伊通河城區段表層沉積物中重金屬污染風險評價

張婷婷，趙可，張小雨，白小田

伊通河城區段表層沉積物中重金屬污染風險評價

張婷婷，趙可，張小雨，白小田

（吉林建筑大學，吉林 長春 130000）

伊通河有長春市“母親河”的稱號，河流表層沉積物中重金屬污染對河流生態健康有重要影響。現對伊通河城區段3個典型斷面進行劃分，分析河流表層沉積物中5種重金屬元素含量，采用單一重金屬潛在生態風險對表層沉積物重金屬污染程度進行評價及分析。結果表明，河流表層沉積物中重金屬除Cr外，Cu、Zn、Cd和Pb平均含量均超過省內土壤背景值；根據單一重金屬潛在風險指數表明，重金屬Cu、Zn、Cr和Pb生態風險因子評價為輕微，屬于低污染狀態，中游段重金屬Cd相較上游段及下游段風險因子高。

伊通河；重金屬；污染風險評價

伊通河位于長春市主要的河流，有著“母親河”的稱號。在未治理之前，伊通河容納了來自生活污水、工業污水、畜牧業污水及城市徑流等污水的排放，使伊通河處于黑臭水體狀態。河流中表層沉積物流動性緩慢及停留時間長等特點，表層沉積物中的重金屬不容易被微生物降解，通過水生動物、水生植物等進而影響人類健康[1-3]。目前，針對長春市土壤重金屬評價研究表明，長春市土壤重金屬污染程度小[4]。現階段處于伊通河治理階段，本實驗是為了探究現階段河流表層沉積物中重金屬污染情況。

圖1 采樣點布置

1 實驗部分

1.1 采樣點選取

2019年4月，對伊通河城區段由南向北選取具有代表性的3個斷面進行表層沉積物中重金屬進行采集（圖1）。包括上游的新立城水庫（A1），人員稀疏，靠近農村附近，周圍農田多；自由大橋（A2）位于河流城區段的中游，人口密集，周圍多建筑、道路等；四化橋（A3）位于河流城區段下游，人口較多，周圍有公園、攔河閘等。采集表層沉積物點選取最適采集位置。

1.2 樣品采集與處理

底泥的采集使用彼得森采泥器，在一個斷面5×5 m的范圍內隨機采取3個底泥樣品，裝入自封袋中，放入泡沫箱中，保持溫度在-4 ℃，帶回實驗室后進行處理后風干待測。

1.3 重金屬的測定

表層沉積物中重金屬（Cu、Zn、Cr、Cd及Pb）測定方法，使用《水和廢水監測分析方法》（第四版）中電感耦合等離子體（ICP-OES）測定。具體方法：稱取風干后的底泥0.5 g，加入（3+1）硝酸和鹽酸混合液12 mL，使用電熱板加熱消解（電熱板的溫度控制在80 ℃左右），消解過程中多次加入硝酸趕酸（至少3次），消解至3 mL，過濾定容至25 mL待測。

1.4 單一重金屬潛在風險評價

評價單一重金屬潛在生態風險的問題，其公式如下：

表1 重金屬毒性系數及背景值

表2 潛在生態風險等級

2 結果與分析

2.1 河流各斷面的重金屬含量

為了分析河流表層沉積物種重金屬污染情況，底泥中重金屬含量結果如圖2、表3所示。

圖2 重金屬含量（mg·kg-1）

由圖2表明，河流中的Cu的含量四化橋>新立城水庫>自由大橋，且Cu平均含未超過國家土壤標準的Ⅰ級標準。其中四化橋的Cu超過Ⅰ及標準但未超過Ⅱ級標準，說明河流中受Cu的污染較小。河流中Zn的含量在自由大橋處最高，含量為151.09 mg/kg，屬于國家土壤質量的二級標準，Zn的平均含量表示河流中的Zn元素未受到嚴重污染。Cr屬于無污染的重金屬元素，在國家土壤質量的一級范圍之內。Cd的平均含量超過國家土壤三級標準，Cd的含量高可能與地表徑流和工業廢水排放有關；由表3表明，除Cr外，Cu、Zn、Cd和Pb均高于省內背景值；Pb的變異系數大，變異系數大表明，重金屬污染可能與人類活動有關[6]，河流的自由大橋為市區中心，人員密集、車輛流動大是造成重金屬Pb污染的主要原因。

用臨界效應濃度（TEC）及可能效應濃度（PEC）可以來表示河流表層沉積物中的污染程度。當重金屬平均含量介于兩者之間時，表明河流表層沉積物中受某種重金屬污染程度為中等；當平均含量小于TEC時，認為重金屬無污染；當平均含量大于PEC時，認為河流表層沉積物中受重金屬污染為嚴重。由表3顯示，重金屬Cr及Zn的平均含量未超過TEC，河流中中兩種重金屬屬于無污染；河流中可能有中等污染的重金屬為Cu、Cd及Pb。

表3 重金屬平均含量（mg·kg-1）

2.2 單一重金屬潛在風險分析

單一重金屬潛在風險評價是對某一種的重金屬含量進行評價，評價出其污染等級。根據公式（1）和（2）計算，河流中各重金屬污染情況如圖3所示。

圖3 單一重金屬潛在風險評價

圖3顯示，河流表層底泥中重金屬除Cd外，Cu、Zn、Cr、Pb的 值均小于40，說明以上4種元素對河流的潛在生態風險為輕微生態風險，屬于較低生態風險元素。新立城水庫及四化橋的重金屬Cd風險指數在295.76及314.39，表明其表層底泥Cd的生態風險為很強，風險因子較高。而自由大橋的Cd元素風險指數為430.15，風險因子程度高于新立城水庫及四化橋，表明，中斷河流中的Cd元素污染貢獻率較高。

3 結 論

（1）河流表層沉積物中重金屬平均含量顯示，Cr為36.86 mg/kg、Cu為32.29 mg/kg、Zn為114.81 mg/kg、Cd為1.14 mg/kg及Pb為62.16 mg/kg，除Cr外，其他4中重金屬均高于省內土壤背景值，其中Cd平均含量超過土壤標準，總之，伊通河城區段受重金屬污染程度較小。

（2）5種重金屬的風險評價顯示，表層沉積物中重金屬Cu、Zn、Cr和Pb對河流風險危害程度較低，對于河流污染貢獻值小，污染程度輕；而重金屬Cd屬于中度風險因子。

［1］沈夢楠, 韓相奎, 康春玉, 李娜. 長春市不同功能區土壤重金屬污染風險評價[J]. 工業安全與環保, 2018, 44 (10): 102-106.

［2］Lu J , Liu Q , Wang C , et al. Characteristics and Potential Ecological Risk of Heavy Metals of Sediments in Erdaosonghua River[J]. Jilin Daxue Xuebao (Diqiu Kexue Ban)/Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2018, 48 (2): 566-573.

［3］于靖, 張華, 蔡永兵, 周世偉. 金礦污染河流的水體和沉積物中重金屬分布特征及生態風險評價[J]. 環境污染與防治, 2015, 37 (12): 1-9.

［4］馬先杰, 陸鳳, 陳蘭蘭, 陳淼. 貴州錳礦區地表水體重金屬污染及生態風險評價[J]. 環境科學與技術, 2018, 41 (11): 191-197.

［5］中國環境監測總站. 中國土壤元素背景值[M]. 北京: 中國環境科學出版社，1990.國家環境保護總局.土壤環境質量標準（GB15618-1995）[S]. 北京: 中國環境科學出版社.

［6］Han Yongming,Du Peixuan,Cao Junji,Eric S. Posmentier. Multivariate analysis of heavy metal contamination in urban dusts of Xi'an, Central China[J]. Science of the Total Environment, 2005, 355 (1).

Risk Assessment of Heavy Metal Pollution in Surface Sediments of Yitong River City Section

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（Jilin Jianzhu University, Jilin Changchun 130000, China）

The Yitong river is the "mother river" of Changchun city. Heavy metal pollution in the surface sediments of rivers has an important impact on river ecological health. In this paper,the Yitong river city section was divided into three typical sections, and the contents of five heavy metal elements in the surface sediments of the river were analyzed. The pollution risk of a single heavy metal was used to evaluate and analyze the heavy metal pollution in the surface layer of the river. The results showed that the average content of heavy metal Cr in the surface sediments of rivers was lower than the soil environmental value of Jilin province, and the pollution degree was small; The average contents of four heavy metals (Cu, Zn, Cd, and Pb) all was higher. The risk analysis showed that the heavy metals with minor risks were Cu, Zn, Cr, and Pb, and the heavy metals Cd in the middle section had higher risk factors than the upstream and downstream sections.

Yitong river; heavy metals; pollution risk assessment

吉林省省級產業創新專項資金項目，項目號：2018c044-4。

2019-12-26

張婷婷（1994-），女，回族 碩士研究生，遼寧省開原市人，研究方向：河流水污染方面的研究。

X822

A

1004-0935（2020）01-0019-03