郭 偉

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汀江流域某河段上覆水和沉積物孔隙水重金屬污染特征研究

郭 偉

福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

通過對(duì)汀江流域上杭段上覆水和沉積物孔隙水重金屬特征研究，結(jié)果表明，沉積物孔隙水中重金屬濃度與其上覆水相應(yīng)重金屬濃度差異顯著，是其幾十倍到幾百倍。除碧田點(diǎn)位重金屬銅和鋅以及金山電站點(diǎn)位重金屬銅以外，孔隙水中重金屬濃度均隨深度增加而降低。碧田和金山點(diǎn)位孔隙水中重金屬銅和鋅出現(xiàn)峰值與相應(yīng)層沉積物中重金屬含量有關(guān)。

汀江流域 重金屬 孔隙水 污染監(jiān)測(cè)

重金屬是具有潛在危害的重要污染物，與其它污染物類不同，其威脅在于它不能被微生物所分解，且可在生物體內(nèi)富集，成為持久性污染物[1]。水底沉積物既是水中懸浮物重力沉淀的產(chǎn)物，又對(duì)水中溶解物質(zhì)具有強(qiáng)烈的吸附作用，通常沉積物中積累的重金屬濃度比水中高幾個(gè)數(shù)量級(jí)[2]。近年來，學(xué)界對(duì)湖泊、河流、海洋沉積物中重金屬的含量與賦存形態(tài)以及不同環(huán)境條件下沉積物中重金屬的釋放情況作了大量研究，發(fā)現(xiàn)沉積物中重金屬通過孔隙水的介質(zhì)作用擴(kuò)散到上覆水體，從而影響上覆水的水質(zhì)，因此，孔隙水中重金屬的研究對(duì)于評(píng)價(jià)沉積物中重金屬對(duì)上覆水的影響有重要意義[3，4]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于沉積物中重金屬的研究頗多，但對(duì)沉積物孔隙水中重金屬的研究并不多見，本文通過對(duì)汀江流域上杭段上覆水和沉積物孔隙水中重金屬含量特征的研究，以期為汀江流域水環(huán)境重金屬環(huán)境管理服務(wù)。

1 采樣與方法

1.1 研究區(qū)概況

汀江是福建的第三大河流、龍巖市境內(nèi)的最大河流，發(fā)源于寧化縣木馬山北坡，平均流量144m3/s，集水面積達(dá)9659.6km2，占龍巖市國(guó)土面積的50.78%，流域人口200多萬。汀江不僅是龍巖市的主要飲用水水源地，也是重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水源，是支撐福建省閩西南地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)性資源。因此有必要對(duì)汀江水環(huán)境，尤其是汀江流域重金屬分布特征進(jìn)行研究。

1.2 樣品采集與分析

本次研究取樣時(shí)間為2016年10月18日，共設(shè)置三潭渡口、金山電站、碧田、澗頭共4個(gè)采樣點(diǎn)，其中三潭渡口位于紫金山上游，金山電站位于紫金山排污口附近，碧田點(diǎn)位位于排污口下游約1000m，澗頭點(diǎn)位位于排污口下游約2000m。研究的水樣包括上覆水樣和沉積物孔隙水樣：①上覆水樣，用柱狀采泥器采集沉積物后，用虹吸法采集柱狀采泥器上部的水樣；②孔隙水樣，用柱狀采泥器采取沉積物，按照一定的厚度分樣后，以5000 r·min-1的轉(zhuǎn)速離心20min，分離上部的澄清液作為孔隙水樣，4個(gè)點(diǎn)共采集柱狀分層樣24個(gè)。水樣采集后立即用孔徑為0.45μm的濾膜過濾，用于金屬元素分析的水樣在采集后用優(yōu)級(jí)純硝酸酸化(pH=2)處理后及時(shí)運(yùn)送到室內(nèi)在4℃下冷藏，并于規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。本次研究的金屬元素有Cr、Cu、Pb、Zn，采用安捷倫7900 ICP-MS測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 上覆水重金屬分布

重金屬鉻在四個(gè)采樣點(diǎn)位的濃度差異不顯著，最大為1.25μg/L，最小為0.79μg/L；重金屬銅在碧田點(diǎn)位的濃度最大，并且與其他三個(gè)點(diǎn)位的差異顯著，其濃度為三潭渡口的12.6倍；重金屬鋅和鉛在四個(gè)采樣點(diǎn)位的濃度差異不顯著。由以上分析得出，在四個(gè)采樣點(diǎn)位中，重金屬銅在碧田點(diǎn)位比其他點(diǎn)位高，并且差異顯著，其余重金屬在各個(gè)采樣點(diǎn)位均差異不顯著。

2.2 孔隙水重金屬垂直變化

從圖1可以看出，沉積物孔隙水與上覆水重金屬濃度差異極顯著，平均含量由高到低依次為Zn>Cu>Pb>Cr。沉積物孔隙水中重金屬濃度最大值出現(xiàn)在碧田點(diǎn)位。

（1）重金屬鉻在沉積物表層孔隙水的濃度較大，最大值出現(xiàn)在碧田點(diǎn)位表層達(dá)到206.8μg/L，為其上覆水濃度的258.5倍。重金屬鉻在四個(gè)采樣點(diǎn)位垂直變化趨勢(shì)較一致，表層沉積物孔隙水的濃度值最大，隨著深度增加，濃度逐漸降低。

（2）重金屬銅在碧田點(diǎn)位沉積物孔隙水中10cm處出現(xiàn)峰值，表層孔隙水濃度為上覆水的107.4倍，10cm處孔隙水濃度為上覆水的119.8倍。在金山電站，孔隙水重金屬銅濃度隨著深度的增加逐漸增大，到20cm處達(dá)到最大值，達(dá)到801.8μg/L，是其上覆水的92.7倍。分析四個(gè)點(diǎn)位沉積物中重金屬銅在各層的濃度，碧田點(diǎn)位10cm處重金屬銅濃度最大，達(dá)到446.1mg/kg，因此該層孔隙水重金屬銅濃度也高；金山電站20cm處重金屬銅濃度最大，達(dá)到1124.1mg/kg，因此該層孔隙水重金屬銅濃度也高。

（3）重金屬鋅在碧田點(diǎn)位沉積物孔隙水中10cm處出現(xiàn)峰值，濃度值達(dá)到其上覆水的304.0倍，是金山電站相應(yīng)深度沉積物的24.9倍，其余斷面均是隨著深度增加，孔隙水中重金屬鋅的濃度逐漸降低。同樣，通過對(duì)各點(diǎn)位各層重金屬鋅分析，結(jié)果顯示碧田點(diǎn)位10cm處沉積物重金屬鋅的濃度最大，達(dá)到1463.7mg/kg，因此該層重金屬鋅會(huì)出現(xiàn)峰值。

（4）重金屬鉛的最大值出現(xiàn)在碧田沉積物表層孔隙水，達(dá)到168.5μg/L，是其上覆水的141.6倍，是金山電站表層沉積物的2倍。四個(gè)采樣點(diǎn)位沉積物孔隙水鉛濃度均是隨著深度增加而降低。

圖1 研究斷面上覆水和沉積物孔隙水中重金屬元素濃度垂直剖面

（水-沉積物界面高度指定為0 cm，指沉積物埋深）

由此可見，重金屬鉻、鋅、鉛在三潭渡口、金山電站和澗頭三個(gè)點(diǎn)位孔隙水變化趨勢(shì)較一致，均是隨著深度增加濃度降低；在碧田點(diǎn)位，金屬元素鋅在10cm處出現(xiàn)峰值。金屬元素銅在四個(gè)采樣點(diǎn)位變化較復(fù)雜，三潭斷面隨著沉積物深度增加其濃度降低，但在金山電站斷面，其濃度隨著沉積物深度增加而增加，而且在碧田沉積物10cm處出現(xiàn)峰值（表層和10cm處）。出現(xiàn)以上現(xiàn)象，有可能是因?yàn)闅v史原因造成，同時(shí)沉積物中有機(jī)質(zhì)的耗氧降解可導(dǎo)致沉積物缺氧，呈一定程度的還原性，使沉積物中的重金屬釋放出來，從而對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生一定影響，有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

綜合分析，采樣點(diǎn)位沉積物孔隙水中重金屬濃度與上覆水顯著差異，達(dá)到上覆水相應(yīng)重金屬濃度的幾十倍到幾百倍，而且表層沉積物孔隙水重金屬濃度高，相應(yīng)點(diǎn)位上覆水的重金屬濃度也較高，說明沉積物表層重金屬濃度對(duì)上覆水重金屬濃度大小有直接影響。

沉積物重金屬隨深度變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，除重金屬銅和鋅在碧田點(diǎn)位10cm處出現(xiàn)峰值，重金屬銅在金山電站點(diǎn)位隨深度增加濃度增大外，其余點(diǎn)位其他重金屬均隨深度增加濃度逐漸降低。各點(diǎn)表層沉積物孔隙水中重金屬含量比下層高，可能是由于表層沉積物中重金屬以有機(jī)物和鐵錳氧化物、粘土礦物表面的吸附態(tài)存在，沉積物中有機(jī)物的分解、鐵錳氧化物的還原以及其它物理化學(xué)條件的改變，使得重金屬?gòu)某练e物中釋放出來，進(jìn)入孔隙水；重金屬的釋出主要存在于Eh較高的表層，所以表層以下主要是重金屬的擴(kuò)散、去除過程，重金屬含量急劇下降，該去除過程可能是重金屬離子吸附在FeS表面或者與SO42-的還原產(chǎn)物S2-反應(yīng)生成硫化物沉淀的結(jié)果[2]。

重金屬銅和鋅在碧田點(diǎn)位10cm處出現(xiàn)峰值，重金屬銅在金山電站20cm處達(dá)到峰值，可能是由于歷史原因，沉積物中相應(yīng)重金屬濃度較高，然后通過擴(kuò)散、去除作用造成，具體原因有待進(jìn)一步研究。

[1] 范成新，朱育新，吉志軍,等．太湖宜溧河水系沉積物的重金屬污染特征[J]．湖泊科學(xué)，2002，14(3)：235-241.

[2] 蘇春利，王焰新.墨水湖上覆水與沉積物間隙水中重金屬的分布特征[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2008,17(2):285-290.

[3] 王沛芳，胡燕，王超，等.動(dòng)水條件下重金屬在沉積物一水之間的遷移規(guī)律[J].土木建與環(huán)境工程, 2012，34（3）：151-158.

[4] 王小慶，鄭樂平，孫為民.淀山湖沉積物孔隙水中重金屬元素分布特征[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2004，24（4）：400-404.