汀江流域某河段上覆水和沉积物孔隙水重金属污染特征研究

郭 伟



汀江流域某河段上覆水和沉积物孔隙水重金属污染特征研究

郭 伟

福建省环境监测中心站

通过对汀江流域上杭段上覆水和沉积物孔隙水重金属特征研究，结果表明，沉积物孔隙水中重金属浓度与其上覆水相应重金属浓度差异显著，是其几十倍到几百倍。除碧田点位重金属铜和锌以及金山电站点位重金属铜以外，孔隙水中重金属浓度均随深度增加而降低。碧田和金山点位孔隙水中重金属铜和锌出现峰值与相应层沉积物中重金属含量有关。

汀江流域 重金属 孔隙水 污染监测

重金属是具有潜在危害的重要污染物，与其它污染物类不同，其威胁在于它不能被微生物所分解，且可在生物体内富集，成为持久性污染物[1]。水底沉积物既是水中悬浮物重力沉淀的产物，又对水中溶解物质具有强烈的吸附作用，通常沉积物中积累的重金属浓度比水中高几个数量级[2]。近年来，学界对湖泊、河流、海洋沉积物中重金属的含量与赋存形态以及不同环境条件下沉积物中重金属的释放情况作了大量研究，发现沉积物中重金属通过孔隙水的介质作用扩散到上覆水体，从而影响上覆水的水质，因此，孔隙水中重金属的研究对于评价沉积物中重金属对上覆水的影响有重要意义[3，4]。目前，国内外对于沉积物中重金属的研究颇多，但对沉积物孔隙水中重金属的研究并不多见，本文通过对汀江流域上杭段上覆水和沉积物孔隙水中重金属含量特征的研究，以期为汀江流域水环境重金属环境管理服务。

1 采样与方法

1.1 研究区概况

汀江是福建的第三大河流、龙岩市境内的最大河流，发源于宁化县木马山北坡，平均流量144m3/s，集水面积达9659.6km2，占龙岩市国土面积的50.78%，流域人口200多万。汀江不仅是龙岩市的主要饮用水水源地，也是重要的工农业生产水源，是支撑福建省闽西南地区社会经济系统的重要基础性资源。因此有必要对汀江水环境，尤其是汀江流域重金属分布特征进行研究。

1.2 样品采集与分析

本次研究取样时间为2016年10月18日，共设置三潭渡口、金山电站、碧田、涧头共4个采样点，其中三潭渡口位于紫金山上游，金山电站位于紫金山排污口附近，碧田点位位于排污口下游约1000m，涧头点位位于排污口下游约2000m。研究的水样包括上覆水样和沉积物孔隙水样：①上覆水样，用柱状采泥器采集沉积物后，用虹吸法采集柱状采泥器上部的水样；②孔隙水样，用柱状采泥器采取沉积物，按照一定的厚度分样后，以5000 r·min-1的转速离心20min，分离上部的澄清液作为孔隙水样，4个点共采集柱状分层样24个。水样采集后立即用孔径为0.45μm的滤膜过滤，用于金属元素分析的水样在采集后用优级纯硝酸酸化(pH=2)处理后及时运送到室内在4℃下冷藏，并于规定时间内进行测定。本次研究的金属元素有Cr、Cu、Pb、Zn，采用安捷伦7900 ICP-MS测定。

2 结果与讨论

2.1 上覆水重金属分布

重金属铬在四个采样点位的浓度差异不显著，最大为1.25μg/L，最小为0.79μg/L；重金属铜在碧田点位的浓度最大，并且与其他三个点位的差异显著，其浓度为三潭渡口的12.6倍；重金属锌和铅在四个采样点位的浓度差异不显著。由以上分析得出，在四个采样点位中，重金属铜在碧田点位比其他点位高，并且差异显著，其余重金属在各个采样点位均差异不显著。

2.2 孔隙水重金属垂直变化

从图1可以看出，沉积物孔隙水与上覆水重金属浓度差异极显著，平均含量由高到低依次为Zn>Cu>Pb>Cr。沉积物孔隙水中重金属浓度最大值出现在碧田点位。

（1）重金属铬在沉积物表层孔隙水的浓度较大，最大值出现在碧田点位表层达到206.8μg/L，为其上覆水浓度的258.5倍。重金属铬在四个采样点位垂直变化趋势较一致，表层沉积物孔隙水的浓度值最大，随着深度增加，浓度逐渐降低。

（2）重金属铜在碧田点位沉积物孔隙水中10cm处出现峰值，表层孔隙水浓度为上覆水的107.4倍，10cm处孔隙水浓度为上覆水的119.8倍。在金山电站，孔隙水重金属铜浓度随着深度的增加逐渐增大，到20cm处达到最大值，达到801.8μg/L，是其上覆水的92.7倍。分析四个点位沉积物中重金属铜在各层的浓度，碧田点位10cm处重金属铜浓度最大，达到446.1mg/kg，因此该层孔隙水重金属铜浓度也高；金山电站20cm处重金属铜浓度最大，达到1124.1mg/kg，因此该层孔隙水重金属铜浓度也高。

（3）重金属锌在碧田点位沉积物孔隙水中10cm处出现峰值，浓度值达到其上覆水的304.0倍，是金山电站相应深度沉积物的24.9倍，其余断面均是随着深度增加，孔隙水中重金属锌的浓度逐渐降低。同样，通过对各点位各层重金属锌分析，结果显示碧田点位10cm处沉积物重金属锌的浓度最大，达到1463.7mg/kg，因此该层重金属锌会出现峰值。

（4）重金属铅的最大值出现在碧田沉积物表层孔隙水，达到168.5μg/L，是其上覆水的141.6倍，是金山电站表层沉积物的2倍。四个采样点位沉积物孔隙水铅浓度均是随着深度增加而降低。

图1 研究断面上覆水和沉积物孔隙水中重金属元素浓度垂直剖面

（水-沉积物界面高度指定为0 cm，指沉积物埋深）

由此可见，重金属铬、锌、铅在三潭渡口、金山电站和涧头三个点位孔隙水变化趋势较一致，均是随着深度增加浓度降低；在碧田点位，金属元素锌在10cm处出现峰值。金属元素铜在四个采样点位变化较复杂，三潭断面随着沉积物深度增加其浓度降低，但在金山电站断面，其浓度随着沉积物深度增加而增加，而且在碧田沉积物10cm处出现峰值（表层和10cm处）。出现以上现象，有可能是因为历史原因造成，同时沉积物中有机质的耗氧降解可导致沉积物缺氧，呈一定程度的还原性，使沉积物中的重金属释放出来，从而对水环境产生一定影响，有待进一步研究。

3 结论

综合分析，采样点位沉积物孔隙水中重金属浓度与上覆水显著差异，达到上覆水相应重金属浓度的几十倍到几百倍，而且表层沉积物孔隙水重金属浓度高，相应点位上覆水的重金属浓度也较高，说明沉积物表层重金属浓度对上覆水重金属浓度大小有直接影响。

沉积物重金属随深度变化呈现一定的规律，除重金属铜和锌在碧田点位10cm处出现峰值，重金属铜在金山电站点位随深度增加浓度增大外，其余点位其他重金属均随深度增加浓度逐渐降低。各点表层沉积物孔隙水中重金属含量比下层高，可能是由于表层沉积物中重金属以有机物和铁锰氧化物、粘土矿物表面的吸附态存在，沉积物中有机物的分解、铁锰氧化物的还原以及其它物理化学条件的改变，使得重金属从沉积物中释放出来，进入孔隙水；重金属的释出主要存在于Eh较高的表层，所以表层以下主要是重金属的扩散、去除过程，重金属含量急剧下降，该去除过程可能是重金属离子吸附在FeS表面或者与SO42-的还原产物S2-反应生成硫化物沉淀的结果[2]。

重金属铜和锌在碧田点位10cm处出现峰值，重金属铜在金山电站20cm处达到峰值，可能是由于历史原因，沉积物中相应重金属浓度较高，然后通过扩散、去除作用造成，具体原因有待进一步研究。

[1] 范成新，朱育新，吉志军,等．太湖宜溧河水系沉积物的重金属污染特征[J]．湖泊科学，2002，14(3)：235-241.

[2] 苏春利，王焰新.墨水湖上覆水与沉积物间隙水中重金属的分布特征[J].长江流域资源与环境,2008,17(2):285-290.

[3] 王沛芳，胡燕，王超，等.动水条件下重金属在沉积物一水之间的迁移规律[J].土木建与环境工程, 2012，34（3）：151-158.

[4] 王小庆，郑乐平，孙为民.淀山湖沉积物孔隙水中重金属元素分布特征[J].中国环境科学, 2004，24（4）：400-404.