地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染現狀及生態風險評價

李宗春，張 杰，楊海兵，焦海洋，毛學佳，顏 涵

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210000）

地質沉積物作為生態系統中的關鍵部分，能夠直接影響地質條件，由于地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染問題出現次數頻繁，已經成為相關人士重點關注的問題。由于地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染中包含對人類健康危害極大的Cr,Ni化學元素，這些化學元素一旦通過食物鏈進入人體，會引發多種疾病，常見的有泰國的“黑腳病”、日本的“骨痛病”以及粵北的“癌癥村”。重金屬Cr,Ni污染作為當今污染面積廣、污染程度嚴重的環境問題，必須通過生態風險評價，切實得到解決[1]。

針對地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染現狀及生態風險評價研究在國內外已經進行了大量的報道，主要包括兩種思路，分別為：潛在生態風險評價以及富集系數評價。而本文提出的生態風險評價以地累積指數法為核心方法，通過計算地累積指數，在地質沉積物中重金屬Cr,Ni生態風險評價方面取得了顯著的進展。

生態風險評價作為修復重金屬Cr,Ni污染的前提條件，為有效解決地質沉積物中重金屬污染問題，本文提出地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染現狀及生態風險評價研究。采用地累積指數、富集系數以及潛在生態風險指數作為生態風險評價指標，致力于為地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染防治工作提供基礎數據。

1 地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染現狀

近年來，隨著工業化進程加快，大量含有Cr,Ni重金屬的工業廢水和城市生活污水排放到環境中，對大氣、土壤和水環境造成了嚴重污染[2]。地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染，大多數來源于電鍍、冶金、礦山、石油化工等行業，并且具有毒性強、持久性，不可降解性等特點，這些重金屬在地質沉積物中可通過食物鏈影響動植物生長最終威脅人類健康。

據調查，現階段地質沉積物中重金屬污染主要集中在下游區域。分析地質沉積物中重金屬污染現狀，必須考慮地質沉積物中Cr,Ni重金屬的隱蔽性、長期性、不可逆性以及表聚性。隱蔽性意味著地質沉積物中的重金屬一般不宜被發現，大部分是通過食物鏈傳遞給人或是動物，需要一定的累計量，才能發現其危害的嚴重性；長期性指的是重金屬污染物在地質沉積物中滯留時間的長；不可逆性是由于Cr,Ni重金屬無法通過微生物的降解作用而從地質沉積物中徹底清除，這也是地質沉積物中重金屬污染現狀的一個重要特性；表聚性指的是Cr,Ni重金屬污染物主要集中在地質沉積物表層，極少數的情況下會向地質沉積物下層移動。考慮到Cr,Ni重金屬元素天然存在于自然環境中，巖石風化、火山活動等地質活動以及采礦對地質條件的改變都會將巖石中的重金屬元素釋放到環境中，引起地質沉積物中內重金屬濃度升高。同時，Cr,Ni重金屬是工業常用原料，金屬冶煉、礦產開發等工業活動都會產生大量富含Cr,Ni重金屬元素的廢棄物[3]。因此，地質沉積物中重金屬污染現狀十分不樂觀，地質沉積物中重金Ni不僅會污染水體和土壤，還會影響大氣質量。

2 地質沉積物中重金屬Cr,Ni生態風險評價

2.1 計算地累積指數

在明確地質沉積物中重金屬Cr,Ni污染現狀的基礎上，通過地累積指數法，判斷地質沉積物中重金屬生態風險級別[4]。

地累積指數作為地累積指數評價的主要參數，運用德國科學家Müller提出的地累積指數計算公式，進行重金屬Cr,Ni生態風險評價。設地累積指數為，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，Ci指的是地質沉積物中重金屬元素質量分數的實測值；k指的是不同巖石引起的背景值變化系數，一般情況下取值為2.0；Si指的是地質沉積物中重金屬元素質量分數的平均值。為保證求得地累積指數的準確性，可以將地質沉積物中重金屬Cr,Ni地累積指數導入數值組。在此過程中，不難發現重金屬Cr,Ni地累積數值組的網格數會非常多。

這就意味著，在計算地累積指數的實際操作過程中可能需要用并行機計算。

2.2 模擬重金屬Cr,Ni生態風險

考慮到通過地累積指數模擬重金屬Cr,Ni生態風險歷史擬合平面儲層的不連續問題，因此可以采用有效厚度或有效孔隙度做截至值，將其他地方設為無效網格。

為了確保重金屬Cr,Ni生態風險模擬歷史擬合的非均質性，有可能需要建立多個基于地質沉積物中的重金屬污染類型分區，再根據不同的重金屬污染化學元素以及土體性質、變形特性以及滲透特性等用不同的相滲曲線和毛管壓力曲線。

在模擬重金屬生態風險的實際操作中，重金屬污染的強度數值組越大，證明重金屬Cr,Ni存在的潛在生態風險越大[5]。必須嚴格按照地質沉積物修復功能材料研發及應用研討會重要內容，評價地質沉積物水性性質、變形特性以及滲透特性等復雜重金屬Cr,Ni生態風險數據。綜上所述，重金屬Cr,Ni生態風險模擬歷史擬合的儲量取決于孔隙體積和飽和度。重金屬生態風險模擬歷史擬合孔隙體積與重金屬污染地質沉積物監測分區的構造和孔隙度有關，飽和度則與數據初始化相關。

所以，在重金屬Cr,Ni生態風險模擬歷史擬合時可以根據重金屬污染地質沉積物監測分區的實際情況對以下參數做出相應的調整，分別為：重金屬污染監測分區的孔隙度、NTG、地質沉積物的油水界面以及地質沉積物的毛管壓力。通過對每個網格的重金屬Cr,Ni生態風險模擬歷史擬合儲量，可以有效提高對地質沉積物中重金屬Cr,Ni生態風險評價的精準度，為地質沉積物中重金屬生態風險評價奠定扎實的基礎。

2.3 評價重金屬Cr,Ni生態風險

本文采用中國土壤環境質量標準一級標準(背景值)為參比值,評價重金屬Cr,Ni生態風險[6]。

根據模擬重金屬Cr,Ni生態風險結果，可將重金屬Cr,Ni生態風險因子程度進行分級，按照由低到高順序，依次為：輕微生態污染、中等生態污染、強的生態污染、很強生態污染以及極強生態污染。輕微生態污染的地累積指數范圍為30～50；中等生態污染的地累積指數范圍為50～70；中等生態污染的地累積指數范圍為70～90；強的生態污染的地累積指數范圍為90～110；很強生態污染的地累積指數范圍為110～130；極強生態污染的地累積指數范圍為130～150，遵循重金屬Cr,Ni生態風險評價指標，綜合分析地質沉積物中重金屬生態風險，進而為環境容量、環境質量的研究提供基礎數據。

3 結語

由于地質沉積物中Cr,Ni重金屬污染向來具有癥像隱蔽、分布不均、累積性強且長期存在等特點，地質沉積物中Cr,Ni重金屬污染更是整體類型多、超標點位多、復合污染問題嚴重，重金屬生態風險評價行業還處于“方興未艾”的階段，地質沉積物重金屬污染防治與修復工作任重道遠。雖然現階段地質沉積物中重金屬Cr,Ni生態風險評價仍處于不完全成熟的階段，但是重金屬Cr,Ni生態風險評價方法將隨著科學技術的進步而進步，是永無止境的。因此，有必要加大對重金屬生態風險評價方面的研究，為日后更好的開展重金屬修復工作提供理論依據。