河道清淤底泥重金屬污染檢測與風(fēng)險評估研究

摘要：城市河道底泥中的重金屬污染在清淤過程中可能引發(fā)再釋放風(fēng)險，影響水環(huán)境安全。本研究以長春市伊通河為對象，開展底泥樣品采集與重金屬檢測，構(gòu)建了污染等級判定指標體系與生態(tài)風(fēng)險評估模型，分析了污染分布特征與空間風(fēng)險格局。結(jié)果顯示Cd、Pb等在部分河段存在明顯富集，高風(fēng)險區(qū)域集中于城市排口密集區(qū)，研究成果可為伊通河清淤工程中的污染控制與管理決策提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：底泥重金屬；污染等級；生態(tài)風(fēng)險；伊通河

伊通河作為長春市的主要城市河流，長期承載著排水、防洪與生態(tài)景觀等多重功能。隨著城市化進程加快，大量工業(yè)廢水和生活污水排入河道，導(dǎo)致底泥中重金屬元素持續(xù)富集，污染問題日益突出。河道整治和清淤工程推進過程中底泥中重金屬的擾動有可能對水體和周邊生態(tài)環(huán)境構(gòu)成新的風(fēng)險，亟需開展系統(tǒng)性檢測與風(fēng)險判定，本研究聚焦伊通河典型河段，通過現(xiàn)場采樣和實驗分析，識別底泥重金屬污染現(xiàn)狀并進行生態(tài)風(fēng)險水平劃分，為后續(xù)清淤工程中的環(huán)境安全控制提供基礎(chǔ)依據(jù)。

一、底泥采樣方法與檢測技術(shù)

（一）采樣點位設(shè)計原則

伊通河作為長春市區(qū)的重要河流，河道流經(jīng)區(qū)域復(fù)雜，受城市建設(shè)、排污結(jié)構(gòu)和地形地貌影響較大，底泥污染分布存在明顯的空間差異，點位布設(shè)結(jié)合河道功能區(qū)劃、污染源分布、支流匯入口與水力條件，覆蓋上游、中游和下游段，形成具有代表性的采樣體系。中上游區(qū)域重點關(guān)注城市核心區(qū)段及雨污混排口密集位置，中下游河段圍繞工業(yè)集中區(qū)、退水口及歷史淤積區(qū)進行布點，采樣位置還參考歷史水質(zhì)監(jiān)測資料與清淤工程規(guī)劃數(shù)據(jù)，保證選取的河段能反映污染遷移趨勢及局地積累特征。點位間距根據(jù)河道寬度、水流速度與底質(zhì)變化確定，避免點位過密或遺漏關(guān)鍵段落，為提高垂向代表性，采樣深度一般控制在表層0至10厘米內(nèi)，反映活性沉積層中重金屬的近期積累情況，考慮到水文變化對污染物再分布的影響，采樣時段安排在水位穩(wěn)定且風(fēng)力較小的時日來減少擾動帶來的誤差[1]。

（二） 樣品處理流程規(guī)范

現(xiàn)場采樣環(huán)節(jié)使用專用底泥采集設(shè)備，常用重力式柱狀采泥器或手動箱式采泥器，操作人員需佩戴無金屬污染風(fēng)險的手套與取樣器具，每個點位采集三個平行樣混合均勻，裝入清潔聚乙烯密封袋，現(xiàn)場編號、記錄水深、采樣時間、河道特征及氣象條件。樣品在4℃環(huán)境下低溫保存并盡快轉(zhuǎn)運至實驗室，運輸過程中避免陽光直射和二次污染。

實驗室處理流程嚴格遵循土壤及沉積物分析技術(shù)規(guī)范，樣品風(fēng)干前置于潔凈通風(fēng)環(huán)境中自然揮發(fā)水分，不得加熱或日曬，干燥后的底泥使用瑪瑙研缽輕輕研磨至細顆粒狀態(tài)，并過100目標準篩，去除雜質(zhì)和粗顆粒來保證樣品粒度均勻[2]。稱取適量粉末樣本置于潔凈樣品袋中，封存并編號備用，處理全過程使用去離子水清洗器皿來避免交叉污染，操作臺面每日清潔消毒。所有樣品處理環(huán)節(jié)詳細記錄，建立批次溯源體系，便于后期分析校對，質(zhì)量控制體系中包括平行樣、空白樣和質(zhì)控樣三類輔助樣本，評估操作過程中的偏差與重復(fù)性。

（三）重金屬元素檢測方法

重金屬含量檢測依據(jù)現(xiàn)行國家標準進行，目標元素包括鎘（Cd）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、砷（As）等，均為城市河道底泥中常見的高風(fēng)險因子，前處理階段樣品經(jīng)濃硝酸、氫氟酸和過氧化氫混合消解，選用微波消解系統(tǒng)進行封閉反應(yīng)，溫度和壓力參數(shù)設(shè)定符合HJ 491方法規(guī)范。消解后樣品冷卻至常溫，經(jīng)0.45微米濾膜過濾，定容于聚乙烯試劑瓶中靜置備用。

分析測試階段使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進行定量檢測，儀器預(yù)熱與調(diào)試程序按照制造商說明執(zhí)行，分析前設(shè)定適合目標元素的掃描模式與校準范圍，標準溶液按濃度梯度配置，繪制標準曲線檢驗線性關(guān)系，并插入質(zhì)量控制標準樣品檢驗準確性。每十個樣品插入一個空白，監(jiān)控背景信號變化，結(jié)果處理時剔除異常值，平均三次測定結(jié)果作為最終濃度，部分元素檢測濃度過低時補充原子吸收光譜儀（AAS）輔助分析，保證弱信號情況下的數(shù)據(jù)可靠性。

為提高檢測的穩(wěn)定性，每次分析結(jié)束后清洗進樣系統(tǒng)并檢查殘留，定期進行標準物質(zhì)驗證與儀器性能評估，分析報告記錄樣品編號、檢測日期、操作人員、儀器型號及參數(shù)設(shè)定，并附帶完整原始數(shù)據(jù)表，便于后續(xù)污染評估使用。數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一納入伊通河底泥環(huán)境數(shù)據(jù)庫，為空間分布分析與污染趨勢判斷提供支持。

二、污染水平判定與風(fēng)險分析

（一）污染等級判定指標體系

伊通河底泥中重金屬污染水平的評估依賴科學(xué)的判定體系，該體系基于地累積指數(shù)和富集系數(shù)構(gòu)建，結(jié)合本地地質(zhì)背景，量化底泥中重金屬的富集程度和人為干擾強度，地累積指數(shù)用于衡量元素濃度與背景值之間的偏離程度，引入修正系數(shù)以平衡自然波動，常用于判斷污染等級[3]。富集系數(shù)通過分析目標元素與參考元素的比值關(guān)系，反映外源輸入影響，參考元素選取穩(wěn)定、不易遷移的金屬，有助于分辨污染來源。

判定過程中所有重金屬濃度數(shù)據(jù)均進行標準化處理，剔除異常值，分組建立評價等級，污染分級結(jié)果在空間上表達出河段間差異，有利于發(fā)現(xiàn)污染高值區(qū)和人為干預(yù)顯著區(qū)域，該指標體系為后續(xù)生態(tài)風(fēng)險評估和高風(fēng)險區(qū)識別提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

（二）生態(tài)風(fēng)險評估模型構(gòu)建

污染程度雖能反映環(huán)境負荷，但生態(tài)系統(tǒng)受影響程度還需從風(fēng)險角度進行分析，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型引入污染濃度、背景值和毒性響應(yīng)系數(shù)，建立對重金屬潛在生態(tài)影響的量化方法，模型由單因子風(fēng)險值與綜合風(fēng)險值組成，分別評估單一元素和多重污染對生態(tài)系統(tǒng)的威脅水平。

單因子風(fēng)險值基于目標元素濃度與本地背景值的比值，再乘以該元素的毒性系數(shù)，突出高危元素在風(fēng)險中的影響力，綜合風(fēng)險值為各單因子值的加權(quán)總和，反映整體底泥系統(tǒng)的潛在危害等級，風(fēng)險等級分為低、中、較高和高四類，輸出結(jié)果用于判定污染控制重點河段。

評估前對原始數(shù)據(jù)進行單位統(tǒng)一和缺失值補齊，防止模型輸出偏差，模型結(jié)果與污染等級進行對比，有助于發(fā)現(xiàn)污染濃度與生態(tài)風(fēng)險不完全同步的區(qū)域，部分金屬即使?jié)舛炔桓?，也可能因毒性系?shù)較大而對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成實際威脅。

（三）高風(fēng)險區(qū)域識別依據(jù)

高風(fēng)險區(qū)域識別為清淤順序安排和治理措施提供技術(shù)依據(jù)，識別標準結(jié)合污染判定結(jié)果、生態(tài)風(fēng)險值和河段功能劃分進行綜合分析，高風(fēng)險區(qū)通常表現(xiàn)為污染濃度高、生態(tài)風(fēng)險值大且環(huán)境承載力較弱的區(qū)域，空間上與城市老舊排污系統(tǒng)、工業(yè)廢水排放口及水流緩慢段存在重疊。

識別過程依托地理信息系統(tǒng)完成污染和風(fēng)險數(shù)據(jù)的空間疊加分析，將多源信息統(tǒng)一表達，污染等級圖層與風(fēng)險值圖層建立權(quán)重關(guān)系，設(shè)定分類標準，輸出高、中、低三類區(qū)域分布圖，識別結(jié)果結(jié)合實際河道結(jié)構(gòu)，突出重金屬積累明顯、擾動釋放風(fēng)險大的段落。

河段劃分不應(yīng)作為固定邊界，而需結(jié)合水文條件變化動態(tài)調(diào)整，部分區(qū)域在豐水期和枯水期的污染擴散能力存在差異，動態(tài)更新能更好匹配河道治理節(jié)奏。識別結(jié)果建議在清淤工程中優(yōu)先處理高風(fēng)險區(qū)，配置專業(yè)設(shè)備與管理措施來減少重金屬再釋放風(fēng)險，作為后續(xù)底泥長期監(jiān)測和風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的布點依據(jù)。

三、結(jié)語

本研究針對長春市伊通河河道底泥重金屬污染現(xiàn)狀開展檢測與風(fēng)險評估，結(jié)果顯示Cd、Pb等元素在部分河段存在富集，污染等級分布具有明顯空間差異，生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在城市排口集中區(qū)達到中高等級，地累積指數(shù)與富集系數(shù)判定結(jié)果基本一致，潛在生態(tài)風(fēng)險模型在多因子協(xié)同分析中表現(xiàn)穩(wěn)定，研究結(jié)果為清淤工程中高風(fēng)險區(qū)識別和污染控制提供了數(shù)據(jù)支撐與評價依據(jù)，具有較強的工程應(yīng)用價值。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報告》http://m.12-baidu.cn/w/kj/32519.html