中國主要水系重金屬污染狀況分析

中國主要水系重金屬污染狀況分析

近年來，城市化和現(xiàn)代化的發(fā)展十分速度快速增長，但由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，也存在許多污染問題，特別是環(huán)境中重金屬污染。重金屬是指比重大于4.0并對生物體有毒性的金屬元素,主要包括鉛、鎘等。重金屬可以污染水、空氣和土壤［１］,而水源是最主要的污染途徑。重金屬具有富集性,不容易在環(huán)境中降解。隨著廢水而排出的重金屬,即使?jié)舛群苄?也可能積累在藻類和底泥中,被魚和貝類體表吸附,通過食物鏈濃縮并最終進(jìn)入人體,最終引起人們非致死性和致死性損害［２～５］。1956年日本熊本縣發(fā)生的“水俁病”就是因為當(dāng)?shù)鼐用耖L期食用含甲基汞的海產(chǎn)品,最終甲基汞在人體內(nèi)蓄積并引起嚴(yán)重的身體損害。我國松花江流域的沿江漁民曾發(fā)生甲基汞中毒,并查出部分漁民的癥狀和日本水俁病一致,通過對1例長期接觸甲基汞的漁民尸體進(jìn)行汞含量測定及臟器的病理學(xué)檢查最終確診為慢性水俁?。郏?，７］。研究者在中國珠江水域［８］發(fā)現(xiàn),蟹、蝦和貝殼類海產(chǎn)品中鎘的蓄積量分別為0.795、0.835、0.725mg/kg,魚中僅含有0.0409mg/kg。但是魚體中鉛含量為2.2mg/kg,蟹、蝦、貝類中的鉛含量均低于0.5mg/kg,這說明不同水生生物蓄積重金屬的量及種類各有不同。水與水中生物的重金屬污染和富積是重金屬危害人類健康的主要途徑。我國水系中重金屬的污染狀況隨水域、時間的不同而不同,而進(jìn)入人體的不同重金屬對身體的危害也不相同,因此控制和治理重金屬污染至關(guān)重要。1國外來源、人為來源重金屬的污染來源十分廣泛,可分為自然來源、人為來源。地球上分布不均的重金屬是各水系中重金屬種類及含量不同的原因之一,但更重要的是人類生產(chǎn)、生活活動的影響。1.1自然起源1.2工業(yè)污染1.3農(nóng)業(yè)污染1.4生活來源2重金屬污染現(xiàn)狀我國水系中重金屬的污染情況隨河流、時間、河段的不同而不同,為了更好的防治重金屬的污染,我們從南到北簡要介紹中國七大水系中重金屬的污染現(xiàn)況。2.2重金屬的來源有研究［２６］發(fā)現(xiàn)懸浮沉積物中重金屬的含量多于沉積物中,并且懸浮沉積物中重金屬含量隨水量的不同而不同,鉛枯水期(93.16mg/kg)少于豐水期(155.78mg/kg),其余金屬均為枯水期多于豐水期,懸浮沉積物中含量大于沉積物的原因可能是重金屬首先暫停在懸浮顆粒物上,所以清除重金屬可以先從懸浮沉積物開始,長江支流懸浮沉積物中的鉛、鎘和鋅的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主渠道。調(diào)查發(fā)現(xiàn)攀枝花、南陵和銅陵礦區(qū)是長江流域重金屬的主要來源,總之,礦業(yè)、車輛排放、工業(yè)活動及城市污染是重金屬的主要來源。單麗麗［２７］等發(fā)現(xiàn)不同來源的重金屬危害程度的大小為港口源>工業(yè)源>礦山源>市政源。長江最終流向東海,如果不切實保護(hù)長江水系,由重金屬帶來的污染負(fù)荷將進(jìn)入東海并將繼續(xù)危害人類。2.3太湖水系2.4淮河水系2.5生物放大作用另有研究［４０］發(fā)現(xiàn)黃河中重金屬的含量低于長江和珠江,但是污染情況亦不容忽視。水中鋅含量最大0.011μg/mL,沉積物中錳含量382.01μg/g為最多。汞在水中未檢出,汞和鋅在初級生物中的含量分別為0.14、71.29μg/g,而較高營養(yǎng)級如魚、海鳥中的含量為1.84、150.8μg/g,表現(xiàn)為較大的生物放大作用。有研究［２４］檢測黃河水中各重金屬的濃度,發(fā)現(xiàn)豐水期時鎂、鈣、鋁、鈉和鉀的濃度升高30%,鐵、錳、鉛、銅、鋅、釩和鎳的含量反而降低,重金屬濃度受季節(jié)變化的程度超過20%。有研究發(fā)現(xiàn)從1996年到2007年間,黃河中重金屬砷、鎘、銅、鉛和鋅的污染逐漸加重,銅、鉛和鋅的含量增加較多,達(dá)3倍及以上［４１，４２］?？傊?在過去20年間,黃河流域的重金屬污染日益嚴(yán)重。2.6海河水系2.7油松和遼水系3重金屬污染治理的建議重金屬的來源包括自然來源、人類來源(工業(yè)污染、生活污水、農(nóng)業(yè)來源等),地球上重金屬的分布不均是各地重金屬種類及含量不同的原因之一,但更重要的還是人類活動的影響。隨著時間的延續(xù),工業(yè)化和城市化的進(jìn)程及經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國水系中重金屬污染問題日趨嚴(yán)重,盡管部分水域經(jīng)過污染治理有所緩解,但是各種重金屬含量還是呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。盡管水系不同,除鉛外的其他金屬在枯水季多于豐水季。不同水域中重金屬的污染情況不同,七大水系總體上呈現(xiàn)輕度污染,靠近工業(yè)、礦業(yè)、城市和經(jīng)濟發(fā)達(dá)的海河、淮河、長江、珠江水域重金屬污染較嚴(yán)重,其他水域重金屬的污染隨不同河段呈現(xiàn)污染程度不同的現(xiàn)象。首先應(yīng)盡量調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),淘汰不符合產(chǎn)業(yè)政策或者符合但是污染排放治理后仍不合格的企業(yè),在工業(yè)生產(chǎn)中盡量減少重金屬污染物的產(chǎn)生,努力實現(xiàn)零增長;其次是推行清潔生產(chǎn),改進(jìn)工藝以減輕重金屬污染物對人體健康和生態(tài)的危害;再是可以強化污染的治理工作,加強管理工農(nóng)業(yè)廢水的排放,建立強效、大型的污水處理廠,及時處理污水;還可以改善內(nèi)源性環(huán)境,清除已污染的水系沉積物,以控制沉積物中的重金屬釋放到水體中以避免形成二次污染。重金屬是構(gòu)成地殼的物質(zhì)之一,因此其在自然界的分布十分廣泛。由于地球的地質(zhì)環(huán)境不同,地表面重金屬的分布也不相同?；鹕奖l(fā)、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害也可以使環(huán)境中的重金屬發(fā)生遷移。所以不同的地域,土壤與大氣沉積物中的重金屬分布不同,因而水系中的重金屬分布也有差別。重金屬由于良好的理化性質(zhì)在工業(yè)中得到廣泛使用,如鎘廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè),如染料、電鍍等。2005年底,廣州省韶關(guān)冶煉廠偷排未經(jīng)處理的污水最終造成北江干流5個段面發(fā)生嚴(yán)重鎘污染,平均濃度超過地表水2類水體標(biāo)準(zhǔn),超標(biāo)最高達(dá)12.8倍。鄧書平等研究發(fā)現(xiàn),與八十年代相比,2002年松花湖和入湖河流中除錳有所降低之外,鎘、鉻、銅等含量均為八十年代的2倍及以上,汞含量高達(dá)69倍。2002年的結(jié)果顯示入湖河流的污染程度高于湖區(qū),小金廠是松花湖入湖河流的主要污染源,鎘、鉻、銅的含量分別為0.43、10.3、89.2mg/L。調(diào)查發(fā)現(xiàn)松花湖的污染主要與湖區(qū)和入湖河流兩側(cè)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放污水有關(guān)。李玉等通過主成分分析發(fā)現(xiàn)連云港近岸重金屬污染的主要來源是工業(yè)和生活污水、農(nóng)業(yè)灌溉水及有機質(zhì)的降解,工業(yè)和生活污水排放的貢獻(xiàn)率達(dá)到54.21%。工業(yè)污染是水環(huán)境中重金屬的主要來源,我們必須對工業(yè)活動加大監(jiān)管力度,控制工業(yè)廢水、廢氣、廢渣的排放和處理,合理控制和治理重金屬的污染。農(nóng)業(yè)污染主要為農(nóng)藥、化肥和農(nóng)業(yè)廢棄物的不科學(xué)施用和處置。農(nóng)田中施用的磷肥、石灰等造成土壤中鎘殘留,某些有機肥中鋅、銅、鉻、鉛的含量很高,有些農(nóng)藥及農(nóng)膜也有重金屬,廣泛使用的含砷農(nóng)藥如砷化鈣、砷酸鈣、亞砷酸鈉等增加了砷的污染。養(yǎng)殖業(yè)方面,重金屬的含量可以經(jīng)過食物鏈的富集達(dá)到數(shù)百倍甚至上萬倍。農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)中的飼料中常含有部分的重金屬,規(guī)?；B(yǎng)殖場中形成的排泄物、廢棄物也成為了重要的污染源。雨水沖刷重金屬污染的土壤,導(dǎo)致了水系的污染。人們?nèi)粘Ｉ钪幸灿兄亟饘俚漠a(chǎn)生。生活中的廢舊電器、電路板、破碎照明燈、化妝品等含有重金屬,這些生活用品的隨意丟棄很可能會造成重金屬的污染,生活垃圾可能經(jīng)過水的沖刷進(jìn)入水體從而危害環(huán)境。汽車使用所帶來的尾氣量的增加引起的重金屬污染也不容忽視。研究者發(fā)現(xiàn)珠江流域的大氣沉積物中鉛的含量達(dá)到12.7mg/m2/yr,汽車尾氣和輪胎磨損等產(chǎn)生的重金屬微粒進(jìn)入空氣并吸附在顆粒物上,粘附有重金屬的顆粒物隨沉降作用、雨水等進(jìn)入河流。2.1防止重金屬再污染珠江是中國的第二大江,南方的主要漁業(yè)產(chǎn)區(qū)。近年來珠江三角洲經(jīng)濟發(fā)展迅猛,工農(nóng)業(yè)均得到較大的發(fā)展,重金屬的污染情況也隨之加重。資料顯示珠江水域的重金屬含量逐漸增加,提示該水域時常發(fā)生重金屬污染。楊婉玲等調(diào)查發(fā)現(xiàn)珠江口處重金屬銅、鉛、鎘、砷、汞的含量分別為80.77、105.88、5.55、33.13、0.33mg/kg,而它們的最高背景值為50、70、1、15、0.25mg/kg。另有研究證實廣州河段鎘污染最嚴(yán)重,其原因可能與2005年底的北江鎘污染有關(guān)。隨后謝文平等發(fā)現(xiàn)鉻、鉛和汞是水體中的主要污染元素,超標(biāo)率分別為22.2%、11.1%、5.6%。并且鉻和鉛的含量與水量有關(guān),即豐水期>平水期>枯水期。胡錫永等證實珠江河口沉積物中鎘的平均含量6.974mg/kg超過海域沉積物3類標(biāo)準(zhǔn),橫門采樣點中鎘污染超過3類標(biāo)準(zhǔn)的0.85倍,重金屬的污染比較嚴(yán)重并隨時間日益加重。謝文平等研究珠江下游出海河道沉積物,發(fā)現(xiàn)銅、鎘、砷、鉛、汞的平均含量分別為80.2、10.6、119.55、104.58、0.52mg/kg,分析發(fā)現(xiàn)鎘是水域污染和潛在生態(tài)風(fēng)險最大的元素,并且單項潛在生態(tài)風(fēng)險和區(qū)域綜合潛在生態(tài)風(fēng)險一致。YeFeng等研究發(fā)現(xiàn)政府控制和治理環(huán)境污染后新發(fā)的重金屬污染有所下降,但離完全清除重金屬的污染還有很長距離。為此我們必須努力鉆研清除重金屬污染的方法,重要的是防止重金屬的再污染。長江是中國最大的河流,橫穿中國中部并連通內(nèi)陸與東海。早在1997年,張輝發(fā)現(xiàn)長江南京段的表層沉積物中重金屬污染已達(dá)到輕-中度水平,鉻和鉛含量遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)乇尘爸?。長江重金屬污染情況因地理位置不同而不同,沈敏等發(fā)現(xiàn)江蘇段的重金屬質(zhì)量比略大于入海口,可能原因是江蘇段受沿江城市(如南京等)“三廢”的影響,調(diào)查發(fā)現(xiàn)長江下游沉積物中銅、鋅、錳、汞的量分別為38.5、111.65、752.78、0.19mg/kg,超過土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自然背景值35、100、583、0.15mg/kg。QiaoSlaum-qing等研究發(fā)現(xiàn)長江中重金屬的含量與水量有關(guān),枯水期時鉛(65.08μg/g)明顯低于豐水期(106.97μg/g),其他金屬的含量隨水量略有變化。春夏季水體中重金屬的濃度不同,春季表層水體中以銅和汞為主,底層水體以汞為主。夏季表、底層水體中銅、鋅和汞污染加重,成為長江口及附近水體重金屬污染的主要因素,鋅在表、底層中的超標(biāo)率分別為55%、35%。并且夏季水體中各重金屬質(zhì)量濃度約為春季水體中的2倍。春夏季沉積物富集重金屬的能力不同,總體表現(xiàn)為春季高于夏季。太湖流域是我國著名的水網(wǎng)地區(qū),稱為“江南水網(wǎng)”。近年來,由于經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的劇增,大量的工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理便排入太湖,造成湖區(qū)重金屬成份和含量不斷增加。焦偉等采集環(huán)太湖諸河口處的表層沉積物,發(fā)現(xiàn)鎘、銅和鋅的含量超過或達(dá)到土壤質(zhì)量三級和二級標(biāo)準(zhǔn),并且入湖河流中重金屬含量>出湖河流,可能因為入湖河流中的重金屬通過絮凝或沉淀作用轉(zhuǎn)化為固相最終沉積于湖中,鎘和銅對太湖的生態(tài)影響最大。燕姝雯等也證實枯水季時出湖河流的水質(zhì)較好,除鎘(1.385μg/L)外,其他金屬均未超標(biāo)。陳春宵等研究發(fā)現(xiàn)太湖表層沉積物中的鎳、銅、鋅和鉛的含量分別為28.3、21.45、74.52、32.88mg/kg,背景值為15.7、18.9、59.2、19.5mg/kg,超標(biāo)嚴(yán)重并表現(xiàn)出顯著的累積效應(yīng),空間分布上可以看出重金屬含量分布呈北部湖灣>西太湖>其他區(qū)域。另有研究發(fā)現(xiàn)太湖流域普遍存在重金屬污染,某些區(qū)域污染十分嚴(yán)重并已經(jīng)對生態(tài)造成了一定影響。YuTao等研究太湖各水層、沉積物及各種魚貝類中重金屬的含量,發(fā)現(xiàn)銅和鋅在所有生物體中的平均含量為146.08和597.79mg/kg,鎘1.293mg/kg含量最低?；春悠鹪从诤幽?穿越河南、安徽、江蘇、山東四省。郁亞娟等發(fā)現(xiàn)江蘇段沉積物中銅、鉛、鉻、鎳的濃度均高于當(dāng)?shù)乇尘爸?2個采樣點的重金屬污染較嚴(yán)重,根據(jù)地積累系數(shù)可判斷為達(dá)到中度污染水平。分析發(fā)現(xiàn)這些重金屬主要來自淮河兩岸的化工廠、冶金廠和皮革廠等排放的含重金屬廢水及固體廢棄物的滲漏。賀勇等研究發(fā)現(xiàn)淮河淮南段底泥中的重金屬污染較嚴(yán)重,鉻、銅、鎘、鋅、鉛的含量分別為64.2、38.1、0.235、86.05、28.4mg/kg,可能因為淮南是礦業(yè)城市,長久地開采煤礦時產(chǎn)生的煤矸石堆存,受多方面作用使其中的重金屬遷移富集于水體及底泥,周圍電廠及各種廠子和生活污水的排放,造成了重金屬污染。陳孝楊等采集淮河安徽段的7個河段共21個沉積物樣本,研究發(fā)現(xiàn)鎘、鉛、錳的質(zhì)量濃度分別為0.088~0.198、17.7~157、560~1938μg/g,土壤背景值為0.079、24、540μg/g,存在明顯的重金屬污染。安徽段水體中重金屬砷、鉛、鉻的量分別為0.109、0.505、0.130mg/L,沉積物中的量分別為0.778、3.03、3.86mg/kg,由此看出沉積物中重金屬的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水體并且均超過當(dāng)?shù)乇尘爸怠Ｖ荛_勝綜合近年發(fā)表的文獻(xiàn)中淮河流域沉積物中鎘和鉛的情況,并利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法研究鉛和鎘的污染情況,發(fā)現(xiàn)淮河干流的污染程度及生態(tài)危害程度都很低,但城市段污染較嚴(yán)重,這可能與該地頻繁的人類活動相關(guān),在干流,鉛污染重于鎘污染,支流是鎘污染重于鉛污染。黃河是中國的母親河,流經(jīng)青海、四川等9個省份。近年來,工農(nóng)業(yè)廢水、生活污水的排放急劇增加和天然來水量少等原因?qū)е曼S河流域發(fā)生重金屬污染。研究者分析30個黃河河口海域樣本,發(fā)現(xiàn)表層海水中銅、鉛、鋅、鎘、汞、砷的平均含量為2.65、0.51、37.7、0.68、0.013、0.92μg/L,鋅含量超過國家一級標(biāo)準(zhǔn)。并且重金屬的濃度呈現(xiàn)從沿海水域和黃河入?？谙蛑醒胨蛑饾u降低的趨勢,這一現(xiàn)象提示污染主要來自人類活動,工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中產(chǎn)生的汞、砷、鎘、鉻、鉛等重金屬都是主要來源。并且該研究發(fā)現(xiàn)黃河河口處重金屬的濃度低于膠州灣,但是高于黃海北部和南部以及南海。海河水系是渤海灣的主要入海水系之一,上段河流是天津市的主要水源。研究發(fā)現(xiàn)海河水系沉積物中的重金屬含量較多,銅、鉛、鋅平均含量超過背景值的3倍及以上。依據(jù)綜合污染指數(shù)看出60%的采樣點處于高污染水平,其余為較高污染,分析發(fā)現(xiàn)大部分河段的潛在生態(tài)風(fēng)險水平較低,個別斷面處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險水平。隨后劉俐等發(fā)現(xiàn)銅在海河采樣點的含量與渤海灣處的極值相差12倍,鉛相差3.6倍,鎘和鉻的含量則是天津市區(qū)高于渤海灣處,分別是6和2.5倍?？偟膩碇v海河中重金屬含量高于渤海灣,天津市區(qū)段則是最高,原因可能是海河兩岸的工業(yè)比較發(fā)達(dá)、人口密集而活動比較多并且造成工業(yè)生活污水及農(nóng)業(yè)廢水的排放增加,這些因素增加了淮河重金屬污染的機會?；春恿鹘?jīng)的天津市區(qū)和塘沽區(qū)的重金屬污染最嚴(yán)重,并且重金屬的濃度隨沉積物復(fù)合體顆粒增大而減小。劉成等研究結(jié)果提示海河河口處汞含量略高,為0.11mg/kg,除海河口處砷和鋅的含量(61、420mg/kg)明顯高于2001年(18、216mg/kg)外,其他河口處重金屬含量變化不大且略有下降。研究者分析1990年到2006年檢測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)海河干流段的重金屬污染情況在90年代初最嚴(yán)重,目前除鋅濃度基本沒有變化并仍超過海河水系背景值的2.5倍外,其他污染情況已經(jīng)有所緩解,鉻濃度下降最多達(dá)91.3%,這一現(xiàn)象提示政府對工業(yè)廢水的控制和水污染的治理有了一定成效,必須繼續(xù)加大力度防控污染。張玲等采樣檢測了海河流域沉積物中重金屬的含量問題并進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險評價,汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)相比較大,其次為鎘、砷等。有研究者發(fā)現(xiàn)海河河口處水質(zhì)污染十分嚴(yán)重,多超過V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),沉積物中重金屬根據(jù)多金屬綜合污染度Cd分析判斷為中度污染。研究表明,海河水系的污染情況依然十分嚴(yán)重,需要加大力度積極治理水域污染。松遼流域泛指東北地區(qū),主要河流有遼河、松花江等。研究