海河干流(市区段)表层沉积物重金属污染及变化趋势分析（张淑娜,刘伟,王德龙）

摘　要: 根据1990 —2006 年监测资料,对海河干流(市区段) 沉积物中重金属的现状和变化趋势进行了分析,采用地积累指数和Hakanson 危害指数对海河干流(市区段) 沉积物重金属富集现状和对水生生物危害进行评估。结果显示:海河干流(市区段) 表层沉积物除Zn 外,均呈现污染下降趋势。海河干流(市区段) 沉积物中重金属对生物潜在危害顺序为Cd > Hg > As > Cu > Pb > Cr > Zn ,各项指标对生物潜在危害性上游大于下游。

关键词: 海河干流; 重金属; 富集; 生态风险

中图分类号: X522 　　　文献标识码: A 　　文章编号: 1007 - 1504 (2008) 03 - 0129 - 05

Heavy Metal Pollution and Their History Trend in the Surface Sediment of Haihe River

ZHANG Shu - na , LIU Wei , WANGDe - long(Tianjin Environmental Monitoring Center , Tianjin 300191 , China)

Abstract : The characteristics of temporal and spatial distribution of heavy mental (Cu ,Zn ,Pb ,Cd ,Hg ,As ,Ni ,Cr) in the surface sediment of haihe river had been analysed. The potential ecological risk(PER) index(PER) and the geoaccumulation index( Igeo) were applied for assessing the pollution of heavy metals in haihe river. The results showed that the lego were higher than zero. Except Zn ,every item had a downward trend. RI were higher than 150. The heavy metal PER order was following :Cd > Hg > As > Cu > Pb > Cr> Zn.

Key words : haihe river ; heavy metal ; enrichment ; ecological risk

沉积物是各种污染物累积富集的稳定产物,间接反映了生态系统的污染程度。重金属具有极强的累积作用,在收纳水体中可迅速与悬浮物结合,当悬浮物负荷量超过迁移能力时,便转变为沉积物。海河由于水质偏碱性,重金属更易随悬浮物沉降并迁入沉积物中,而沉积物存在二次释放的潜在危险,对水相具有持久性影响,因此对沉积物的研究就显得极为重要。

1990 年农业部曾对海河干流(市区段) 沉积物进行过深入勘察,2003 年3 月～2005 年9 月历时3 年天津市对海河干流(市区段) 北洋桥至外环线约20 km的河道进行全断面清淤,清淤土方量为300 万m3 ,清淤深度1～2 m。天津市环境监测中心分别在2003 年3 月沉积物疏浚前和2006 年疏浚后进行了重金属多指标调查。我们对清淤前后表层沉积物与历史研究结果进行比较,初步分析了海河干流(市区段) 表层沉积物污染的演变历史和现状,为海河干流生态环境管理提供科学依据。在三岔口、大光明桥、光华桥、柳林、二道闸设置5 个采样点(见图1) ,监测项目为Cd、Hg、Cu、Zn、Pb、As、Cr 等7 项。

1 演变趋势分析

1. 1 变化趋势与现状分析

1990 年海河干流(市区段) 表层沉积物污染是16 年来最为严重的阶段,除Zn 以外,其他各项重金属均以1990 年最高,表面为黑色或近黑色,沉积物厚度为2～4 m ,黑臭层达0. 5～0. 6m ,Hg、Cd、Pb、As、Cr 、Cu、Zn 7 项重金属污染比较严重,远超过中国大陆沉积物背景值、天津市土壤背景值和海滦河水系沉积物背景值,其中Cd和Hg 均值超水系沉积物背景值倍数分别高达41811 和4414。与国内城市河流相比,Cd、Hg、Cr远大于污染较严重的黄浦江、苏州河。见表1。沿线纵向分布特征明显,以光华桥站位为重,各污染物的最大值均出现在该站位,其次是柳林,二道闸的污染相对较轻。

截至2006 年,海河干流(市区段) 表层沉积物Hg、Cd、Pb、As、Cr 、Cu 等6 项重金属与1990 年相比,均有不同程度的下降,其中,以Cr 下降幅度最大,达到91. 3 %。见图2。值得关注的是Zn 达到历史浓度高峰期,超过海河水系背景值2. 5 倍。

2006 年海河干流(市区段) 各站位表层沉积物重金属含量呈下降趋势。光华桥和柳林除Zn外的6 项指标浓度均低于1990 年污染水平。大光明桥和二道闸仅有Cd 一项上升幅度在1 %～43 %之间,其他项目6 项指标也低于1990 年。相对而言,三岔口是污染减轻程度最不明显的站位,2003 年清淤前Zn、Pb、Cd、As、Hg 沉积含量与1990 年相比上升了54 %～601 % ,并以Hg、Cd 增加幅度最大,分别达到601 %和387 % ,清淤后三岔口各项重金属沉积量都较清淤前减少了,Hg、Cr 恢复到1990 年前的水平,而Zn、Pb、Cd、As 仍高于1990 年水平。

1. 2 变化趋势原因分析

1)历史上天津是以制造业、轻工、纺织、建材、钢铁等传统产业为主的老工业基地,70、80 年代天津钢厂、轧钢厂、棉纺织厂、热电厂、化工行业等废水直接排入海河市区段,90 年代以后,市政府对海河市政管道进行初步雨污分流,同时对重金属污染的企业采取整治、搬迁等措施,使海河市区段重金属的污染有明显改善,但在雨季,由于市区地势低洼,钢厂等未搬迁企业含锌废水依然可以通过排污口门等进入海河,这是Zn 较1990 年有所上升的重要原因。光华桥是企业历史上排污口门最为集中的点位,因此该点位沉积物重金属污染也最为严重。

2)海河为弱碱性水体,尤其是2000 年后4 次引黄济津工程的实施,水体pH 值升高,在7～9之间,使沉积物粘土矿物、水合氧化物和有机质表面负电荷增加,对重金属离子的吸附力加强,有机质—金属络合物稳定性增大,Zn2 + 在氧化物表面吸附增强,生成Zn (OH) 2 沉淀机会增大,另外,其他重金属外源输入的减少,也使沉积物对Zn 的吸附加大,上述原因都导致目前海河市区段沉积物Zn 的上升显著。

2 2006 年表层沉积物污染现状

2006 年海河干流表层沉积物中所有被测指标污染比较严重,均超过海滦河水系沉积物背景值,其中Cd 和Hg 的倍数达到46. 8 和16. 7。各断面Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg 全部超过中国大陆沉积物背景值(见表1) ,沿线仍以光华桥污染程度最高。根据有关文献研究,与近年环境地理特征类似的上海市区段河流沉积物含量进行比较,2006 年海河表层沉积物中7 项重金属均大于黄浦江和苏州河(见表2) 。

3 海河干流(市区段) 沉积物重金属富集现状

采用地积累指数法分析海河沉积物重金属富集情况。地积累指数法是德国海德堡大学Muller[3 ]提出的,是一种研究沉积物中重金属的定量指标,计算公式为:

式中,Cn 为实测浓度( ×106 ) ,这里为2006 年海河干流(市区段) 表层沉积物的数据资料; Bn为当地背景值,根据文献资料,本文采用海河水系沉积物背景值; K为背景值波动而设定的常数,通常取1.5。依据沉积物中的重金属污染状况划分为7 个等级,见表3。

海河市区段各污染物富集程度依次为Cd >Hg > As > Cu > Pb > Zn > Cr 。Cd 达到严重水平,其次为Hg ,并呈现出含量高、各监测点含量变幅大的特点。Cr 仅在光华桥达到轻度富集,其余站位污染程度均很低。整体来讲,海河干流(市区段) 表层沉积物普遍受到了轻度以上重金属污染。见表4。

4 重金属潜在危害评价

沉积物中的金属离子经生物矿化、早期成岩等过程可重新释放到水体,溶出的重金属元素对浮游植物的生长在适量上有促进作用,而在过量时则存在毒性效应,同时也是底栖生物重金属摄入的重要来源。沉积物对水生生物除产生显在的“三致”效应(致死、致畸、致突变) 之外,还构成“定时炸弹”似的潜在威胁。

参照瑞典学者Hakanson[4 ] 提出沉积物中重金属的潜在危害评价方法,用Cif 表征沉积物中的单个污染物的污染程度。

式中, 　Cif 、Ein 分别为第i 种重金属的污染系数和潜在生态危害系数; Tin 为毒性系数,用于反映重金属的毒性水平和生物对重金属敏感程度; Ci为沉积物重金属浓度实测值,根据海河干流(市区段) 表层沉积物粒径组成以> 5 μm 为主,因此,这里Cin 采用海河水系背景沉积物所测元素的背景值; RI 为多种重金属的潜在危害指数。潜在生态危害评价指标与分级关系见表5。

从潜在危害角度看,海河干流(市区段) 沉积物中重金属污染顺序为Cd > Hg > As > Cu > Pb >Cr > Zn。Cu、Zn、Pb、Cr 在各断面危害轻微。As在三岔口对生物潜在危害达到中度,其他点位基本无危害。Hg 自三岔口至光华桥对生物潜在危害严重。海河干流(市区段) 沉积物中污染最严重、危害最大的项目是Cd ,除柳林外的其他站位潜在危害等级均为严重。总体来讲,各项指标对生物潜在危害上游大于下游。见表6。

5 　结语

1)综合分析,90 年代初海河干流(市区段) 表层沉积物Hg、Cd、Pb、As、Cr 、Cu 污染是16 年来最为严重的阶段,目前海河干流(市区段) 表层沉积物仍呈轻度以上重金属污染,主要污染因子为Cd 和Hg ,并呈现出富集高、各监测点含量变幅大的特点。

2)清淤对海河干流(市区段) 生态环境中有机质、营养物质污染起到了明显减轻作用,但从重金属角度看,表层沉积物中重金属含量没有明显改善,部分指标较2003 年清淤前有所升高,应引起有关部门的重视。

3)各项指标对生物潜在危害性上游大于下游,光华桥是污染最重站位, Cd 是对生物潜在危害最大的项目。

参考文献:

[1]程祥圣. 黄浦江沉积物污染初步研究[J ] . 生态环境,2006 ,15 (4) :682 —686.

[2]赵健. 苏州河市郊段蒂尼重金属污染特征及对河道疏浚的影响[J ] . 农业环境保护,2001 ,20 (1) :27 —30.

[3]MULLER G. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River[J ] . Geojournal ,1969 ,2 (3) :108 —118.

[4]HAKANSON L. An ecolohical risk index for aquatic pollution control ,A sedimentological approach[J ] . Water Res ,1980 ,14 (2) :975—1001.

作者简介: 张淑娜(1973 - ) ,女,天津人,工程师,大学,主要从事环境监测评价和水资源保护方面的工作。

来源：《干旱环境监测》2008.9