廣東省汕頭市某電子垃圾拆解區河道底泥重金屬污染特征及生態風險評價*

麥泳詩 魏 偉

（1.廣東智環創新環境科技有限公司，廣東 廣州 510180；2.廣東省環境科學研究院，廣東 廣州 510045；3.廣東環科院環境科技有限公司，廣東 廣州 510045）

河道底泥是河流生態系統的重要組成部分，也是底棲生物的主要棲息地和糧食源泉[1]。近年來，關于河流﹑湖泊沉積物中重金屬污染特點[2]﹑風險評價[3]及來源分析[4]受到學者的廣泛關注。然而，受電子垃圾拆解活動影響的河流底泥重金屬污染特征及風險評價的文章鮮有報道。自上世紀90 年代以來，受位于河流兩岸電子垃圾拆解作坊粗放式拆解活動的影響[5]，致使河道底泥中銅﹑鎳﹑鎘﹑砷﹑鉛等重金屬嚴重超標，底泥中的重金屬會源源不斷的向河道水體中釋放，對河道的生態環境造成較為嚴重的影響。以北港河支流為研究對象，開展河道底泥重金屬污染狀況調查，研究底泥的污染特征，評估其生態風險，旨在研究電子拆解遺留區域河道底泥污染情況及為河道底泥生態修復工程的開展提供科學的依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

研究區位于廣東省汕頭市，為了探究歷史電子垃圾拆解活動對河道底泥的影響，選擇兩岸曾集聚大量電子垃圾拆解作坊的河段，以軍寮水閘以南1 km 范圍內的北港河支流（華美老練江）河道底泥為污染調查對象，調查時間為2022 年8月—9 月，在研究區域布設一條勘探線，勘探點間距為50 m，并沿線布設21 個底泥采樣點（DN-01～DN-21）（圖1）。采用抓斗采樣器采集表層0～0.5 m 深度范圍底泥樣品。

圖1 底泥采樣點位Fig.1 Sediment sampling point diagram

1.2 分析方法

底泥樣品經自然通風晾干后，剔除雜質，研磨后過2 mm 孔徑篩和100 目尼龍篩，分別混勻后備用。底泥中pH 采用玻璃電極法進行檢測[6]，有機質采用重鉻酸鉀法進行檢測[7]，重金屬鎘﹑砷﹑鉛﹑鉻﹑銅﹑鋅﹑鎳總量采用王水提取—電感耦合等離子體質譜法進行檢測[8]，重金屬Hg 總量采用微波消解/原子熒光法進行檢測[9]。質量控制統計結果表明，方法空白樣（MB）小于檢測限，平行樣品相對比差在0.00～16.6%之間，實驗室控制樣品回收率在92.1%～116%之間，基體加標回收率在85.2%～114.0%之間。

1.3 內梅羅綜合污染指數法

采用內梅羅綜合污染指數法[10]對底泥進行環境質量評價，具體計算公式如下：

式中，Pi為重金屬i的單因子污染指數（底泥重金屬基準值采用《農用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）中的“污泥產物理化指標”標準值（表1）[11]）；P為內梅羅綜合污染指數；n為重金屬指標i的個數。內梅羅綜合污染指數法評價標準見下表1。

表1 污泥產物的污染物濃度限值 mg·kg-1Table 1 Pollutant concentration limit of sludge products

表2 內梅羅污染指數評價標準Table 2 Evaluation criteria of Nemerow pollution index

1.4 生態風險評價方法

根據重金屬性質及其遷移行為特征，瑞典科學家Hakanson[12]從沉積學角度提出了一套沉積物中重金屬污染評價方法。該方法通過底泥濃度實測值與背景值的比值得到單項污染系數，然后引入重金屬毒性響應系數，得到潛在生態危害單項指數，潛在生態危害單項指數分級見表3，最后加權得到此區域底泥中重金屬的潛在生態危害指數。

表3 潛在生態風險指數與等級劃分Table 3 Potential ecological risk indicators and classification

單項重金屬潛在生態危害指數Er計算方法如下：

式中，Ci為底泥重金屬的實測濃度（mg/kg）；C0為參比值，采用全球工業化前沉積物中重金屬的最高背景值，As﹑Cd﹑Cr﹑Cu﹑Hg﹑Ni﹑Pb﹑Zn 依次15﹑0.5﹑60﹑30﹑0.25﹑40﹑25﹑80（mg/kg）；Ti為重金屬的毒性系數，Hakanson 提出As﹑Cd﹑Cr﹑Cu﹑Hg﹑Ni﹑Pb﹑Zn 的 毒 性 系 數分別為10﹑30﹑2﹑5﹑40﹑2﹑5﹑1。

多個重金屬的潛在生態危害指數RI 計算式如下，潛在生態風險指標等級劃分見表3。

式中，RI 為多個重金屬的潛在生態危害指數。

1.5 數據分析與處理

使用Excel 2016 對數據進行分析與處理，采用AutoCAD 2014 及OriginPro 2022 SR1 繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 底泥基本理化性質分析

底泥的基本理化性質指標含水率﹑pH 及有機質含量檢測結果統計見表4。河道表層底泥的含水率較高，平均值為71%。底泥pH 均小于7，呈酸性，這可能與電子垃圾拆解過程中廢酸排放有關。底泥中有機質含量為4%～11.90%，明顯低于《農用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）中的“污泥產物理化指標”標準值。

表4 研究區河道底泥基本理化性質指標檢測結果統計Table 4 Statistics of the test results of the basic physical and chemical properties of sediment in the study area

2.2 底泥重金屬污染特征

底泥重金屬調查結果如下表5 所示。研究區河道底泥中汞﹑鎘﹑銅﹑鉻﹑砷﹑鎳﹑鉛﹑鋅的含量分別為0.59～2.75﹑0.10～53.10﹑8.90～6 840.00﹑15.50～251.00﹑5.00～1 780﹑6.00～978.00﹑66.00～555.00﹑45.00～1 060.00 mg/kg。各重金屬元素平均值含量大小順序 為 銅（2 605.19 mg/kg） ＞鋅（546.80 mg/kg）＞鎳（393.33 mg/kg）＞鉛（304.47 mg/kg）＞砷（230.40 mg/kg）＞鉻（85.80 mg/kg）＞鎘（19.43 mg/kg）＞汞（1.40 mg/kg）。一般認為變異系數＜0.1 為弱變異，0.1～0.3 為中等變異，＞0.3 為強變異[13]，從各元素總量的變異系數來看，所有重金屬元素均為強變異，可以看出，研究區域河道底泥受外界電子拆解活動影響較明顯。

表5 研究區河道底泥重金屬含量分析統計Table5 Analysis and statistics of heavy metal content in sediment in the study area

參照《農用污泥污染物控制標準》(GB4284—2018)中的A 級污泥產物標準，研究區域底泥存在重金屬鎘﹑銅﹑砷﹑鎳﹑鉛﹑鋅超標準情況，其超標率分別為90.48%﹑90.48%﹑71.43%﹑90.48%﹑47.62%﹑4.76%?？梢?，底泥不經處理用于耕地﹑園地﹑牧草地將存在較大的重金屬鎘﹑銅﹑砷﹑鎳﹑鉛﹑鋅等的污染風險。

2.3 底泥重金屬污染評價

研究區域底泥內梅羅綜合污染指數計算結果如圖2 所示?？梢钥闯?，除點位DN-10﹑DN-17以外，其他所有底泥點位的內梅羅綜合污染指數均大于1，說明河道底泥已普遍受到重金屬的污染。其中，底泥點位DN-03﹑DN-04﹑DN-19 的綜合污染指數值大于2﹑小于等于3，處于中度污染，其他底泥點位的綜合污染指數值均大于3，呈現重度污染，重度污染率為76.2%。因此，從內梅羅污染綜合污染指數來看，研究河段底泥重金屬污染較為嚴重，應當引起重視。

圖2 研究區河道底泥重金屬內梅羅綜合污染指數Fig.2 Nemerow comprehensive pollution index of heavy metals in river sediment

2.4 底泥重金屬生態風險評價

2.4.1 潛在生態風險指數Er對北港河支流各點位8 種重金屬的潛在生態風險指數Er計算結果如圖3 所示。各單項重金屬潛在生態危害指數Er分別 為EHg（94.40～440.00）﹑ECd（6.00～3 186.00）﹑ECu（1.48～1 140.00）﹑ECr（0.52～8.37）﹑EAs（3.33～1 186.67）﹑ENi（0.30～48.90）﹑EPd（13.20～171.40）﹑EZn（0.56～20.38）。各單項重金屬潛在生態危害指數Er 平均值大小順序為ECd（1 052.00）＞ECu（457.95）＞EHg（227.05）＞EAs（152.35）＞EPb（64.11）＞ENi（19.45）＞EZn（7.30）＞ECr（2.76）。從Er平均值可以看出，各類重金屬污染生態風險分級，重金屬Cd 和Cu 為嚴重風險，重金屬Hg 為重風險，重金屬As 為較重風險，重金屬Pb 為中風險，重金屬Ni﹑Zn﹑Cr 為低風險。

2.4.2 潛在生態危害指數RI 從底泥多個重金屬的潛在生態危害指數RI 計算結果（表6）可知，各點底泥潛在生態危害指數最小值為132.60，最大值為5 668.65，平均值為1 982.97?？傮w來看，研究區域各底點位沉積物中重金屬污染很高風險（600 ≤RI<1 200）和極高生態風險（RI>1 200）的比例高達90.47%，其中極高風險占比66.67%，很高風險占比23.80%。這說明，河流兩岸電子垃圾拆解活動對河道底泥產生了較為嚴重的污染，研究區域底泥生態系統存在較大的危害風險，亟需采取有效的工程措施開展底泥的生態恢復工作。

3 結論與討論

重金屬具有高毒性﹑難降解和高累積性[14],對河道生態系統會造成較大影響，通過研究廣東省汕頭市某電子垃圾拆解區河道底泥重金屬污染特征，評價底泥重金屬生態污染風險，得出的主要結論如下。

受歷史上河道兩岸電子垃圾拆解活動的影響，北港河支流表層（0～0.5 m）底泥pH 呈酸性，含水率較高，平均值達71%，而有機質含量較低。重金屬污染指標中，鎘﹑銅﹑砷﹑鎳﹑鉛﹑鋅超過GB4284—2018 中的A 級污泥產物標準。電子垃圾主要成分為廢舊線路板﹑廢舊電子電器，其含有大量鎘﹑銅﹑鎳﹑鉛﹑鋅等物質[15]，研究區河道底泥的重金屬污染與電子垃圾拆解活動關聯性緊密。此外，“燒板”作為電子垃圾拆解過程中的重要工藝，在生產過程中需要焚燒大量的燃煤[16]，因此，研究區河道底泥中砷污染物可能來源于燃煤。

內梅羅綜合污染指數法兼顧了單因子污染指數平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染物的作用?；趦让妨_綜合污染指數的評價結果表明，河道底泥整體重金屬呈現重度污染，重度污染比率為76.2%。從圖2 研究區各點位河道底泥重金屬內梅羅綜合污染指數分布情況可以了解到，靠近軍寮水閘處的DN-01 點位的內梅羅綜合污染指數值P 最高，這可能是因為該區域河床底部較低，軍寮水閘長期關閉，重金屬污染物容易在此處淤積有關。后期污染治理過程應當以該區域為重點，優先開展重污染區域的綜合治理工作。

基于潛在生態危害指數的評價結果表明，各單項重金屬潛在生態危害指數Er平均值排序為Cd＞Cu ＞Hg ＞As ＞Pb ＞Ni ＞Zn ＞Cr，其中，Cd﹑Cu 為嚴重風險，Hg 為重風險，As 為較重風險，Pb 為中風險，Ni﹑Zn﹑Cr 均為低風險?；诙鄠€重金屬的潛在生態危害指數RI 計算結果表明，各底泥調查點位綜合潛在生態危害指數極高風險比率為76.19%，很高風險比率為23.81%，河道底泥存在較為嚴重的生態風險，亟需開展相應生態修復措施。