黄河中下游泥沙重金属污染现状及原因分析

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摘要：为明晰黄河中下游河道淤积泥沙重金属污染状况，沿河道采集15个深层淤积泥沙样本，对样本中的Ph、Cu、Cd、Hg、Zn、Ni、Cr共7种重金属和As的含量进行了检测，选择单因子质量指数法和地累积指数法开展了评价。结果表明：黄河中下游河道整体上属于重金属无污染区，在禹门口附近的HY68断面存在明显的Cr污染和Ni污染，在花园口断面存在Hg污染。

关键词：地累积指数法；单因子质量指数法；污染；重金属；淤积泥沙；黄河中下游

中图分类号：X131；TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.004

黄河是世界上著名的多沙河流，河道内淤积有大量泥沙，特别是黄河禹门口以下河道淤积最为严重。近年来随着经济社会的持续发展，黄河泥沙逐渐成为宝贵的自然资源，被广泛应用于黄河防洪、土壤改良、采煤沉陷区修复、建筑材料、制砖、制陶等诸多方面，泥沙资源利用的市场前景广阔。黄河泥沙大部分来自黄土高原，颗粒较细，对有机农药、盐、酸、碱、重金属等污染物的吸附作用很强，在迁移过程中极易遭到污染.特别是重金属污染，其污染物不易溶解，且能迅速结合到颗粒物上，随着颗粒物沉入水底，使泥沙成为重金属元素最主要的富集地。另外，重金属污染物较难彻底清除，对人类危害严重。

在泥沙资源利用过程中存在重金属二次污染风险，应给以足够重视。为此，本文利用振动式柱状取样设备，沿黄河中下游河道采集了15个柱状泥沙样本，对样本中的重金属含量进行了检测，并选择适宜的评价方法开展了评价，以明晰黄河中下游河道淤积泥沙重金属污染状况。

1 泥沙采样

1.1 采样点位分布

本研究在黄河禹门口以下1267km的河道范围内选取15个代表断面作为样本采集断面（见表1、图1）。采样断面的布设主要依据以下原则：①总体上按照实测断面间距布设：②在水庫中依据淤积情况：③在河道中主要依托浮桥的位置。根据断面布设情况，采样断面间距平均为76km，基本能够反映整个研究区域的重金属污染状况。

1.2 样本采集

借鉴深海沉积物保真取样原理，改造并研制出振动式低扰动柱状深层取样设备（结构见图2）。设备总长为4.5m，底座最大直径为2.8m，振动器功率为7.5kW，适用水深为0～200m，可采样本长度为0～4m，样本直径为70mm，适用于江、河.湖、海、水库中纯沙、硬黏土等硬底质沉积物的柱状取样。设备总质量约1.5t，需要较大型的船舶和起重设备配合采样。利用该设备采集了河床以下1～3m的柱状泥沙样本，样本及时运至实验室，混合均匀后立即封存于干净的聚乙烯袋中。

1.3 样本预处理

采集的沙样在风干室风干，除去沙石、动植物碎片等明显异物，混合均匀，用玛瑙研钵研细过100目筛，四分法缩分得到待测样本，装入聚乙烯塑料袋中干燥保存。

2 重金属检测

所采集样本的重金属检测由北京谱尼土壤实验室测定，样本消解参照国标四酸（HCl-HN03-HF-HC104）处理，重金属检测根据NY/T1121.6-2006、GB/T1741-1997、GB/T22105.2-2008、HJ491-2009等标准，利用原子吸收光谱法和原子荧光光谱法对样本中的7种重金属（Pb、Cu、Cd、Hg、Zn、Ni、Cr）和一种类金属（As）的含量进行检测。结果见表2。

3 重金属污染评价

3.1 评价依据及方法

本文使用《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中的土壤一级标准值和沉积岩（普通页岩）中地球化学背景值作为评价标准。

目前，土壤重金属污染评价方法众多，如单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法、污染负荷指数法、地累积指数法（Igeo）、沉积物富集系数法、潜在生态危害指数法、模糊数学法、灰色聚类法等，各种评价方法都有其适用范围、评价目的、优点及不足。单因子指数评价法可以分别反映每种污染物的污染程度，不能全面、综合地反映土壤的污染程度，但该方法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础：内梅罗综合污染指数法突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，能反映各种污染物对土壤环境的作用，将研究区域土壤环境质量作为一个整体与外区域或历史资料进行比较，对于黄河中下游1267km的长河段，难以反映污染的沿程变化特征：地累积指数法考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值，还特别考虑到自然成岩作用对背景值的影响，给出直观的重金属污染级别，综合考虑黄河泥沙的特性和研究范围，选择单因子质量指数法和地累积指数（Igeo）法对黄河泥沙重金属污染状况进行评价。

单因子质量指数法将污染等级P分为5级，分别为：P≤1，无污染（I级）；15，重度污染（浓度可能超过背景值百倍以上，V级）。

地累积指数法按照指数值的大小将污染等级分为7级，分别为：Igeo≥5，为6级，极重污染；4≤Igeo<5，为5级，介于重污染与极重污染之间；3≤Igeo<4，为4级，重污染；2≤Igeo<3，为3级，介于中污染与重污染之间；1≤Igeo<2，为2级，中污染；0≤Igeo<1，为1级，介于无污染与中污染之间；Igeo<0，为0级，无污染。

3.2 评价结果

（1）单因子质量指数法。利用单因子质量指数法评价得到的重金属污染结果见表3。从表3可知：小北干流HY68断面l5，为重度污染；PNi>5，为重度污染。三门峡库区HY22断面PHg、Ppb为轻微污染。黄河下游花园口断面2

（2）地累积指数法。重金属污染评价结果见表4。由表4可知：HY68断面Cu的地累积指数为1级，介于无污染与中污染之间：Cr和Ni的地累积指数为3级，介于中污染与重污染之间。HY22断面Hg的地累积指数为2级，中污染。HY4断面Cd的地累积指数为2级，中污染。花园口断面Hg的地累积指数为4级，重污染。其他断面的地累积指数均小于0，属于无污染区域。

据调查，在黄河小北干流最上端的河津市区域，原来有大量的电镀厂、焦化厂等重金属污染企业，其中镀铬、镀镍过程中会产生Cr和Ni污染，是造成HY68断面Cr和Ni偏高的主要原因。

4 结论

黄河禹门口以下的大部分河段属于无污染区，但部分河段存在重金属污染现象。在禹门口附近的HY68断面存在Cr和Ni污染，主要是由附近的电镀企业废物排放造成的；在花园口断面附近有Hg污染现象，其他部分断面也有轻度Cu污染情况。在黄河泥沙资源利用中，应特别重视重金属二次污染问题，以避免造成严重污染，这对促进黄河泥沙资源利用、保护生态环境具有重要意义。需要指出的是，本文仅结合现场取样对禹门口以下长河段内的重金属污染状况及其原因进行了分析，事实上，重金属含量随着河段和时间的变化相当复杂，其规律有待进一步研究。