沈阳市细河底泥中重金属污染现状及特征分析_张霄.pdf

辽 宁 林 业 科 技Liaoning Forestry Science&Technology2023年第3期2023No3收稿日期：2022-08-16作者简介：张霄，高级工程师，主要从事环境监测相关工作，E-mail：。沈阳市细河底泥中重金属污染现状及特征分析张霄，赵全，周思宁（沈阳生态环境监测中心，辽宁 沈阳110015）摘要：为有效治理沈阳市细河水环境重金属污染，有针对性地找到造成其重金属污染现状的根源，该文对沈阳市细河流域内工业企业排放现状和细河（张士段）14 个点位的底泥中重金属污染情况进行监测和研究。结果表明，细河底泥中 8 种重金属平均质量浓度排序为锌锰铜铬铅砷镉汞，空间变化趋势表明 8 种重金属污染物在流域 14 个点位内都有不同程度的积累，重金属浓度相关性分析表明底泥中重金属来源具有多源性。该研究对查找沈阳市水污染原因，精准行业溯源以及工业企业精细化排污管控具有指导意义。关键词：沈阳市；细河流域；重金属；底泥；污染特征中图分类号：X832文献标识码：A文章编号：1001-1714（2023）03-0017-04Analysis on status and characteristics of heavy metal pollutionof sediment in Xi River in ShenyangZHANG Xiao，ZHAO Quan，ZHOU Sining（Shenyang Ecological Environment Monitoring Center，Shenyang 110015，China）Abstract：The discharge status of industrial enterprises in Xi River basin and the heavy metal pollution in the sedimentof 14 sites in Zhangshi segment were monitored and studied，for the purpose of controling the heavy metal pollutionand finding out the sources of heavy metal pollution in Xi River in Shenyang.The results showed that the average massconcentration of eight heavy metals in sediment of Xi River from the largest to the smallest were zincmanganesecopperchromiumleadarseniccadmiummercury.The spatial variation trend indicated that the eight heavy metal pollutants accumulated in different degrees in 14 sites in the basin.The correlation analysis of heavy metal concentrationsdemonstrated that the heavy metals in the sediment had multiple sources.This study has guiding significance for finding pollution causes，precise source tracing of industrial，and delicacy management of industrial enterprises.Key Words：Shenyang；Xi River basin；heavy metal；sediment；pollution characteristics沈阳市细河全长约 78.2 km，流经铁西区、于洪区、辽中区汇入浑河。细河作为城市内河，是一条排污河，历史各项指标超出 V 类水标准数倍甚至数十倍，污染严重，治理难度大。2017 年以来，沈阳市将细河综合整治作为重大民生工程，通过“六管理六工程”的靶向治理举措，大力推进细河的系统性、整体性、彻底性整治，营造“水清、河畅、岸绿、景美”的生态环境，不断提升细河流域的生态价值、社会价值和经济价值1。本文对细河水底泥重金属污染特征进行研究，旨在根据水质污染情况进行污染溯源，对污染原因查找、精准行业溯源以及工业企业精细化管控具有指导意义，同时针对性地找到造成其重金属污染现状的根源所在，对治理细河水环境重金属污染具有现实意义。1细河流域内重点行业排污现状细河为浑河北岸一条排水河道，起源于沈山铁路揽军屯站西（沈山联络线），在辽中县黄腊坨子流入浑河。由于行政区域的重新划分，细河流经于洪区流域减少。细河全长 78.2 km，于洪境内长度约 17第 3 期2023 年辽 宁 林 业 科 技10 km，此河段主要接纳仙女河污水处理厂处理后的城市污水。细河污染源主要集中在张士化工园地区（简称张士地区），张士地区纳入排污许可信息管理系统的企业共 2 120 家企业，其中纳入管理系统共计 241 家，登记管理的 1 879 家。涉废水排放重点管理和简化管理企业共 146 家，其中纳入重点管理的 72 家，简化管理的 74 家。本文主要研究细河张士段底泥的重金属污染情况。1 1.1 1细河工业企业排放情况细河工业企业排放情况根据 2021 年环境统计结果，张士地区废水和污染物排放的工业企业总计 241 家，年废水排放总量 1 676.2 万 t，与 2020 年同期相比增长 6.1%。年排放废水百万吨以上企业有 3 家，废水排放量总和824.1 万 t，占废水排放总量的 49.2%；排放废水 10万100 万 t 的工业企业 20 家，废水排放量总和534.5 万 t，占废水排放总量的 31.9%。1 1.2 2细河污染源废水污染物排放情况细河污染源废水污染物排放情况2021 年，张士地区污染源企业废水排放中主要污染物化学需氧量和氨氮排放总量分别为 335.1 t和 7.5 t，与 2020 年相比化学需氧量排放总量增加了 4.4%，氨氮排放总量下降了 59.7%。化学需氧量年排放量 50 t 以上有 1 家企业，年排放量 86.9 t，占年排放总量 25.9%；化学需氧量年排放量 10 50 t的企业有 4 家，年排放量 130.7 t，占年排放总量39.0%。氨氮年排放量 1 t 以上的企业有 2 家，年排放量 3.0 t，占年排放总量的 40.0%。2细河底泥重金属污染调查采样及分析2 2.1 1采样点设计与选择采样点设计与选择本研究选择沿细河流经区域的 14 个监测点位（细河长期日常监测点位）进行分析，并在汇入浑河的河口上、下游各 500 m 位置增加监测点位，同时，在细河中段有较大支流水系汇入处设置 1 监测点位，增加对细河底泥中污染物与微生物的监测分析，采集河流底部沉积物样品2，低温保存，进行后续相关分析。14 个监测点位详细信息见表 1。2 2.2 2材料与方法材料与方法2 2.2 2.1 1重金属采样及检测重金属采样及检测采集细河不同点位底泥，测定重金属含量，重金属包括铬、镉、铅、铜、汞、砷、锌、锰。参照 土壤环境监测技术规范（HJ/T 166-2004）和 底泥污染状况调查点位布设技术规范（DB37/T 4327-2021）进行采样，用采泥器采集测试点位底泥表层 020 cm沉积物 200 g，底泥样品在低温条件下运输至实验室待测3。参照 水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法（GB/T 7475-1987）、水质铬的测定火焰原子吸收分光光度法（HJ 757-2015）、水质 汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法（HJ 6942014）等方法检测分析各采样点的底泥中不同重金属质量浓度4。2 2.2 2.2 2重金属相关性分析重金属相关性分析利用 R 语言 psych 包计算斯皮尔曼相关性，并绘制图，对细河底泥中重金属相关性进行分析。3结果与分析3 3.1 1重金属污染监测结果及空间分布变化趋势重金属污染监测结果及空间分布变化趋势细河区 14 个点位底泥重金属污染检测结果表明，8 种重金属平均质量分数排序为锌锰铜铬铅砷镉汞。细河不同点位重金属质量分数空间分布见图 1。砷质量分数空间变化：18 号点位砷质量分数为 4.9811 mgkg-1，小幅度波动；9 号点位最低，为3.41 mgkg-1；1013 号点位上升并在 13 号点位处达到最高（26.6 mgkg-1）；14 号点位降至 5.75 mgkg-1。表1细河监测采样点位信息点位12345点位信息甘官桥下中央大街桥下浑河十五街桥下四环路路西河边市政沥青制品公司附近上游经纬度123.1495645N41.6853306E123.1126403N41.6671178E123.0901336N41.6621401E123.0863762N41.6459071E123.0560733N41.6162320E点位678910点位信息中德大街与二十五号路桥宝马大道桥下西古村桥下张明化工南侧彰驿桥经纬度123.0540870N41.6156671E123.015502N41.5606154E122.9950601N41.5259254E123.9930202N41.5134960E122.9568760N41.5030482E点位11121314点位信息试剂工厂上游试剂工厂南前余村桥西土桥下经纬度123.1966082N41.6927635E123.1495645N41.6853306E123.1126403N41.6671178E123.0901336N41.6621401E 18第 3 期2023 年镉质量分数空间变化：1 号点位镉质量分数最高为 12 mgkg-1，2、3 号点位变化不大，4 号点位达到最低（0.01 mgkg-1），58 号点位小幅度波动（2.87.4 mgkg-1），912 号点位为 0.20.4 mgkg-1，13 号点位升高，14 号点位降至 3.2 mgkg-1。汞质量分数空间变化：14 个点位汞质量分数均较低（0.133.47 mgkg-1），其中 2 号点位最高，3号点位次之（2.45 mgkg-1），10 号点位最低。铬质量分数空间变化：1 号点位铬质量分数较低（68.2 mgkg-1），2 号点位最高（303 mgkg-1）；3、4号点位下降，5 号点位升高，随后 6、7 号点位大幅度下降，并在 8 号点位达到最低（63.1 mgkg-1）；912号点位为 75.1126 mgkg-1，总体呈上升趋势，13号点位为 214 mgkg-1，14 号点位有所下降。铜质量分数空间变化：13 号点位铜质量分数呈上升趋势，并在 3 号点位达到最高（351 mgkg-1）；4 号点位降低，5 号点位增高至 283 mgkg-1，611 号点位降低，并在 11 号点位达到最小值（9.2 mgkg-1）；1214 号点位有所上升。铅质量分数空间变化：114 号点位铅质量分数为 19.1128.0 mgkg-1，其中 3 号点位最高，4 号点位降至 34.6 mgkg-1；58 号点位小幅度波动；9号点位最低，1014 号点位为 34.671.9 mgkg-1。锌质量分数空间变化：1、2 号点位锌质量分数均为 783 mgkg-1；3 号点位为 1 072 mgkg-1，到达第一个峰值；4 号点位降至 329 mgkg-1；5 号点位开始突增至 987 mgkg-1；611 号点位呈下降趋势，11号点位最低 161 mgkg-1；12 号点位开始明显增高，并在 14 号点位达到最高（1 265 mgkg-1）。锰质量分数空间变化：1 号点位质量分数较高，达 874 mgkg-1，2 号点位有所降低；35 号点位开始升高；6、7 号点位大幅度下降，并在 7 号点位达到最低（329 mgkg-1）；811 号点位大幅度上升，并在11 号点位达到最高（914 mgkg-1）；12、13 号点位下降，14 号点位又上升至 644 mgkg-1。图1细河14个点位底泥的8种重金属分布情况3 3.2 2细河入浑河口上下游底泥重金属含量差异细河入浑河口上下游底泥重金属含量差异细河入浑河口上下游河流中重金属情况见图2。8 种重金属污染物在流域内都有不同程度的积累。因为浑河没有进行过清淤，有历史积累，通过比较细河入河口 14 号点位与上游数据，可以看出重金属有明显增加趋势。图2细河入浑河口上下游底泥重金属含量张霄等：沈阳市细河底泥中重金属污染现状及特征分析 19第 3 期2023 年辽 宁 林 业 科 技3 3.3 3细河底泥重金属相关性细河底泥重金属相关性为进一步分析细河底泥中多种重金属是否存在相关性，对可能存在的重金属污染多源性和趋源性进行推断和分析，通过对 8 种重金属的相关性和因子分析，进一步推测细河底泥中不同重金属是否存在同源性或近源性，结果见表 2。表2细河8种重金属之间的相关性锰锌汞铅铜铬镉砷砷-0.010.310.13-0.260.250.180.021镉0.070.610.550.620.740.4410.02铬-0.20.590.870.35*0.7410.440.18铜-0.160.850.790.0610.74*0.74*0.25铅0.050.450.4810.66*0.350.62*-0.26汞-0.070.5710.480.79*0.870.55*0.13锌0.0110.57*0.450.850.59*0.61*0.31锰10.01-0.070.05-0.16-0.20.07-0.01注：*表示 2 种重金属间存在显著相关性（P0.05）；*表示 2 种重金属间存在极显著相关性（P0.01）。由表 2 可以看出，重金属铅与铬，镉与锌，铜与汞均呈极显著正相关（P0.01）；镉与汞、铅、铜，铬与锌、铜，铜与铅，汞与锌呈显著正相关（P0.05），而其他重金属元素之间相关性不显著，表明细河底泥重金属来源具有多源性。在监测的细河某些采样点位底泥中重金属很可能来源于附近同一个排污口，或来源于同一类型企业。这一结果对后续污染物溯源工作具有重要的价值和意义。3 3.4 4细河底泥重金属污染特征细河底泥重金属污染特征从整体空间分布来看，2、3 号点位（中央大街桥下和浑河十五街桥下）周围和 13 号点位（前余村桥）处重金属含量较高。锌的峰值按趋势看可能在14 点位（西土桥下）下游，在 11 点位（试剂工厂上游）后一直处于显著上升趋势。14 点位（西土桥下）位于细河与浑河交界处，即细河汇入浑河口的上游，汇入口前后 500 m 处的重金属含量均小于汇入口的重金属含量，且汇入后的重金属含量均大于汇入前，基于以上数据分析，细河重金属的存在对汇入水体浑河的下游产生显著影响，汇入浑河下游 500 m 处底泥的重金属含量明显增加。4细河重金属污染防治对策及建议针对细河天然径流较小，水体自净能力较差的特点，可以对细河进行生态补水，构建水生态系统，实现水体健康稳定的物质和能量循环，从而提高水体的自净纳污能力，持续改善水质，完善生态补水管理办法，建立长效的生态补水保障机制。一是工业废水污染防治建议。加强对现有工业企业的监管，落实排污许可证制度，将总量控制目标以排污许可证的形式落实到每一个污染源，实行污染物排放总量收费制度，以经济手段促进工业企业污染排放在达标的前提下得到进一步削减，促进水环境质量的改善和提高，规范排污口水量和水质日常监管行为，确保所有企业主要污染物的排放浓度和总量全面稳定达标。二是完善环境管理措施。加强对细河地表水、入河排污口、重点污染源等点位的系统监测工作，按照国家统一布置，在入河排污口、城市污水处理厂及重点工业污染源排污口安装自动监控装置，形成统一的监控网络体系。科学养护管理是工程建设中的重要环节，尤其对于细河水环境的整治，更是要坚持“三分建七分养”的治理理念，只有后期科学到位的养护管理，才能长久保障细河水体的生态健康。参 考 文 献：1于朝霞，吕红波.消除水体黑臭重现清水绿岸沈阳铁西区细河黑臭水体治理案例分析J.中国水利，2021（20）：90-93.2王长智，任旭锋，梅荣武.温州河道底泥重金属污染特征和分级评价J.四川环境，2018，37（4）：1-8.3舒伟，陈玥，高阳俊.基于3种方法对河道底泥重金属污染评价J.上海第二工业大学学报，2018，35（1）：1-9.4贾英，方明，吴友军，等.上海河流沉积物重金属的污染特征与潜在生态风险J.中国环境科学，2013，33（1）：147-153.（责任编辑：张素清）20