城市河流沉积物镉污染的潜在生态风险评价_以重庆市清水溪为例

ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol󰀁34No󰀁7

July2009

文章编号:1674-6139(2009)07-0018-04

城市河流沉积物镉污染的潜在生态风险评价

󰀁󰀁󰀁以重庆市清水溪为例

宋仕川,刘存东,庄红娟

1

2

2

(1.重庆市上桥中学,重庆400030;2.重庆师范大学地理科学学院,重庆400471)

摘󰀁要:针对目前河流污染问题的严重性,采用Hakanson潜在生态风险指数法,通过分析清水溪流域18个采

样点沉积物中典型重金属污染物镉的含量,定量确定了清水溪沉积物中重金属镉的污染程度和潜在生态风险程度。结果表明:清水溪流域镉污染非常严重,上游比下游污染严重,而且在新桥到高滩岩段受到重金属镉的高强度污染,对周围环境存在着极高的镉生态风险。在清水溪干流采样点沉积物中镉的质量浓度范围在0󰀁38~1󰀁48mg󰀁kg-1之间,平均值0󰀁85mg󰀁kg-1,各支流沉积物中镉的质量浓度范围为0󰀁51~1󰀁08mg󰀁kg-1。对于清水溪各支流镉的污染程度与潜在生态风险程度由高到低的排序为杨家沟>金竹沟>芭蕉沟>关井沟>石碾盘沟。

关键词:河流沉积物;镉污染;生态风险中图分类号:X522X171.5X820.4

文献标识码:B

PollutionofHeavyMetals-CadmiumintheSedimentsfromQingshuiStreamanditsPotentialEcologicalRiskAssessment

SongShichuang,LiuCundong,ZhuangHongjuan

1

2

2

(1.ShangqiaomiddleschoolofChongqing,Chongqing400030,China;

2.GeographyScienceCollegeofChongqingNormalUniversity,Chongqing400471,China)

Abstract:ByusingtheHakansonpotentialecologicalriskindex,pinpointatthepresentriversseriouslypolluted,anaylsed

theheavymetalmaterial-Cadmiuminthededmientsof18samplescollectedfromstreamsandrivers.TheresultsshowedthatCadmiumpollutionisveryseriousinstreamandrivers.Thepollutantsaremoreseriousintheupstreamthaninthedownstream.ThesectionofXinqiaotoGaotanyanreceivedheavymetalcadmium,whichhastheextremelyhighecologyrisktotheenviron--1men.tThesamplecollectedfromthemainstreamwhichcadmiumconcentrationbetween0󰀁38~1󰀁48mg󰀁kg,meanvalueis

-1-1

0󰀁85mg󰀁kg,Thesamplecollectedfromthebranchesshowedcadmiumconcentrationbetween0󰀁51~1󰀁08mg󰀁kg.ThedegreeofCadmium󰀁spollutionandpotentialecologicalriskoftheQingshuistreambranchessortingfromhightolow:Yangjiaditch>Jinzhuditch>Bajiaoditch>Guanjingditch>Shinianpanditch.

Keywords:riverssedmien;tcadmiumpollution;ecologyrisk

󰀁󰀁重金属污染是当今全球面临的一个严重的环境问题,在所有的污染元素中,镉以移动性大、毒性高

[1]

成为最受关注的对象之一。镉是一种相对稀有、分散的重金属元素,地壳中的丰度仅为0󰀁2mg/kg,主要以硫镉矿(CdS)的形式,赋存于锌矿、铅锌矿

收稿日期:2009-02-25

基金项目:重庆市软科学计划项目(CSTC2008CE9095),重庆市教委

科技资助项目(KJ080803)

作者简介:宋仕川(1972-),男,中学地理一级教师。通讯联系人:刘存东

和铜铅锌矿石中。镉在电镀、冶金、塑料、染料和涂

[2]

料等现代工业中应用广泛,但随着电子工业的迅猛发展,镉的生产和使用不断增加,环境镉污染及由

[3]

其引起的疾病也日趋严重,上世纪50年代日本爆发了由镉引起的󰀁骨痛病󰀁事件引起世界各国的共

[4]

同关注,1993年国际癌症研究中心(IARC)将其列为IA级致癌物,而中国2005年底和2006年初的北江和湘江镉污染事件更是对人民的生命安全构成极大的危害。水体沉积物中的镉不仅可通过多种途径对水生生物致毒致害,还可能重新释放出来成

[5]

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[6]

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为二次污染源并造成潜在的生物毒性风险。因此,对河流沉积物中镉的含量分布、迁移、富集以及潜在生态风险进行研究具有重要现实意义。

清水溪流经了重庆市沙坪坝区的主要工业区、居民区和大中专院校及科研院所,是一条典型的受工业污染和城市急剧发展影响的城市河道,对其河流沉积物镉污染进行研究具有典型的代表意义。在此对清水溪沉积物进行采集,分析沉积物中重金属镉的含量,然后应用Hakanson潜在生态风险指数对该流域的沉积物中镉污染及其生态风险进行了评价,可为合理实施城市河道污染的综合治理提供科学依据。

1󰀁样品的采集处理分析

1.1󰀁沉积物样品的采集

清水溪系嘉陵江右岸一级支流,发源于沙坪坝区歌乐山镇山洞村天灯杆附近,流经覃家岗镇的上桥、新桥、梨树湾、童家桥,在磁器口新街注入嘉陵江。流域面积36󰀁5km,干流全长15󰀁88km。主河道平均坡降26󰀁6%,相对高差317m,多年平均流量

33[7]

0󰀁47m/s,多年平均径流总量1479万m。与之汇流的小溪沟有:关井沟、金竹沟、杨家沟、石碾盘沟、芭蕉沟。

按照河床形态、水文条件、排污口分布、支流状况等特点,于2008年3月GPS定位,在清水溪干支流选择18个点采样,用抓斗式底泥采样器采取0cm~10cm的表层沉积物,混合泥样装入聚乙烯塑料袋中密封,贴上标签以备后用。站位分布及名称如图1所示。1.2󰀁采集样品的处理

将样品置于背光通风处自然风干,剔出砾石等杂物,碾压并过20目筛。过筛的样品取5g~10g,用研钵研磨,过100目筛,于棕色广口瓶中贴上标签保存待用。1.3󰀁样品中重金属元素的分析

每个样品称取约2g,用浓HNO3-H2SO4硝化,然后进行电解炉加热消解,用100ml容量瓶过滤定容,最后用电感耦合等离子体发射光谱仪VARIANVISTA-PROICP-AES(美国产)进行重金属含量的测定。样品的测定由重庆市出入境检验检疫局技术中心完成,测定方法参见󰀁国家环保总局土壤环

[8]

境监测技术规范(HJ/T166-2004)󰀁。

2

图1󰀁清水溪流域采样点分布图

G1歌乐山山洞村G2工程学院南G3上桥

G4新桥医院家属区G5新桥新村G6高滩岩瀑布上方G7高滩岩瀑布下方G8红槽房G9梨树湾

G10重师南门G11重大C区G12童新二村G13磁器口Z1金竹沟Z2关井沟Z3杨家沟Z4石碾盘沟Z5芭蕉沟

沉积物潜在生态危害评价方法定量计算清水溪沉积物中镉的单因子污染指数和潜在生态风险指数,评价公式为:

ii

Cf=C/Cn

Er=TrCf

󰀁󰀁式中C󰀁󰀁󰀁污染物的实测浓度(mg󰀁kg),

-1i

Cn󰀁󰀁󰀁重金属的背景参比值(mg󰀁kg),Cf单因子污染指数,Tr󰀁󰀁󰀁污染物毒性响应参数,Er单因子的潜在生态风险。

表1󰀁Cfi和Eir值相对应的污染程度及潜在生态风险程度

污染指数Cfi<11󰀁

Cfi

<3

3󰀁Cfi<6Cfi󰀁6

污染程度低度中度较高高度

潜在生态风险Eri<3030󰀁

Eir

<60

60󰀁Eir<120120󰀁Eir<240Eri󰀁240

[10-14]

i

i

i

-1

i

i

i

风险程度分级

低度中度较高高度极高

2󰀁评价方法

采用瑞典科学家Hakanson于1980年提出了

[9]

󰀁󰀁参考前人研究成果,结合清水溪沉积物的性质和污染水平,镉的单因子污染指数和潜在生态风险指数具体分级如表1所示。清水溪沉积物主要来源于流域内土壤的侵蚀,因此采用重庆市土壤中镉的

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[15]

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背景值(Cd=0.14)作为参比值,可以相对定量地反映出污染程度。重金属镉的毒性参数为30。

3󰀁结果与讨论

3.1󰀁清水溪重金属镉的污染状况

清水溪流域各采样点沉积物中铊的含量分布见图2。在清水溪干流上采样点沉积物中镉的含量范

-1

围在0󰀁38~1󰀁48mg󰀁kg之间,平均值为0󰀁85mg

-1

󰀁kg。镉含量的最大值出现在新桥医院家属区,如果以高滩岩瀑布为界把清水溪划分为上下游,从图2中可以看出,上游河段镉的含量要高于下游河段,其主要原因是上游附近区域内有高密度的工业企业(力帆集团,格力电器,钢球厂,涂料厂等),工业󰀁三废󰀁处理措施不当使大量的镉进入水体,经沉降进入底泥中。此外,从图2中还可以看出,清水溪各支流中杨家沟(Z3)镉的含量高于其它支流,其原因可能是该支流附近的力丰特殊钢厂电镀排放出含高浓度镉的废水进入河道。

镉的单因子污染指数(Cf)来看,干流中沉积物的镉污染指数变化范围为2󰀁71~10󰀁57,平均为6󰀁32,已属高污染水平。干流13个采样点中有6个点达到高污染水平,只有一个点为中污染(G7高滩岩瀑布下方,镉经曝气氧化后含量有所降低)。新桥医院至高滩岩河段污染指数达到10,污染程度已非常严重(此段河道落差小、水流平缓,上桥附近工厂排放󰀁三废󰀁中的镉进入水体后自然沉降进入底泥)。支流中除杨家沟为高污染外,其余4条支流均为较高污染。

表2󰀁清水溪沉积物中镉的污染指数和潜在生态风险指数

采样点G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10G11G12G13干流均值

污染指数

Cif7.216.435.5010.5710.369.2.715.866.573.503.935.4.216.325.4.217.713.5.576.05

污染

程度高高较高高高高中较高高较高较高较高较高高教高较高高较高较高高

潜在生态风险指数

Eri

风险程度高高高极高极高极高较高高高较高较高高高高高高高较高高高

i

216.43192.86165.00317.14310.712.2981.43175.71197.14105.00117.86169.29126.431.56169.29126.43231.43109.29167.14181.55

图2󰀁清水溪沉积物中镉的含量分布

Z1Z2Z3Z4Z5流域均值

与国内其它地区相比,清水溪干流沉积物中镉

-1

的平均含量(0.85mg󰀁kg)高于中国沉积物

[16]-1

中镉的丰度(0.1mg󰀁kg)、中国土壤中镉的背

[17]-1

景值(0.097mg󰀁kg)及长江沉积物中镉的丰[18]-1度(0.33mg󰀁kg)。与同类型河流相比,清水

[19]

溪沉积物中镉的平均含量高于黄浦江(0.315mg

-1[20]-1

󰀁kg)、成都市区河流(0󰀁3mg󰀁kg),低于

[21]-1

苏州河(2.0mg󰀁kg)。另外,与国家土壤环境质量标准(GB-15618-1995)中关于镉的二级标[22]准(为保障农业生产,维持人体健康的土壤

-1

值)的最大允许浓度(0󰀁6mg󰀁kg)相比较,除G7点(高滩岩瀑布下方)略低,G10、G11、G13接近最大允许浓度外,其余各点均超过国家标准允许最大值,尤其G4、G5点超标2倍多,给人民生命健康和正常农业生产带来巨大威胁。3.2󰀁清水溪重金属镉的潜在生态风险分析

i

清水溪流域镉的单因子污染指数(Cf)以及其

i

潜在风险指数(Er)的计算结果见表2。从各采样点󰀁20󰀁󰀁󰀁根据计算的潜在生态风险指数(Eri)值表明,清

水溪流域沉积物中镉存在高生态风险,镉单因子潜在风险变化范围为81.43~317.14,平均值达到181.55。在所有采样点中,除G7略低外,其余点生态风险指数均在100以上,风险较高。尤其在G4-G6段风险指数都在300左右,在极高风险程度,在治理中应引起高度重视。各支流采样点镉潜在生态风险由高到低的排序为杨家沟>金竹沟>芭蕉沟>关井沟>石碾盘沟。从图3可以看出,清水溪干流镉的潜在生态风险从上游到下游表现为明显的递减趋势,上中游河段的风险指数明显高于其他河段,尤其在新桥到高滩岩段(G4、G5、G6),因此在河流治理中应加以重视。

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宋仕川等󰀁城市河流沉积物镉污染的潜在生态风险评价󰀁󰀁󰀁以重庆市清水溪为例

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图3󰀁清水溪干流各采样点镉的Eri的分布变化

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󰀁󰀁致谢:在样品的测试过程中,重庆出入境检验检疫局技术中心提供了实验仪器和设备,实验室李贤良博士进行了详细的指导,在此对他们的付出表示谢意!

4󰀁结语

通过对清水溪沉积物中重金属镉进行分析可以得出:

(1)从各采样点沉积物中镉的浓度以及污染指数来看,清水溪流域存在高度的镉污染,干流上污染最严重的是新桥到高滩岩段,而支流污染最严重的是杨家沟。清水溪上游干流上采样点镉的含量高于下游干流采样点。

(2)从各采样点潜在生态风险程度分析,在清水溪干流上新桥到高滩岩段沉积物中镉生态风险程度为极高,其余采样点的生态风险,除高滩岩瀑布下方外,都达到了较高的程度。各支流采样点镉潜在生态风险由高到低的排序为杨家沟>金竹沟>芭蕉沟>关井沟>石碾盘沟。清水溪干流镉的潜在生态风险从上游到下游表现为明显的递减趋势。

(3)鉴于镉对人体、动物以及植物的高毒性,环境一旦遭受镉的污染,很难消除,因此要坚持环境监测,以防为主。严格按照国家相关标准控制󰀁三废󰀁排放,结合生物、工程方法,加强对工业镉三废的治理。

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󰀁21󰀁