河水重金属污染治理方法

河水重金属污染治理方法

1 引言

重金属是水体中具有潜在危害的重要污染物之一.随着经济和工业的发展，城市生活、工业

冶炼及农业面源污染向环境排出的重金属废水逐年增加，导致河流受到不同程度污染，危害水生

生态系统结构和功能;此外，Hg、Pb、Cd等重金属不能被生物降解，参与食物链循环并在生物体

内积累，通过食物链进入人体，危害人体健康.河流悬浮颗粒与重金属污染物通过吸附、络合和

沉淀等作用，转移到沉积相中，使沉积物成为水体环境中重金属的“蓄积库”，当水体环境发生

变化时，沉积重金属通过一系列物理、化学和生物的过程重新释放到上覆水中，造成水体“二次

污染”.这种“源”和“汇”相互转化，对流域水生态系统构成严重威胁.同时，沉积物中重金属

含量反映河流受污染程度，研究河流沉积物重金属污染，对开展生态风险评价具有重要意义.

海河流域主要区域地处平原，工、农业发展程度高，平原区域城市行业废水和生活污水排放

量逐年增加，加之流域天然径流量逐年减少，大部分河流呈现出非常规水源补给特征.河流径流

补给方式变化带来的严重后果是流域重金属污染问题日益突出，重金属污染及其环境风险研究备

受关注，而目前在这方面研究多集中于海河流域水生态问题，如水质评价、水体有机复合污染的

研究，重金属污染问题研究也仅局限于海河流域北部地区河流，缺少对海河流域南部重污染水系

子牙河沉积物重金属调查研究.滏阳河属海河流域南系的子牙河水系，两岸地区工农业比较发达，重金属污染问题突出，本文研究滏阳河沉积物中重金属含量分布特征及主要来源，开展重金属风

险评价并作规律性总结，为海河流域重金属污染的风险评估和控制及河流修复、治理提供参考.

2 材料与方法

2.1 调查区域与点位布置

滏阳河属海河流域南系，地理位置114°E~116° E、36°N~38°N，由14条支流汇流而成(图 1).滏阳河流经邯郸、邢台、衡水，于献县臧桥与滹沱河汇流后称为子牙河.滏阳河属北温带

大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年均气温13.4 ℃，年均降雨量550 mm，多集

中于6—9月.滏阳河流域农业水资源利用量占75%，导致河流水资源补给主要以沿途接纳的城市

生活污水和工业废水为主，重金属污染严重.综合考虑滏阳河干流沿岸土地利用类型、河流形态、支流汇入位置、城市上下游等因素，在滏阳河上、中、下游设置采样点15个，分别是邯郸段

(1~3号样点位于邯郸段上游，4、5号样点位于邯郸段下游)、邢台段(6~8号样点位于邢台段中游，9号样点位于北澧河汇入点，10号样点位于洨河汇入点下游，11号样点为汪洋沟汇入点，12号

样点为邵村排干汇入点)、衡水段(13、14号样点)和沧州段(15号样点，献县东贾庄桥村西).具

体采样区域和采样点分布如图 1所示.

图1 滏阳河研究区域及采样点示意图

2.2 样品采集与预处理

2.2.1 样品采集

样品采集工作于2014年6月进行，现场采用抓斗式采样器采集河流表层沉积物样品，每个采样点采集多个点表层(0～10 cm)沉积物，混合均匀后装入聚乙烯塑料袋中密封，置于-18 ℃的车载冰箱，运回实验室分析.

2.2.2 样品预处理

实验室中利用FD1型真空冷冻干燥机(温度-50 ℃，真空度10 Pa)对样品进行冷冻干燥，压散后剔除砾石、贝壳及动植物残体等杂质，用玛瑙研钵研磨后过100目筛置于自封袋中-4 ℃避光、密封保存.

2.3 样品分析与数据处理

2.3.1 样品分析

沉积物中重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb和金属元素Fe的含量测定选用HNO3HFHClO4方法，取0.1000 g过筛后得到干样于聚四氟乙烯管中，加入6 mL王水和2 mL氢氟酸，经微波消解仪(MARS X PRESS，CEM，USA)消解，再用电热板在150 ℃下赶酸1.5 h，待消解液冷却到室温后用5%稀硝酸定容至100 mL，过0.45 μm滤膜后放入4 ℃冰箱保存待测.利用电感耦合等离

子发射光谱ICPOES(OPTIMA 2000DV，Perkin Elmer，USA)测定Fe元素含量，利用电感耦合等离子体质谱仪ICPMS(7500a，Agilent Technologies，USA)测定重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb含量.每批样品设置3个空白和4个水系沉积物成分分析标准土样GSD2a(GBW07302a，地球物理地球化学勘察研究所)，控制实验准确性和精确性.每个样品平行测定3次，实验结果以均值表示.测定过程中试剂均为优级纯，所用水均来自超纯水仪(MilliQ Advantage A10 Millipore，USA).

2.3.2 数据处理

采样点分布图用ArcGIS 9.3制作;数据统计分析在SPSS 20上进行;数据图在Origin 8.0上完成.

2.4 重金属污染评价方法

2.4.1 富集系数法

沉积物重金属富集系数法(Enrichment Factor，EF指数)是某种重金属元素含量对参比元素标准化比值得到重金属元素富集程度的一种方法.由于Fe具有在地壳中大量存在且稳定性好、不易迁移等特点，将Fe作为富集系数法参比元素.此外，通过EF对沉积物重金属来源进行分析，判断污染源，计算方法如下：

式中，〖Me/Fe〗Sample是沉积物中金属与Fe元素含量比，〖Me/Fe〗Background是金属元素与Fe背景值含量比，采用河北省A层土壤重金属及Fe含量算术平均值数据作为背景值.EF值在0.5~1.5之间时，表明重金属完全来自自然源;EF值大于1.5时，表明人为源已经成为重金属重要来源.

2.4.2 地积累指数法

德国海德堡大学Muller教授提出的地积累指数(geoac cumulation index，Igeo)法是研究水体沉积物重金属污染应用比较广泛的一种方法，计算公式如下：

式中，Ci是元素i在沉积物中含量(mg · kg-1);Bi是沉积岩中元素i的地球化学背景值;k 为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值1.5).地积累指数Igeo分为7 级，通过Igeo值可以简便、直观判断重金属污染级别，并且综合考虑了人为活动的影响.Igeo 与对应的污染分级见表 1.