茅洲河流域宝安段底泥重金属生态风险及对策.pdf
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1、传源南环境1SSN1672-9064研究与探讨CN35-1272/TK茅洲河流域宝安段底泥重金属生态风险及对策韩蕊翔1姚仁达2 邱辉1王(1中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州2天津市滨海新区环境创新研究院天津30 0 4573中国环境科学研究院北京王拯谦1#范博渊2 弓张依章2,3311122100021)摘要为实施茅洲河流域宝安段黑臭水体和底泥整治工程,在干支流布设了16 个采样点位,重点考察了各层底泥中重金属含量并分析其空间分布特征,运用潜在生态风险指数法评价底泥重金属污染引发的潜在生态风险。结果表明研究区内河段存在底泥重金属Cu、Zn、Cd、Cr 和Ni污染问题,整体划分在生
2、态危害极强区,是污染物外源输入和内源输出的综合效应,采取环保清淤的治理对策解决河流水质污染问题。关键词底泥重金属分布特征生态风险评价环保清淤茅洲河中图分类号:X522文献标识码:A文章编号:16 7 2-90 6 4(2 0 2 3)0 4-0 19-0 50引言针对茅洲河流域宝安段干支流的黑臭河涌和底泥淤积问题,研究者们从不同角度解析污染原因,并重点对氮磷营养盐、有机物和重金属等主要污染物的潜在风险进行研判。路文典等1重点从茅洲河流域人口和企业密度大、排水设施不健全、河流水动力不足、底泥量大且污染严重等方面阐述了全流域污染成因。洪思远等2 分析了茅洲河干支流30 0 余个底泥样品的总氮含量,
3、得出0 10 0 cm泥层总氮含量较高的结论,并由有机污染指数法评价总氮生态风险属重度污染等级。包晗等31对茅洲河流域底泥污染程度进行评估,并借助特征污染物吸附解吸实验确定清淤深度。徐浩等4 建立SWAT和SWAT-LUD模型对茅洲河流域水的循环补给过程中的有机物和营养物质进行模拟并估算污染贡献量。YU等5 考察了茅洲河底泥中的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd 和Pb在流域尺度的分布,结果表明重金属与硫化物的空间分布高度相关,Cu的分布主要受有机Cu络合作用影响,河口地区盐度输入经阳离子交换对Ni、Zn 和Cd分布产生影响。在污染底泥的多种污染物中,重金属因难以被微生物降解,并可通过食物链的富集作
4、用累积于生物体内,对水生态系统造成潜在危害,因此被多国列为环境优先污染物。目前,国际上常采用单因子污染指数法、内梅罗综合指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法、污染负荷指数法、沉积物富集系数法和次生相富集系数法等评价重金属污染造成的生态危害程度。其中,潜在生态风险指数法将重金属的生态效应、环境效应与生物毒性综合衡量,可对重金属污染造成的潜在生态危害程度进行分级评价,广泛应用于土壤、河流、湖泊和水库等沉积物以及污水处理厂污泥的重金属污染引发的潜在生态收稿日期:2 0 2 3-0 3-15基金项目:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司科技项目(KY2019-ZD-03)作者简介:韩蕊翔(199
5、5一),女,硕士,工程师,研究方向为河道环境治理。通讯作者:张依章(198 1一),男,博士,研究员,研究方向为水循环与水生态保护修复。2023.NO.4.风险评价。本研究以茅洲河流域宝安段为研究区,重点进行河流底泥重金属水平和垂向污染特征分析,通过对超标重金属进行潜在生态风险评价识别底泥污染构成的生态危害等级,结合污染物外源输人和内源输出分析,实施环保清淤工程措施清除污染底泥,从根本上解决河流水质污染问题,为茅洲河流域水质改善提供科学依据。1材料与方法1.1研究区域及采样点布设茅洲河流域地跨深圳、东莞2 市,属于珠江三角洲水系,总面积为344.2 3km,干流全长30.6 9km,其中宝安区
6、境内流域面积为12 2.6 5km,干流河长19.7 1km,共有干、支流19条,河道总长度96.56 kml6。为了检测茅洲河流域宝安段底泥污染状况,在茅洲河干支流布设了16 个采样点,详见图1。1.2样品采集利用柱状采样器进行分层样的采集,分别在每个采样点位的50 cm(浅层)、10 0 cm(中层)、150 cm(深层)深度取样,个别点位在30 cm、7 0 c m 取样进行检测,底泥沉积物样品采用密封袋保存。1.3分析方法对底泥沉积物样品进行研磨并过筛,取0.0 5g加入特氟龙(Teflon)消解罐,加入1mLHNO,和1mLHF,置于烘箱中270消解48 h后,在石墨电热板上115消
7、解至湿盐状,加人1mL70%亚沸硝酸,继续加热蒸干后加人1mL超纯水、1mL亚沸硝酸和1mL5%HNO3,于烘箱中190 消解2 4h后取出。采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 和Ni的浓度7 。19传源卤环境研究与探讨ISSN1672-9064CN35-1272/TK老城虎东莞市下涌X-440X=47679.25Y=91193.94洲泥=X=45804.02一Y=88649.97X=42912.64Y-86739.26X=42678.94Y-86171.08Y=85220.17X=42024.62X=41627.38Y=84739.67珠江
8、口1.4评价方法采用潜在生态风险指数法进行茅洲河流域宝安段底泥重金属生态风险评价。此方法基于沉积物中单一重金属的潜在生态风险指数累积得出多金属潜在生态风险指数,进而根据风险指数分级确定生态危害程度,计算公式如式(1)(3)18 。(1)CRE,i=T;CimRI-ZE;式中:Ei为单一金属潜在生态风险指数;RI为多金属潜在生态风险指数;Ci为样品实测浓度;CR为沉积物中相应污染物的背景值,拟采用深圳市土壤重金属背景值,主要参考深圳市土壤环境背景值中赤红壤背景含量9;Ti反映了金属在水相、沉积固相和生物相之间的响应关系,即生物毒性加权系数。采用潜在生态风险指数法评价过程中涉及的生物毒性系数、背景
9、值和评价标准见表1和表2。2结果与分析2.1底泥重金属水平分布特征各采样点重金属含量分布如图2 所示。整体而言,茅洲河宝安段干支流大部分点位的浅层、中层和深层底泥的重金属Cu、Zn、Cr 和Ni含量均较高,Pb和Cd的含量则处于较低水平。浅层底泥(0 50 cm)和中层底泥(50 10 0 cm)样品中重金属含量较为接近,点位1 4、12、13和15的Cu和Cr含量以及点位3、12、13和15的Zn和Ni含量水平显著高于其他点位。龟岭东坑9河450河松岗茅道生围涵共和通泥泥12简边涌泥13万岩渠河河图1茅洲河宝安段干支流16 个底泥采样点位分布图(资料来源:地图原图由宝安区水务局提供)C-C(
10、2)(3)2023.NO.4.罗田水七支渠潭渠新桥4种重金属含量均较高的点位主要分布于茅洲河干流3号、衙边涌12、13和15号点位,由此可知在茅洲河宝安段的各支流中,衙边涌的底泥重金属污染最为严重,其沿线的12、13和15点位浅层和中层底泥的Cu、Zn、Cr 和Ni的最大值分别达到6 417.9 mg/kg、2 7 19.0 mg/k g 2 7 13.6 mg/k g 和 6 8 8 1.7 mg/kg。对于Pb而言,16 个点位Pb含量分布较为均匀,0 10 0 cm处的含量普遍为50 10 0 mg/kg。对于Cd而言,水平分布特征类似于Cu、Zn、Cr 和Ni,衙边涌15号点位中层底泥
11、的Cd含量最高,为 1.7 7 6 mg/kg。表1重金属背景(参比)值Ci和生物毒性系数T重金属Cu10.4T5表2生态风险指数与危害程度ERI40150408015030080160300600160320600 32012002.2底泥重金属垂向分布特征参照农用地土壤污染风险筛选值Cu200mg/kgZn300mg/kg、Pb 240 mg/kg.Cd 0.8mg/kg.Cr 350 mg/kg、Ni 190 mg/k g l 0),Cu.Zn、Cd、Cr 和Ni存在超标问题,除Cd外的4种重金属在0 10 0 cm20984,Zn41.21Pb40.85Cd0.04130生态危害程度轻
12、微中等强很强极强Cr20.42Ni6.935传源南环境1SSN1672-9064CN35-1272/TK研究与探讨70003000050cm600050100cm-100150cm5000(3/sul)/鲁号n400030002000100001200.50100cm+100150cm150(ax/Bw)/鲁号9d100-050cm50100cm2500+100150cm(3x/au)/鲁号uZ20001500100050002345678910111213141516采样点编号(a)Cu含量-050cm12345678 910 11 12 13141516采样点编号(b)Zn 含量2.0-0
13、50cm-50100cm-100150cm1.5(8x/Bu)/鲁号pO1.0500.51300025002000(a/Bu)/鲁号0150010005000深度严重超标,且0 50 cm和50 10 0 cm深度含量相近,10 0 150cm深度污染程度均有所降低,详见表3。对底泥中5种超标重金属含量进行分析,浅层超标倍数分别为:8.0 6、2.7 0.0.2 3、1.35和7.35,中层超标倍数分别为:8.27、2.46、0.0 6、1.45和7.46,按严重程度排序为CuNiZnCrCd。对于Cu和Ni而言,浅层和中层底泥严重超标,超标近8倍。虽然在10 0 150 cm深度污染物含量显
14、著降低,分别为23456789101112 131415 16采样点编号(c)Pb含量-050cm.50100cm100150cm12345678910 11 1213141516采样点编号(e)Cr含量0.012345 678 9101112131415 16采样点编号(d)Cd含量8000-050cm7000.50100cm100150cm6000(ay/aul)/鲁号IN5000400030002000100001图2各采样点重金属含量分布图表3各采样点超标重金属不同深度污染特性表超标农用地土壤污项染风险筛选值0 50 cmCu200Zn300Cd0.8Cr350Ni1902023.NO
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