沉积物重金属污染特征研究_李苗
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4 个进行 对 比 的 采 样 断 面 的 柱 状 沉 积 物 样 品 中 As、Cu、 Cd、Cr、Pb 和 Zn 六种元素的最大值均出现在 K2 断面，最大值 分别是 15. 79 mg / kg、265. 72 mg / kg、1. 21 mg / kg、99. 46 mg / kg、
85. 89 mg / kg 和 538. 94 mg / kg。各个采样断面柱状样品中的重 金属元素的总累计量测定值差异比较大，按照采样断面柱状样 品中重金属平均含量的分布排序为： K2 断面 ＞ K3 断面 ＞ K4 断 面 ＞ K5 断面，整体上大部分重金属元素在 K2 断面上含量处于 很高的水平，而且处于下游的断面重金属含量要明显低于上游 断面，表明重金属元素的重要来源就是沿岸大量的生活污水和 工业废水的 排 放，加 上 奎 河 源 头 云 龙 湖 的 风 景 区 规 划 区 域 功 能，使得源头水量较小，河流流速慢，水流能力弱，水中的有 机质和盐分含量较高等外界条件，使得在断面上发生了比较严 重的重金属累积效应。
1 实验材料与方法
1. 1 研究区域概况
奎河源出江苏省徐州市西南郊的云龙湖（ 原称石狗湖） ，基 本南流，流经安徽宿州、灵壁、泗县三县市，最后于江苏泗洪 县汇入洪泽湖。地面高程： 灌沟河口 29. 3 m，孤山河口 27. 2 m， 老奎河口 25. 6 m，方河口 25. 0 m，入濉口 24. 7 m。灌沟河口 至入濉口河宽 33 ～ 52 m，深 5 m，河底宽 10 ～ 32 m，比降大体 1 /8000，排涝能力 73 ～ 176 m3 / s，远低于 3 年一遇标准。
所有的沉积物样品带回实验室后在阴凉干燥处于室温下自 然风干 2 ～ 3 周。在分析重金属之前，对样品粒度也有一定的 要求，一般情况下，细粒样品（ 直径 ＜ 0. 6 mm） 中微量元素浓度 相对较高，可以确保有最高的异常 / 背景比［2］。对于河流沉积 物而言，重金属的浓度水平随沉积物粒径的变化而变化［3］。粗 粒样品（ 直径 ＜ 2 mm） 由于容纳大量的岩石结构物质，其代表 了岩石圈表层物质的浓度［4］。所以，在细粒样品中，重金属浓 度相对而言比较高，而粗粒样品中，重金属浓度则较低。鉴于 此，自然风干后的沉积物样品需经过磨细和过筛，需要注意的 是： ①任何通过筛孔的样品都必须对样品的整体具有代表性； ②任何样品不得在制备过程中受到污染。
Abstract： the sediments from 5 sampling cross － sections in Xuzhou section of Kui River were investigated experimentally and vertical distribution of As，Cu，Cd，Cr，Pb and Zn were obtained by data analysis. The heavy metal accumulation varied with sediments. The order of average level of heavy metals was K5 ＜ K4 ＜ K3 ＜ K2 ，and it had high levels in K2 sediment. According to the result of potential ecological risk index，the order of RI in different sediments was K5 ＜ K4 ＜ K3 ＜ K1 ＜ K2.
在 K2 断面上柱状沉积物中重金属 Cr、Pb 和 Cd 在垂直方 向变化规律大体一致，而重金属 As、Cu 和 Zn 则在垂直方向变 化剧烈； 在 K3 断面 柱状沉积物中重金属 Cu、Cd、Cr 和 Pb 在
第 43 卷第 16 期
李苗，等： 沉积物重金属污染特征研究
153
垂直方向变化规律大体一致，而重金属 As 和 Zn 则在垂直方向 变化剧烈； 在 K4 断面柱状沉积物中只有重金属 Cd 元素在垂直 方向变化比较稳定，而重金属 As、Cu、Cr、Pb 和 Zn 在垂直方 向变化剧烈； 在 K5 断面柱状沉积物中重金属 As、Cd 和 Zn 在 垂直方向变化规律大体一致，而重金属 Cu、Cr 和 Pb 在垂直方 向变化剧烈。各种重金属元素在不同断面上的不同深度的样品 中，含量波动变化非常大，这反映了非线性动荡引起的环境累 积效应［5］，河流复杂的水文环境变化和沿岸的人为活动的影响 可能是出现这种情况的主要原因。各断面柱状沉积物中各种重 金属元素变化幅度随着深度的增加逐渐减小。说明随着沉积物 深度的增加，沉积物中重金属趋于稳定，受人类的生产活动影 响较小。在进行空间分布的分析后得出，在所有断面的柱状样 品中的 As、Cd 和 Zn 均表现出极其相似的深度方向的变化趋势， 表明这些重金属的污染来源大致相同或者是发生了类似的迁移 行为［6］，而 Cu、Cr 和 Pb 在垂直方向上的变化规律性不强。
奎河研究区段沉积物重金属潜在生态危害指数 RI 值的范 围为 52. 74 ～ 323. 05，平均值为 154. 02。在 K3 、K4 和 K5 断面
2. 2 柱状沉积物重金属含量垂向分布特征
图 1 K2 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 1 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K2
图 3 K4 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 3 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K4
表 1 奎河柱状沉积物中重金属含量水平 Table 1 Concentration level of heavy metals in core sediments of Kui River
采样断面
元素种类
最大值
K2
最小值
平均值
最大值
K3
最小值
平均值
最大值
K4
最小值
平均值
最大值
K5
最小值
平均值
注： 采样深度为 40 cm。
第 43 卷第 16 期 2015 年 8 月
广州化工 Guangzhou Chemical Industry
Vol. 43 No. 16 Aug. 2015
环境保护
沉积物重金属污染特征研究
李 苗，沈宁宁，汤大山
பைடு நூலகம்（ 徐州市环境监测中心站，江苏 徐州 221000）
摘 要： 对奎河徐州段中的 5 个采样断面的柱状沉积物样品进行了试验研究，分析了 As、Cu、Cd、Cr、Pb 和 Zn 等 6 组重
1. 3 数据处理方法
数据处理与分析采用 Microsoft Excel 和 origin8. 0。
2 结果与讨论
第一作者： 李苗（ 1983 － ） ，女，工程硕士，助理工程师，从事环境监测工作。
152
广州化工
2015 年 8 月
2. 1 柱状沉积物重金属含量水平分布特征
奎河研究区段由于 K1 断面进行了河流清淤工程，对河床 进行了加固，沉积物自然形态被破坏的比较严重，因此失去了 研究价值，故仅对 K2 、K3 、K4 和 K5 总共 4 个采样断面进行柱 状沉积物重金属的含量的测定，由表 1 得出，奎河研究区段各 重金属元素在不同断面的柱状沉积物中的变化范围都比较大。
Key words： Kui River； sediments； heavy metals； pollution assessment
水体沉积物中的重金属绝大部分来自于降尘、降水、地表 径流、土壤冲刷、各种污水、固体废弃物和农药等［1］。重金属 进入水环境后，绝大部分迅速由液相转入固相，结合到悬浮物 中。悬浮物中的重金属在被水流搬运过程中，当负荷超过搬运 能力时，最终固化到沉积物中。因此，沉积物是水环境中重金 属的主要的受纳体，可以反映河流受重金属污染的状况。笔者 针对奎河沉积物中重金属柱状样品在不同深度垂直方向上含量 分布研究，则可以帮助了解奎河重金属的沉积迁移历史。并通 过潜在生态风险指数法对沉积物中重金属的潜在生态风险进行 分析和评价。
1. 2 样品的采集与处理
沿奎河水流方向，柱状样品采用自制柱状取泥设备进行采 集，在 5 个水质监测的省控断面上分别设 5 个沉积物采样断
面，在每个沉积物采样断面上对不同深度沉积物柱状样品分别 采样，柱状样品为 2 根，且柱状样品根据实地情况至少采取深 度为 40 cm 的样品。样品采集完成后用聚乙烯塑料袋进行封装， 带回实验室。在实验室里，柱状样品按每 2 cm 细分成一个单独 的样品。在沉积物样品采集过程中所有使用到的与样品接触到 的器材必须为非金属器材，如聚乙烯、木质、竹质等，以避免 干扰和污染样品。
Cd
1. 21 0. 04 0. 37 0. 49 0. 03 0. 21 0. 64 0. 11 0. 24 0. 21 0. 06 0. 13
Cr
99. 46 64. 39 74. 83 69. 41 37. 18 51. 08 38. 72 19. 27 27. 55 30. 13 17. 12 22. 83
2. 3 潜 在 生 态 风 险 指 数 法 的 污 染 评 价 （ Potential ecological risk index）
从分析结果得出，As、Cr、Pb 和 Zn 的潜在生态风险系数 均处于轻微生态危害的范围内，在 5 个采样断面的值均处于 Eir ＜ 40 之内。元素 Cu 的大部分都处于轻微生态危害范围之中， 只有在 K2 断面中处于中等生态危害水平。元素 Cd 在 K2 断面 处于很强生态危害水平，在 K1 和 K3 断面处于强生态危害范围 内，在其它断面上处于轻微生态危害之中。
金属的浓度水平，解析了沉积物中重金属沿垂直方向的分布特征。各个断面柱状样品重金属的累积量测定值差异较大，各断面样 品中重金属含量平均水平排序为： K5 断面 ＜ K4 断面 ＜ K3 断面 ＜ K2 断面，在 K2 断面上，所有的重金属元素含量都处于较高的水 平。应用潜在生物风险指数法评价，各断面的 RI 值排序为： K5 断面 ＜ K4 断面 ＜ K3 断面 ＜ K1 断面 ＜ K2 断面。
图 2 K3 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 2 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K3
图 4 K5 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 4 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K5
As
15. 79 7. 33 10. 40 12. 19 6. 44 8. 18 12. 23 4. 43 7. 54 11. 43 6. 31 8. 74
Cu
265. 72 41. 64 92. 84 69. 15 22. 46 44. 19 54. 03 22. 65 36. 08 29. 08 16. 58 23. 28
Pb
85. 89 26. 57 46. 44 35. 97 13. 99 24. 81 32. 89 17. 73 23. 31 24. 81 17. 31 21. 14
（ mg / kg）
Zn
538. 94 389. 57 442. 69 228. 26 127. 74 178. 44 178. 33 98. 96 135. 91 69. 16 54. 38 61. 04
关键词： 奎河； 沉积物； 重金属； 污染评价
中图分类号： X5
文献标志码： A
文章编号： 1001 － 9677（ 2015） 016 － 0151 － 04
The Research of Pollution Characteristic about Heavy Metals
LI Miao，SHEN Ning － ning，TANG Da － shan （ Xuzhou Environmental Monitoring Central Station，Jiangsu Xuzhou 221000，China）
85. 89 mg / kg 和 538. 94 mg / kg。各个采样断面柱状样品中的重 金属元素的总累计量测定值差异比较大，按照采样断面柱状样 品中重金属平均含量的分布排序为： K2 断面 ＞ K3 断面 ＞ K4 断 面 ＞ K5 断面，整体上大部分重金属元素在 K2 断面上含量处于 很高的水平，而且处于下游的断面重金属含量要明显低于上游 断面，表明重金属元素的重要来源就是沿岸大量的生活污水和 工业废水的 排 放，加 上 奎 河 源 头 云 龙 湖 的 风 景 区 规 划 区 域 功 能，使得源头水量较小，河流流速慢，水流能力弱，水中的有 机质和盐分含量较高等外界条件，使得在断面上发生了比较严 重的重金属累积效应。
1 实验材料与方法
1. 1 研究区域概况
奎河源出江苏省徐州市西南郊的云龙湖（ 原称石狗湖） ，基 本南流，流经安徽宿州、灵壁、泗县三县市，最后于江苏泗洪 县汇入洪泽湖。地面高程： 灌沟河口 29. 3 m，孤山河口 27. 2 m， 老奎河口 25. 6 m，方河口 25. 0 m，入濉口 24. 7 m。灌沟河口 至入濉口河宽 33 ～ 52 m，深 5 m，河底宽 10 ～ 32 m，比降大体 1 /8000，排涝能力 73 ～ 176 m3 / s，远低于 3 年一遇标准。
所有的沉积物样品带回实验室后在阴凉干燥处于室温下自 然风干 2 ～ 3 周。在分析重金属之前，对样品粒度也有一定的 要求，一般情况下，细粒样品（ 直径 ＜ 0. 6 mm） 中微量元素浓度 相对较高，可以确保有最高的异常 / 背景比［2］。对于河流沉积 物而言，重金属的浓度水平随沉积物粒径的变化而变化［3］。粗 粒样品（ 直径 ＜ 2 mm） 由于容纳大量的岩石结构物质，其代表 了岩石圈表层物质的浓度［4］。所以，在细粒样品中，重金属浓 度相对而言比较高，而粗粒样品中，重金属浓度则较低。鉴于 此，自然风干后的沉积物样品需经过磨细和过筛，需要注意的 是： ①任何通过筛孔的样品都必须对样品的整体具有代表性； ②任何样品不得在制备过程中受到污染。
Abstract： the sediments from 5 sampling cross － sections in Xuzhou section of Kui River were investigated experimentally and vertical distribution of As，Cu，Cd，Cr，Pb and Zn were obtained by data analysis. The heavy metal accumulation varied with sediments. The order of average level of heavy metals was K5 ＜ K4 ＜ K3 ＜ K2 ，and it had high levels in K2 sediment. According to the result of potential ecological risk index，the order of RI in different sediments was K5 ＜ K4 ＜ K3 ＜ K1 ＜ K2.
在 K2 断面上柱状沉积物中重金属 Cr、Pb 和 Cd 在垂直方 向变化规律大体一致，而重金属 As、Cu 和 Zn 则在垂直方向变 化剧烈； 在 K3 断面 柱状沉积物中重金属 Cu、Cd、Cr 和 Pb 在
第 43 卷第 16 期
李苗，等： 沉积物重金属污染特征研究
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垂直方向变化规律大体一致，而重金属 As 和 Zn 则在垂直方向 变化剧烈； 在 K4 断面柱状沉积物中只有重金属 Cd 元素在垂直 方向变化比较稳定，而重金属 As、Cu、Cr、Pb 和 Zn 在垂直方 向变化剧烈； 在 K5 断面柱状沉积物中重金属 As、Cd 和 Zn 在 垂直方向变化规律大体一致，而重金属 Cu、Cr 和 Pb 在垂直方 向变化剧烈。各种重金属元素在不同断面上的不同深度的样品 中，含量波动变化非常大，这反映了非线性动荡引起的环境累 积效应［5］，河流复杂的水文环境变化和沿岸的人为活动的影响 可能是出现这种情况的主要原因。各断面柱状沉积物中各种重 金属元素变化幅度随着深度的增加逐渐减小。说明随着沉积物 深度的增加，沉积物中重金属趋于稳定，受人类的生产活动影 响较小。在进行空间分布的分析后得出，在所有断面的柱状样 品中的 As、Cd 和 Zn 均表现出极其相似的深度方向的变化趋势， 表明这些重金属的污染来源大致相同或者是发生了类似的迁移 行为［6］，而 Cu、Cr 和 Pb 在垂直方向上的变化规律性不强。
奎河研究区段沉积物重金属潜在生态危害指数 RI 值的范 围为 52. 74 ～ 323. 05，平均值为 154. 02。在 K3 、K4 和 K5 断面
2. 2 柱状沉积物重金属含量垂向分布特征
图 1 K2 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 1 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K2
图 3 K4 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 3 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K4
表 1 奎河柱状沉积物中重金属含量水平 Table 1 Concentration level of heavy metals in core sediments of Kui River
采样断面
元素种类
最大值
K2
最小值
平均值
最大值
K3
最小值
平均值
最大值
K4
最小值
平均值
最大值
K5
最小值
平均值
注： 采样深度为 40 cm。
第 43 卷第 16 期 2015 年 8 月
广州化工 Guangzhou Chemical Industry
Vol. 43 No. 16 Aug. 2015
环境保护
沉积物重金属污染特征研究
李 苗，沈宁宁，汤大山
பைடு நூலகம்（ 徐州市环境监测中心站，江苏 徐州 221000）
摘 要： 对奎河徐州段中的 5 个采样断面的柱状沉积物样品进行了试验研究，分析了 As、Cu、Cd、Cr、Pb 和 Zn 等 6 组重
1. 3 数据处理方法
数据处理与分析采用 Microsoft Excel 和 origin8. 0。
2 结果与讨论
第一作者： 李苗（ 1983 － ） ，女，工程硕士，助理工程师，从事环境监测工作。
152
广州化工
2015 年 8 月
2. 1 柱状沉积物重金属含量水平分布特征
奎河研究区段由于 K1 断面进行了河流清淤工程，对河床 进行了加固，沉积物自然形态被破坏的比较严重，因此失去了 研究价值，故仅对 K2 、K3 、K4 和 K5 总共 4 个采样断面进行柱 状沉积物重金属的含量的测定，由表 1 得出，奎河研究区段各 重金属元素在不同断面的柱状沉积物中的变化范围都比较大。
Key words： Kui River； sediments； heavy metals； pollution assessment
水体沉积物中的重金属绝大部分来自于降尘、降水、地表 径流、土壤冲刷、各种污水、固体废弃物和农药等［1］。重金属 进入水环境后，绝大部分迅速由液相转入固相，结合到悬浮物 中。悬浮物中的重金属在被水流搬运过程中，当负荷超过搬运 能力时，最终固化到沉积物中。因此，沉积物是水环境中重金 属的主要的受纳体，可以反映河流受重金属污染的状况。笔者 针对奎河沉积物中重金属柱状样品在不同深度垂直方向上含量 分布研究，则可以帮助了解奎河重金属的沉积迁移历史。并通 过潜在生态风险指数法对沉积物中重金属的潜在生态风险进行 分析和评价。
1. 2 样品的采集与处理
沿奎河水流方向，柱状样品采用自制柱状取泥设备进行采 集，在 5 个水质监测的省控断面上分别设 5 个沉积物采样断
面，在每个沉积物采样断面上对不同深度沉积物柱状样品分别 采样，柱状样品为 2 根，且柱状样品根据实地情况至少采取深 度为 40 cm 的样品。样品采集完成后用聚乙烯塑料袋进行封装， 带回实验室。在实验室里，柱状样品按每 2 cm 细分成一个单独 的样品。在沉积物样品采集过程中所有使用到的与样品接触到 的器材必须为非金属器材，如聚乙烯、木质、竹质等，以避免 干扰和污染样品。
Cd
1. 21 0. 04 0. 37 0. 49 0. 03 0. 21 0. 64 0. 11 0. 24 0. 21 0. 06 0. 13
Cr
99. 46 64. 39 74. 83 69. 41 37. 18 51. 08 38. 72 19. 27 27. 55 30. 13 17. 12 22. 83
2. 3 潜 在 生 态 风 险 指 数 法 的 污 染 评 价 （ Potential ecological risk index）
从分析结果得出，As、Cr、Pb 和 Zn 的潜在生态风险系数 均处于轻微生态危害的范围内，在 5 个采样断面的值均处于 Eir ＜ 40 之内。元素 Cu 的大部分都处于轻微生态危害范围之中， 只有在 K2 断面中处于中等生态危害水平。元素 Cd 在 K2 断面 处于很强生态危害水平，在 K1 和 K3 断面处于强生态危害范围 内，在其它断面上处于轻微生态危害之中。
金属的浓度水平，解析了沉积物中重金属沿垂直方向的分布特征。各个断面柱状样品重金属的累积量测定值差异较大，各断面样 品中重金属含量平均水平排序为： K5 断面 ＜ K4 断面 ＜ K3 断面 ＜ K2 断面，在 K2 断面上，所有的重金属元素含量都处于较高的水 平。应用潜在生物风险指数法评价，各断面的 RI 值排序为： K5 断面 ＜ K4 断面 ＜ K3 断面 ＜ K1 断面 ＜ K2 断面。
图 2 K3 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 2 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K3
图 4 K5 断面柱状沉积物重金属的垂向分布曲线 Fig. 4 Vertical distribution curves of heavy metals in core sediments of K5
As
15. 79 7. 33 10. 40 12. 19 6. 44 8. 18 12. 23 4. 43 7. 54 11. 43 6. 31 8. 74
Cu
265. 72 41. 64 92. 84 69. 15 22. 46 44. 19 54. 03 22. 65 36. 08 29. 08 16. 58 23. 28
Pb
85. 89 26. 57 46. 44 35. 97 13. 99 24. 81 32. 89 17. 73 23. 31 24. 81 17. 31 21. 14
（ mg / kg）
Zn
538. 94 389. 57 442. 69 228. 26 127. 74 178. 44 178. 33 98. 96 135. 91 69. 16 54. 38 61. 04
关键词： 奎河； 沉积物； 重金属； 污染评价
中图分类号： X5
文献标志码： A
文章编号： 1001 － 9677（ 2015） 016 － 0151 － 04
The Research of Pollution Characteristic about Heavy Metals
LI Miao，SHEN Ning － ning，TANG Da － shan （ Xuzhou Environmental Monitoring Central Station，Jiangsu Xuzhou 221000，China）