鉻含量

沱江干流內江段沉積物中總鉻含量分布見圖4、各采樣點總鉻含量見表9。該區段總鉻含量范圍在54.87～162.88 mg/kg之間，平均值為118.6 mg/kg。與沉積物中總汞的分布特征相比，沱江干流內江段沉積物總鉻含量分布有較大差異，主要表現為上游相對較低，下游升高的趨勢。從分布特征判斷，沉積物中鉻更多的可能是來自工業污染排放，城市日常生活的人為干擾對河流鉻污染的影響較小。四美大橋點比相鄰的兩個采樣點高，可能在小范圍內存在一定的鉻污染源，天宮堂大壩沉積物鉻含量升高可能主要是由于大壩導致污染物沉積，小青龍河入口下游沉積物鉻含量普遍偏高，一方面可能與小青龍河的水質有關，需要進一步監測和排查鉻污染狀況，另一方面，下游可能存在新的鉻污染源。

表8 我國土壤環境質量標準Tab.8 Standard of soil environmental quality in China

圖4 總鉻含量分布圖Fig.4 Distribution of total chromium content

與我國部分其他流域沉積物總鉻含量(表10)相比，沱江干流內江段沉積物總鉻含量較高，總體均值(118.6 mg/kg)均高于其他河流沉積物鉻含量。根據我國土壤環境質量標準(表11)，雖然一些局部區段總鉻含量處于一級水平，如銀山鎮、內江師院，但沱江干流內江段總鉻含量整體處于二級水平。沉積物不僅是水體污染物的匯，也是污染源，因此需要重視其潛在生態風險。

3.4 沉積物中總汞和總鉻污染評價

總汞和總鉻地累積指數評價表12，由表12可以得出內江師院、天宮堂大壩和小青龍河入口均是輕度污染，這三個斷層面均為沱江干流內江段中游地區，中游處于內江市中人群較密集地方，人為影響因素較大，易受到汞污染。同時可以看出，沱江干流內江段大部分地方受到輕度鉻污染。

表9 各采樣點沉積物總鉻含量Tab.9 Total chromium content in sediment samples

表10 我國其他流域總鉻含量Tab.10 Total chromium content in other basins in China

表11 土壤環境質量標準Tab.11 Soil environmental quality standards

表12 總汞和總鉻地累積指數Tab.12 Total mercury and total chrome accumulation index

沉積物中總汞和總鉻潛在風險單項指數評價見表13，從表中可以看出內江師院、白馬鎮兩個采樣點汞處于中度風險狀態，天宮堂大壩處于較重風險狀態，其他三個采樣點汞的風險指數都很低，相對而言，鉻的潛在生態風險都很低。

表13 沉積物中總汞和總鉻潛在風險單項指數Tab.13 Single index of potential risk for total mercury and chromium in sediments

沉積物中污染負荷指數評價見表14，由表得知沱江干流內江段沉積物汞和鉻均屬于中度污染，其中小青龍河入口和天宮堂大壩PLI數值偏于強污染，銀山鎮、白馬鎮和四美大橋汞和鉻污染較輕一些，該區段總體而言屬于中度污染。

表14 沱江干流內江段污染負荷指數評價Tab.14 Pollution load index evaluation of the Tuojiang river mainstream Neijiang Section

4 結論

沱江內江區段總汞含量范圍是在0.055～0.160 mg/kg之間，平均值為0.111 mg/kg，部分點位汞污染具有較重的潛在生態風險；總鉻含量范圍是在87.40～146.8 mg/kg之間，均值為118.6 mg/kg，鉻污染的潛在生態風險較低。