有效態與TCLP法評價沉積物重金屬生態環境風險

徐文斌

（成都理工大學，四川 成都 610059）

河道沉積物是水環境的主要組成部分。它們可以為河流中的各種生物提供養分，也可以儲存有毒和有害的物質[1]。進入水體中的重金屬會通過吸附和絮凝過程而在沉積物中累積[2]。重金屬污染主要體現在水污染中，污水排放的重金屬會積聚在浮游植物或底下污泥中，然后被魚類或貝類表面吸收，造成食物鏈的集中，造成公共危害。作為一個人身體直接或間接攝取重金屬元素，并在人體內累積到一定程度，可造成人體慢性中毒。因此，沉積物中重金屬含量已成為判斷水環境質量的一個重要因素。目前，國內外關于河流沉積物重金屬污染評價方法很多種，包括：潛在生態風險指數法地累積指數法、回歸過量分析法和沉積物富集系數法等，這些評價方法有其自身的特點、應用范圍和局限性。生態風險評估方法和提取方法在重金屬生態環境評價中得到了廣泛的應用。BCR提取方法在過程長、時間長、元素再分配等方面存在缺陷。TCLP法是一種有效評價沉積物重金屬生態風險的簡便、快速方法，在美國已經得到了廣泛應用。基于此，本次研究采用TCLP法和有效態對研究對象沉積物中重金屬生態環境風險開展評價。研究結果可為改善和恢復河流流域生態環境提供科學依據。

1 材料與方法

（1）沉積物樣品的采集與制備。沉積物共采集三個標準性地方的五個沉積物樣品。采樣點為河流分支水庫上下游、大橋下、河畔化工廠排污口下上20m。采樣時采集河流沉積物挑揀出沉積物中的雜質，采集的沉積物當日及時送回實驗室陰涼通風處，避光保存。等到沉積物樣品自然陰干后，將沉積物研磨成粉末狀去除樹葉、小石頭等雜質。將研磨好的沉積物樣品經過100目的篩子過濾后裝入密封袋中用于后續實驗。

（2）TCLP提取步驟。在200ml錐型瓶中準確稱量5g過100目篩的沉淀物樣品。在錐形瓶中加入100ml萃取劑，確保萃取劑與土壤樣品的比例為20：1將錐形瓶置于振蕩器上并在室溫下（18±2）h以30±2r/min振蕩。振蕩結束，將混合液通過中速定量濾紙過濾，并通過ICP-MS測量提取物中重金屬的含量。每份樣品測定三次。

2 結果與討論

（1）有效態Cd、Pb和Zn含量及潛在生態風險指數。結果顯示沉積物中有效態Cd、Pb、Zn的含量分別在0.110mg/kg～0.175mg/kg、3.508mg/kg～12.379mg/kg和3.914mg/kg～20.979mg/kg之間，算數平均數分別為0.149mg/kg、8.068mg/kg和12.395mg/kg。采集的五個樣品Cd含量沒有很明顯的差別，河流分支水庫上下游樣品與大橋下樣品沉積物中Pb和Zn的含量明顯高于河畔化工廠排污口的兩個沉積物樣品，其中河流分支水庫樣品的尤為明顯。通過計算的結果可以看出土壤中Cd、Pb、Zn的風險指數 在21.99～35.01、0.625～2.210、0.112～0.599之間。由結果可以看出沉積物中三種重金屬的風險指數全部都小于40，所以它們的風險等級為低。通過觀察發現沉積物樣品中Cd的單項風險指數要明顯大于其他重金屬，主要原因是由于Cd的毒性響應系數分別是Pb、Zn的六倍和三十倍，明顯大與其他兩種金屬。另外土壤重金屬的RI在24.375～37.819之間，全都小于150，所以沉積物綜合潛在生態風險等級為低。通過沉積物生態風險指數對比，兩種指數的風險等級全都是低，說明基于重金屬有效態分析河流沉積物重金屬無風險。

（2）TCLP法提取的重金屬特征及其生態風險。測得沉積物pH值在6.18～6.60之間，全都屬于弱酸性且所有的樣品pH都大于5，所以五個樣品的提取劑將選用冰醋酸作為提取劑。沉積物中Cd、Pb、Zn的TCLP提取的重金屬含量分別在 0.367mg/kg～1.280mg/kg、14.900mg/kg～34.280mg/kg、22.267mg/kg～106.197mg/kg之間，平均值分別為0.800mg/kg、27.122mg/kg、63.755mg/kg。與國際標準值對比發現沉積物中水庫上下游的兩個樣品Cd含量超標，其他三個樣品全都低于國際標準值。而五個樣品中的Pb、Zn的含量均超標，且水庫上下游和大橋下的三個樣品均嚴重超標。沉積物的內梅羅綜合污染指在3.297～6.856之間全都超過3，沉積物污染等級為重度污染。沉積物重金屬Pb、Zn的含量均嚴重超標對內梅羅綜合污染指數的貢獻非常大，導致沉積物的污染等級全都為嚴重污染。

綜上所述，通過兩種方法的結果可發現，水庫上下游的重金屬含量都大于大橋下和排污口，推測原因是由于水庫長期攔截來自市區段的河水，而流經市區的河水不僅受到市區居民生活污水的污染，通過沉降和絮凝等物理、化學和生物過程，重金屬會大量富集。此外，通過對比基于TCLP法評價的土壤重金屬潛在生態風險與基于有效態評價的結果發現兩者的誤差比較大，原因為基于TCLP的風險評價采用的評價標準值比較嚴格，而農用地土壤污染風險管控標準評價采用的評價標準值比較寬松所致。

3 結論

（1）根據農產品產地土壤重金屬污染程度的分級標準，研究區河流沉積物中Cd超標率為60%，Zn的超標率為20%，Pb的含量都在安全值范圍內。根據生態風險評價結果，沉積物中三種重金屬的均為低風險。

（2）TCLP提取沉積物中Cd、Pb和Zn含量，與國際標準值對比發現，沉積物中水庫上下游的兩個樣品Cd含量大于國際標準值；所有沉積物樣品中的Pb、Zn的含量均大于國際標準值。內梅羅綜合污染指數結果表明，調查區域河段的沉積物為重度污染。

（3）根據有效態和TCLP提取的重金屬含量評價結果表明，兩種評價方法存在一些差異，但綜合兩種評價結果，研究對象確實存在污染的風險。