海洋中重金属的检测与治理论文

石要红梁开夏真

第一作者简介：石要红，女，1966年生，在职博士研究生，教授级高工，主要从事海洋工程地质、环境地质研究。

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

摘要 对珠江口伶仃洋海底表层沉积物中重金属的分布规律进行了研究，并利用瑞典科学家Lars Hakanson的潜在生态危害指数法对重金属的生态危害程度进行了评价。研究结果表明，珠江口伶仃洋西岸附近的海底表层沉积物的重金属含量大于伶仃洋东岸附近的海底表层沉积物的重金属含量，重金属Zn、Cu、Cr、Cd、As和 Hg的含量总体上表现为由西北向东南逐渐减小。生态危害评价结果显示，研究区内除4个站位为生态危害中等外，其余47个站位为生态危害轻微，海底表层沉积物重金属的污染程度顺序为Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

关键词 生态危害评价 重金属 沉积物 伶仃洋

珠江口伶仃洋水域位于珠江三角洲地带，为喇叭状河口湾，珠江东四门的径流汇集于此并流入南海。该水域沿岸北有广州市，东有香港特别行政区和深圳特区，西有中山市、澳门特别行政区和珠海特区。优越的地理位置和丰富的自然资源，使得沿岸地区社会经济迅猛发展，沿岸富含重金属和油类的工农业废水和生活污水排放量不断增加。大量未经处理或处理过未达标准的生活污水、工业废水直接或间接排入珠江口伶仃洋，致使水质恶化，而水体中的绝大部分重金属通过多种途径迅速转移至海底沉积物，造成海底表层沉积物中的重金属含量增高，珠江口伶仃洋水域生态环境发生较大变化，污染状况日趋严重，特别是海底表层沉积物重金属污染，它具有来源广、残留时间长、蓄积性、污染后难于恢复、易于沿食物链转移转移富集等特征，生态环境受到严重影响，给水生生物和人体健康带来极大的不利（逄勇等，2003；何桂芳等，2004；林卫强等，2002）。

本文根据广州海洋地质调查局承担的“我国重点海岸带滨海环境地质调查与评价”之珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查项目2004年、2005年的综合调查成果资料，对伶仃洋水域海底表层沉积物中的重金属元素（包括非金属元素砷）的含量分布规律进行了研究，并利用瑞典科学家Lars Hakanson的潜在生态危害指数法对重金属的生态危害程度进行了评价。

图1 珠江口伶仃洋海底沉积物取样站位

Fig.1 Location of surface sediment sample in Lingdingyang of Pearl River Estuary

1 材料与方法

分别于2004年5月和2005年5月，对内伶仃洋和外伶仃洋进行环境地质调查，共布设51个沉积物取样站位（图1），沉积物样品利用无扰动重力取样器采集。所有样品采集、保存、制备和前处理均按照中华人民共和国国家标准《海洋调查规范—海洋地质地球物理调查》（GB/T13909-92）和《海洋监测规范》（GB17378-98）的要求操作。Cu、Pb、Zn、Cr、采用等离子光谱（ICP）测定，Cd 采用无火焰原子吸收分光光度法测定，Hg采用冷原子吸收法测定。

2 结果与讨论

2.1 重金属的含量分布

珠江口伶仃洋海底表层沉积物中的重金属含量见表1。通过综合分析研究区内海底表层沉积物样品的重金属元素含量的空间分布可知，珠江口伶仃洋西岸附近的海底沉积物的重金属含量大于伶仃洋东岸附近的海底表层沉积物的重金属含量；研究区内，海底表层沉积物的重金属元素含量高值区位于澳门和九澳岛以东、以南海域，其次为珠江东四口门处、珠海、深圳和香港特别行政区近岸；重金属元素Zn、Cu、Cr、Cd、As和 Hg的含量总体上表现为由西北向东南逐渐减小，重金属Pb的含量分布特点为南部海域略高于北部海域；珠江口伶仃洋海域海底表层沉积物的重金属主要受路源污染物的影响。以上分析结果与海水底层重金属含量分布特点一致（夏真等，2004；夏真等，2005）。

表1 珠江口伶仃洋表层沉积物中重金属含量（wB/10-6）Table1 Heavy metal contents（wB/10-6）in surface sediments from the Lingdingyang of the Pearl River Estuary

续表

珠江口伶仃洋沿岸城镇向伶仃洋排放大量的工业废水是沿岸海底表层沉积物中重金属含量高的主要原因，且近岸处高于远岸处；此外，伶仃洋西岸海底表层沉积物类型主要为粘土、粉砂粘土和粘土质粉砂，而东岸海底表层沉积物类型则为粘土质砂、粉砂质砂，显然西岸海底表层沉积物较东岸沉积物细，更易于吸附重金属，这也是西岸海底表层沉积物重金属含量高于东岸海底表层沉积物重金属含量的原因之一。

2.2 重金属的潜在生态危害评价

利用瑞典科学家Lars Hakanson提出的生态危害指数法对珠江口沉积环境的生态危害进行评价。沉积物中第i种重金属的潜在生态危害系数 及沉积物中多种重金属的潜在生态危害指数RI可分别表示为（Hakanson L.，1980）：

南海地质研究.2006

南海地质研究.2006

式中： ， ：为表层沉积物重金属浓度的实测值；

：为计算所用的参比值，本研究中采用了工业化前全球沉积物中重金属最高背景值为参比值，表2。

：潜在生态危害系数，沉积物重金属潜在生态危害划分的标准见表3。

：重金属元素i的毒性系数，它主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度，有关重金属的毒性系数见表2（刘芳文等，2002；丘耀文等，1997；王增焕等，2004）。

南海地质研究.2006

表3 潜在生态危害指数法污染程度的划分Table3 Contamination degree of Hakanson potential ecological risk index

按工业化前全球沉积物中重金属最高背景值为参照值的计算结果列于表4。从表4的潜在生态危害指数分析结果可知，研究区内有4个站位150≤RI＜300，为生态危害中等，其余47个站位RI＜150，为生态危害轻微。根据潜在生态危害系数（ ）的分析结果，危害较严重的为Cd，2.28＜ ＜182，研究区内8%站位为生态轻微危害，8%站位为生态危害中等，2%站位为生态危害强，2%站位为生态危害很强。其次为Hg，7.2＜ ＜60.8，90%站位为生态轻微危害，10%站位为生态危害中等。其余如下：Cu，2.02＜ ＜129.83，98%站位为生态轻微危害，2%站位为生态危害中等；Pb，1.98＜ ＜15.26，100%站位为生态轻微危害。Cr，1.81＜ ＜3.87，100%站位为生态轻微危害；Zn，0.35＜ ＜2.96，100%站位为生态轻微危害。故珠江口伶仃洋海底表层沉积物重金属的污染程度顺序为Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

南海地质研究.2006

续表

3 结论

1）珠江口伶仃洋西岸附近的海底表层沉积物的重金属含量大于伶仃洋东岸附近的海底表层沉积物的重金属含量；海底表层沉积物的重金属含量高值区位于澳门和九澳岛以东、以南海域，其次为珠江东四口门处、珠海、深圳和香港特别行政区近岸；重金属元素Zn、Cu、Cr、Cd、As和 Hg的含量总体上表现为由西北向东南逐渐减小，重金属Pb的含量分布特点为南部海域略高于北部海域；

2）珠江口伶仃洋海域海底表层沉积物的重金属主要受路源污染物的影响。

3）研究区内有4个站位150≤RI＜300，为生态危害中等，其余47个站位RI＜150，为生态危害轻微。故珠江口伶仃洋海底表层沉积物重金属的污染程度顺序为Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

参考文献

何桂芳，袁国明，李凤岐.2004.珠江口沿岸城市经济发展对珠江口水质的影响［J］.海洋环境科学，23（4）：50～52林卫强，李适宇.2002.珠江口水环境可持续发展的探讨［J］.海洋环境科学，21（4）：54～58

刘芳文，颜文，王文质，等.2002.珠江口沉积物重金属污染及其潜在生态危害评价［J］.海洋环境科学，21（3）：34～38

逄勇，李学灵，龙江.2003.珠江三角洲陆源污染和香港水域排污对伶仃洋的影响［J］.水科学进展，14（5）：559～562

丘耀文，王肇鼎.大亚湾海域重金属潜在生态危害评价［J］.热带海洋，16（4）：49～53

王增焕，林钦，李纯厚，等.2004.珠江口重金属变化特征与生态评价［J］.中国水产科学［J］.11（3）：214～219

夏真，林进清，郑志昌，等.2004.珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查（内伶仃岛以北水域）成果报告

夏真，林进清，郑志昌，等.2005.珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查（内伶仃岛以南水域）成果报告

Hakanson L.1980.An ecological risk index for aquatic pollution control：a sedimentological approach［J］.Water res，14：975～1001

Pollution of heavy metals in the Lingdingyang of Pearl river Estuary and its assessment of potential ecological risk

Shi YaohongLiang KaiXia Zhen

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：This paper dealt with the distribution of heavy metals in surface sediments from the Lingdingyang of the Pearl River Estuary，and the method of potential ecological risk index presented by Lars Hakanson was used to assess the heavy metal’s ecological risk.The results showed that the mental contents of surface sediments from west offshore is bigger than that from east offshore.The contents of Zn，Cu，Cr，Cd，As and Hg appear gradually degressive from northwest to southeast.The assessment result of the heavy metals’ecological risk revealed that except four stations，which belongs to middle potential ecological risk，the other forty seven stations belongs to slight potential ecological risk.The order of polluting degree of these heavy metals in surface sediments from the Lingdingyang of the Pearl River Estuary is Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn.

Key Words：assessment of ecological risk heavy metals sediments Lingdingyang

14.1.2.1 水体重金属污染现状

工业废水是我国水环境的主要污染源，在其所含的各类污染物中，重金属是当前最受关注的污染物之一。据国家环保部2010年2月6日《第一次全国污染源普查公报》和2010年5月31日发布的《中国环境状况公报》，2007年，全国工业废水产生量738.33亿t，排放量236.73亿t，重金属（镉、铬、砷、汞、铅）排放总量0.09万t。

我国水体重金属污染问题十分突出，2004年太湖底泥中总铜、铅、镉含量均处于轻度污染水平（顾征帆等，2005）。黄浦江干流表层沉积物中镉含量超背景值2倍，铅含量超1倍，汞含量明显增加（成新，2002）。葫芦岛市乌金塘水库钼污染严重，最高浓度超标准值13.7倍（孟多等，2006）。重庆市清水河内检测到镉、铜、锌的含量都比平均值高出很多（何太蓉等，2009）。有报道指出，重金属污染程度与当地的经济发展水平有关，香港和珠江口受重金属污染严重，然而，从20世纪90年代初期，香港水体沉积物中重金属的浓度持续降低，而广东省伶仃洋内的生物群重金属含量持续增加，华南沿海地区某些海产品的重金属含量已经超出安全限（Wang et al.，2013）。国外同样存在水体重金属污染问题，如意大利卡拉布里亚区四条主要河流内汞的浓度超过了意大利的淡水标准，砷的浓度超过了加拿大的标准，所有被检测的河流都存在生态低风险（Protano et al.，2013）。伊朗舒尔河内水绵及摇蚊体内镁、钒、铁、砷、铜及铬含量都很高（Hamidian et al.，2013）。尼加拉瓜湖底泥中砷、镉、铬、镍、铜、铅及锌含量都超标（Scheibye et al.，2014）。

14.1.2.2 重金属污水的危害

重金属废水进入水体后，除部分被水生物和鱼类吸收外，大部分易被水中各种物质吸附，沉积于水底，其危害持续时间长。人类食用重金属超标的海洋产品或污水灌溉后造成重金属超标的农作物，最终威胁人体生命安全。日本发生的水俣病（汞污染）和骨痛病（镉污染）等公害病，都是由重金属污染引起的，所以，应严格防止重金属污染水体。

水体重金属污染目前已相当严重，其对环境和生物的危害极大。同时，重金属易通过食物链富集，最终危害的是人类自己。因此，水体的重金属污染问题已引起世界各国科学家的高度重视，解决这个问题已迫在眉睫。

14.1.2.3 水体重金属污染的治理

重金属种类不同，在溶液中存在的形态各异，因而处理方法也不一样，常用的处理方法有物理法、化学法、物理化学法和生物法。其中，生物法因具有环境友好、费用低等特点，成为水污染治理的趋势。生物法主要运用植物和微生物对水体中的重金属进行生物富集，达到去除目的。