工業(yè)區(qū)周邊地表水中重金屬污染特征研究

李海育

（廣東省環(huán)境技術(shù)中心，廣州 510006）

在 我國，重 金 屬As、Cd、Pb、Hg、Ni、Be、Cr、Cu和Ti都已被列入環(huán)境優(yōu)先污染物名單。隨著工業(yè)時(shí)代的來臨，化學(xué)和冶煉工業(yè)、有色金屬開采及電子工業(yè)近年來不斷發(fā)展，產(chǎn)生的含砷污染物進(jìn)入環(huán)境中，對環(huán)境造成了巨大的危害[1]，水體重金屬污染已經(jīng)成為世界上較嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。因此，為了解地表水中重金屬的累積污染，有必要對地表水重金屬污染情況開展研究。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

下面以東莞市茶山鎮(zhèn)污水處理廠尾水和寒溪河入東江南支流水體為對象，進(jìn)行相關(guān)研究。樣品共采集三次，每天采集一次。本次地表水樣品的采集根據(jù)寒溪河特點(diǎn)及地理位置特征，在茶山鎮(zhèn)污水處理廠尾水排放口上游100 m（1#～3#）、下游200 m（4#～6#）、下游1 000 m（7#～9#）和寒溪河入東江南支流處上游100 m（10#～12#）、下游500 m（13#～15#）設(shè)置五個(gè)監(jiān)測斷面，分別用取樣器依次從下游向上游進(jìn)行多點(diǎn)取樣并混合，取表層水（距水面20 cm處），共采集15個(gè)樣品。樣品密封在事先用硝酸洗液浸泡過的干燥聚乙烯瓶中，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，用HNO3調(diào)整pH至2，迅速送至實(shí)驗(yàn)室，以供分析重金屬的含量[2]。所有水樣皆保存在4 ℃條件下，整個(gè)過程力求無外來重金屬污染。

1.2 樣品測試

重金屬總量測定執(zhí)行《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版），Cu、Pb、Cd、Ni采用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定，As采用原子熒光法（B）測定，上述元素的最低檢出限分別為0.020、0.020、0.003、0.010、0.007 mg/L。

1.3 研究方法

針對5個(gè)監(jiān)測斷面的5種重金屬總量測定結(jié)果，運(yùn)行SPSS19.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)分析與主成分分析，相關(guān)系數(shù)采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)，顯著性檢驗(yàn)采用雙側(cè)檢驗(yàn)[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 水體重金屬總量分析

研究表明，東莞段的東江流域受到不同程度的污染，其中，枯水期比豐水期受到的污染更為嚴(yán)重，選擇寒溪河及東江南支流枯水期為采樣時(shí)間[4-5]。由圖1可以看出，12#監(jiān)測點(diǎn)的水樣Cu濃度出現(xiàn)了奇異值0.034 mg/L，8#監(jiān)測點(diǎn)的水樣Cu濃度出現(xiàn)了極端值0.13 mg/L，9#監(jiān)測點(diǎn)、14#監(jiān)測點(diǎn)的水樣As濃度出現(xiàn)了奇異值，均為0.014 mg/L，其余都集中在一定的范圍之內(nèi)。根據(jù)《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》（粵環(huán)〔2011〕14號），寒溪水為Ⅳ類水功能區(qū)，東江南支流為Ⅱ類水功能區(qū)，執(zhí)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

圖1 茶山鎮(zhèn)周邊地表水的重金屬濃度

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

可見，Pb的濃度超出標(biāo)準(zhǔn)值5～75倍；Cd的濃度在寒溪河流域達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求；As的濃度集中在0.100 0～0.007 4 mg/L，而極端值（14#監(jiān)測點(diǎn)）也低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Ni的濃度在寒溪河中達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，而Cu的濃度大體集中在0.025 mg/L左右，8#監(jiān)測點(diǎn)的濃度值達(dá)到0.130 mg/L，超出標(biāo)準(zhǔn)值。從中可以看出，該水流流域的Pb超標(biāo)較嚴(yán)重。

2.2 水體重金屬相關(guān)性分析

水體重金屬相關(guān)性分析結(jié)果如表2所示。

表2 重金屬濃度相關(guān)性分析

2.3 水體重金屬主成分分析

水體重金屬主成分分析結(jié)果如表3所示。

表3 特征值、主成分貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率

結(jié)合研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量特點(diǎn)，選取Cd、Pb、Cu、As和Ni 5種重金屬作為監(jiān)測指標(biāo)，運(yùn)用SPSS19.0軟件求出15個(gè)監(jiān)測樣品5種重金屬濃度間的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣（見表2），再以水體中的重金屬濃度為變量進(jìn)行方差極大正交旋轉(zhuǎn)（見圖2），得出主成分分析結(jié)果（見表4）。由表3可以看出，主成分1、主成分2的特征值均大于1，而二者的累積方差貢獻(xiàn)率為64.722%，所占的百分比較低，故本文選取主成分1、主成分2和主成分3為主成分，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)82.418%，認(rèn)為其反映了原始數(shù)據(jù)的基本信息。

表4 主成分載荷值

圖2 水體重金屬濃度旋轉(zhuǎn)后載荷圖

由表4可以看出，與第一主成分密切相關(guān)的是Pb，相關(guān)系數(shù)絕對值超過0.90，說明第一主成分反映了Pb的污染信息。第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為27.169%，該因子變量中，As和Ni都有著較高的載荷值，As的負(fù)載荷值為-0.779，Ni的正載荷值為0.729，而As和Ni的相關(guān)性為-0.218 99，根據(jù)Pearson相關(guān)系數(shù)的性質(zhì)，0.218 99＜0.3，說明這兩個(gè)變量相關(guān)程度低，基本不相關(guān)，且相互獨(dú)立地主導(dǎo)第二成分。第三主成分相關(guān)的重金屬是Cu，它的相關(guān)系數(shù)絕對值也超過0.90，且呈正相關(guān)。從方差貢獻(xiàn)率可以看出，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為37.552%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二主成分、第三主成分的貢獻(xiàn)率27.169%和17.696%。所以，該流域水質(zhì)重金屬污染情況主要由第一主成分（即Pb的質(zhì)量濃度）控制。

3 結(jié)論

水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，該工業(yè)區(qū)流域內(nèi)重金屬Pb濃度超出相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值5～75倍，寒溪河流域中重金屬Cd達(dá)不到Ⅳ類水質(zhì)要求，Ni的濃度都超出0.02 mg/L，部分監(jiān)測點(diǎn)Cu超出標(biāo)準(zhǔn)值。通過主成分分析可知，3個(gè)主成分反映了該流域水體中的重金屬分布情況，它們的貢獻(xiàn)率分別為37.552%、27.169%和17.696%。第一成分主要反映了Pb的污染信息，第二成分主要反映了As和Ni的污染信息，Cu主要受第三成分支配。