广东省汕头市某电子垃圾拆解...金属污染特征及生态风险评价_麦泳诗.pdf

342023 年 8 月第 39 卷第 4 期广东省汕头市某电子垃圾拆解区河道底泥重金属污染 特征及生态风险评价*麦泳诗1魏伟2，3（1.广东智环创新环境科技有限公司，广东 广州 510180；2.广东省环境科学研究院，广东 广州 510045；3.广东环科院环境科技有限公司，广东 广州 510045）摘要 以汕头市某电子垃圾拆解活动影响的河道为研究对象，沿河道中线间隔 50 m 采集表层底泥样品，检测分析其重金属含量，研究底泥重金属污染特征并综合评价了其生态风险。结果表明，参照GB42842018 中的 A 级污泥产物标准，调查区域河道底泥主要受到镉、铜、砷、镍、铅、锌等重金属污染。内梅罗综合污染指数法评价结果表明，河道底泥重金属总体呈重度污染。潜在生态危害指数范围为132.605 668.65，平均值为 1 982.97，总体生态风险为极高风险，亟需开展河道底泥的生态修复工程。关键词 电子垃圾拆解；河道底泥；重金属；生态风险评价中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：2096-2053（2023）04-0034-06Pollution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals Pollution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in River Sediment around E-waste Dismantling Area in Shantou City,in River Sediment around E-waste Dismantling Area in Shantou City,Guangdong ProvinceGuangdong ProvinceMAI Yongshi1WEI Wei2,3(1.Guangdong Zhihuan Innovation Environment Technology Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510180,China:2.Guangdong Provincial Academy of Environmental Sciences,Guangzhou,Guangdong 510045,China:3.Guangdong Huankeyuan Environmental Technology Co.Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510045,China)Abstract Taking the river channel affected by the typical e-waste dismantling activity in Shantou city as the research object,the surface sediment samples were collected at intervals of 50 m along the middle line of the river channel,and the heavy metal content was detected and analyzed.The pollution characteristics of heavy metals in sediment were studied,and the ecological risk was comprehensively evaluated.The results showed that according to the grade A sludge product standard in GB4284-2018,the river sediment in the survey area was mainly contaminated by Cd,Cu,As,Ni,Pb,Zn,and other heavy metals.The evaluation results of the Nemero comprehensive pollution index method showed that the heavy metals in the river sediment are generally heavily polluted.The potential ecological hazard index ranged from 132.60-5 668.65,with an average value of 1 982.97.The overall ecological risk was extremely high,and it was urgent to carry out ecological restoration projects of river sediment.Key words e-waste dismantling；river sediment；heavy metals；ecological risk assessment*第一作者：麦泳诗（1996），女，助理工程师，主要从事土壤污染调查与风险评价等方面研究，E-mail：。通信作者：魏伟（1988），男，工程师，主要从事土壤及地下水污染治理与修复等方面研究，E-mail：。河道底泥是河流生态系统的重要组成部分，也是底栖生物的主要栖息地和粮食源泉1。近年来，关于河流、湖泊沉积物中重金属污染特点2、风险评价3及来源分析4受到学者的广泛关注。然而，受电子垃圾拆解活动影响的河流底泥重金属污染特征及风险评价的文章鲜有报道。自上世纪 90 年代以来，受位于河流两岸电子垃圾拆解作坊粗放式拆解活动的影响5，致使河道底泥中铜、镍、镉、砷、铅等重金属严重超标，底泥中的重金属会源源不断的向河道水体中释放，对河道的生态环境造成较为严重的影响。以北港河支流为研究对象，开展河道底泥重金属污染状况调查，研究底泥的污染特征，评估其生态风险，旨在研究电子拆解遗留区域河道底泥污染情况及为河道底泥生态修复工程的开展提供科学的依据。1材料与方法1.1样品采集研究区位于广东省汕头市，为了探究历史电子垃圾拆解活动对河道底泥的影响，选择两岸曾集聚大量电子垃圾拆解作坊的河段，以军寮水闸以南 1 km 范围内的北港河支流（华美老练江）河道底泥为污染调查对象，调查时间为 2022 年 8月9 月，在研究区域布设一条勘探线，勘探点间距为 50 m，并沿线布设 21 个底泥采样点（DN-01DN-21）（图 1）。采用抓斗采样器采集表层00.5 m 深度范围底泥样品。1.2分析方法底泥样品经自然通风晾干后，剔除杂质，研磨后过 2 mm 孔径筛和 100 目尼龙筛，分别混匀后图 1 底泥采样点位Fig.1 Sediment sampling point diagramN35麦泳诗等：广东省汕头市某电子垃圾拆解区河道底泥重金属污染特征及生态风险评价备用。底泥中 pH 采用玻璃电极法进行检测6，有机质采用重铬酸钾法进行检测7，重金属镉、砷、铅、铬、铜、锌、镍总量采用王水提取电感耦合等离子体质谱法进行检测8，重金属 Hg 总量采用微波消解/原子荧光法进行检测9。质量控制统计结果表明，方法空白样（MB）小于检测限，平行样品相对比差在 0.0016.6%之间，实验室控制样品回收率在 92.1%116%之间，基体加标回收率在 85.2%114.0%之间。1.3内梅罗综合污染指数法采用内梅罗综合污染指数法10对底泥进行环境质量评价，具体计算公式如下：22max112niiiPPnP=+=()()（1）式中，Pi为重金属 i 的单因子污染指数（底泥重金属基准值采用农用污泥污染物控制标准（GB42842018）中的“污泥产物理化指标”标准值（表 1）11）；P 为内梅罗综合污染指数；n 为重金属指标 i 的个数。内梅罗综合污染指数法评价标准见下表 1。表 1 污泥产物的污染物浓度限值 mgkg-1Table 1 Pollutant concentration limit of sludge products序号No.控制项目Control item污染物限值Pollutant limits1总镉（以干基计）32总汞（以干基计）33总铅（以干基计）3004总铬（以干基计）5005总锌（以干基计）306总镍（以干基计）1007总砷（以干基计）1 2008总铜（以干基计）5001.4生态风险评价方法根据重金属性质及其迁移行为特征，瑞典科学家 Hakanson12从沉积学角度提出了一套沉积物中重金属污染评价方法。该方法通过底泥浓度实测值与背景值的比值得到单项污染系数，然后引入重金属毒性响应系数，得到潜在生态危害单项指数，潜在生态危害单项指数分级见表 3，最后加权得到此区域底泥中重金属的潜在生态危害指数。单项重金属潜在生态危害指数 Er计算方法 如下：0CETCiri=（2）式中，Ci为底泥重金属的实测浓度（mg/kg）；C0为参比值，采用全球工业化前沉积物中重金属的最高背景值，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 依次 15、0.5、60、30、0.25、40、25、80（mg/kg）；Ti为重金属的毒性系数，Hakanson 提出As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的毒性系数分别为 10、30、2、5、40、2、5、1。多个重金属的潜在生态危害指数 RI 计算式如下，潜在生态风险指标等级划分见表 3。1RInriE=（3）式中，RI 为多个重金属的潜在生态危害指数。表 2 内梅罗污染指数评价标准Table 2 Evaluation criteria of Nemerow pollution index等级Class内梅罗污染指数 PNemerow pollution index污染等级Class of pollutionIP 0.7清洁（安全）II0.7 P 1尚清洁（警戒限）III1 P 2轻度污染IV2 P 3中度污染VP 3重污染表 3 潜在生态风险指数与等级划分Table 3 Potential ecological risk indicators and classification指标 Index分级 ClassificationEr 4040 Er 8080 Er 160160 Er 320Er 320单项生态风险低中较重重严重RI 150150 RI 300300 RI 600600 RI 1 200RI 1 200潜在生态风险低中高很高极高林 业 与 环 境 科 学2023 年8 月第 39 卷第 4 期361.5数据分析与处理使用 Excel 2016 对数据进行分析与处理，采用 AutoCAD 2014 及 OriginPro 2022 SR1 绘制图形。2结果与分析2.1底泥基本理化性质分析底泥的基本理化性质指标含水率、pH 及有机质含量检测结果统计见表 4。河道表层底泥的含水率较高，平均值为 71%。底泥 pH 均小于 7，呈酸性，这可能与电子垃圾拆解过程中废酸排放有关。底泥中有机质含量为 4%11.90%，明显低于农用污泥污染物控制标准（GB42842018）中的“污泥产物理化指标”标准值。2.2底泥重金属污染特征底泥重金属调查结果如下表5所示。研究区河道底泥中汞、镉、铜、铬、砷、镍、铅、锌的含量分别为0.592.75、0.1053.10、8.906 840.00、15.50251.00、5.001 780、6.00978.00、66.00555.00、45.00 1 060.00 mg/kg。各重金属元素平均值含量大小顺序 为 铜（2 605.19 mg/kg）锌（546.80 mg/kg）镍（393.33 mg/kg）铅（304.47 mg/kg）砷（230.40 mg/kg）铬（85.80 mg/kg）镉（19.43 mg/kg）汞（1.40 mg/kg）。一般认为变异系数 0.1 为弱变异，0.10.3 为中等变异，0.3 为强变异13，从各元素总量的变异系数来看，所有重金属元素均为强变异，可以看出，研究区域河道底泥受外界电子拆解活动影响较明显。参照农用污泥污染物控制标准(GB42842018)中的 A 级污泥产物标准，研究区域底泥存在重金属镉、铜、砷、镍、铅、锌超标准情况，其超标率分别为 90.48%、90.48%、71.43%、90.48%、47.62%、4.76%。可见，底泥不经处理用于耕地、园地牧草地将存在较大的重金属镉、铜、砷、镍、铅、锌等的污染风险。2.3底泥重金属污染评价研究区域底泥内梅罗综合污染指数计算结果如图 2 所示。可以看出，除点位 DN-10、DN-17以外，其他所有底泥点位的内梅罗综合污染指数均大于 1，说明河道底泥已普遍受到重金属的污染。其中，底泥点位 DN-03、DN-04、DN-19 的综合污染指数值大于 2、小于等于 3，处于中度污染，其他底泥点位的综合污染指数值均大于 3，呈现重度污染，重度污染率为 76.2%。因此，从内梅罗污染综合污染指数来看，研究河段底泥重金属表 4 研究区河道底泥基本理化性质指标检测结果统计Table 4 Statistics of the test results of the basic physical and chemical properties of sediment in the study area指标 Index最小值 Minimum最大值 Maximum平均值 AverageGB42842018含水率/%17.40 87.20 71.00 60pH5.90 6.47 6.20 5.58.5有机质/%4.00 11.90 7.88 20表 5 研究区河道底泥重金属含量分析统计Table5 Analysis and statistics of heavy metal content in sediment in the study area指标Index最小值/（mg kg-1）Minimum最大值/（mg kg-1）Maximum平均值/（mg kg-1）Average中值/（mg kg-1）Mid-value标准差SDStandard deviation变异系数 C.VCoefficient of variation超标率/%Over-limit rateA 级污泥产物标准/（mg kg-1）Criteria for Class A sludge product汞0.592.751.401.310.550.390.003镉0.1053.1019.4313.4015.750.8190.483铜8.906 840.002 605.192 070.001 905.930.7390.48500铬15.50251.0085.8064.0059.410.690.00500砷5.001 780.00230.4096.00434.491.8971.4330镍6.00978.00393.33297.00256.910.6590.48100铅66.00555.00304.47289.00143.330.4747.62300锌45.001 630.00546.80523.00276.570.514.761 20037麦泳诗等：广东省汕头市某电子垃圾拆解区河道底泥重金属污染特征及生态风险评价污染较为严重，应当引起重视。2.4底泥重金属生态风险评价2.4.1潜在生态风险指数 Er 对北港河支流各点位 8 种重金属的潜在生态风险指数 Er计算结果如图 3 所示。各单项重金属潜在生态危害指数 Er分 别为 EHg（94.40440.00）、ECd（6.003 186.00）、ECu（1.481 140.00）、ECr（0.528.37）、EAs（3.33 1 186.67）、ENi（0.3048.90）、EPd（13.20171.40）、EZn（0.5620.38）。各单项重金属潜在生态危害 指数 Er 平均值大小顺序为 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）。从 Er平均值可以看出，各类重金属污染生态风险分级，重金属 Cd 和 Cu 为严重风险，重金属 Hg 为重风险，重金属 As 为较重风险，重金属 Pb 为中风险，重金属 Ni、Zn、Cr 为低风险。2.4.2潜在生态危害指数 RI 从底泥多个重金属的潜在生态危害指数 RI 计算结果（表 6）可知，各点底泥潜在生态危害指数最小值为 132.60，最大值为 5 668.65，平均值为 1 982.97。总体来看，研究区域各底点位沉积物中重金属污染很高风险（600 RI1 200）的比例高达 90.47%，其中极高风险占比 66.67%，很高风险占比 23.80%。这说明，河流两岸电子垃表 6 研究区各点位底泥潜在生态危害指数 RITable 6 The calculation results of potential ecological hazard index RI of sediment at each point in the study area点位编号Point No.RI风险水平Risk level点位编号Point No.RI风险水平Risk levelDN-015 668.65极高风险DN-133 286.63极高风险DN-023 093.31极高风险DN-141 402.35极高风险DN-03832.62很高风险DN-154 879.55极高风险DN-04731.20很高风险DN-162 271.99极高风险DN-052 618.99极高风险DN-17132.60低风险DN-061 977.35极高风险DN-181 516.04极高风险DN-071 358.57极高风险DN-191 046.84很高风险DN-08888.72很高风险DN-201 258.67极高风险DN-091 058.94很高风险DN-213 266.71极高风险DN-10279.19中风险最小值132.60低风险DN-112 159.62极高风险最大值5 668.65极高风险DN-121 913.90极高风险平均值1 982.97极高风险DN-01DN-02DN-03DN-04DN-05DN-06DN-07DN-08DN-09DN-10DN-11DN-12DN-13DN-14DN-15DN-16DN-17DN-18DN-19DN-20DN-21010203040506070综合污染指数PComprehensive pollution index P点位Point position P值 P=1图 2 研究区河道底泥重金属内梅罗综合污染指数Fig.2 Nemerow comprehensive pollution index of heavy metals in river sedimentHgCdCuCrAsNiPbZn0500100015002000250030003500潜在生态风险指数Er 25%75%1.5IQR内的范围 中位线 均值 异常值图 3 研究区河道底泥重金属单因子潜在生态风险指数Fig.3 Single factor potential ecological risk coefficient of heavy metals in river sediment in the study areaEr林 业 与 环 境 科 学2023 年8 月第 39 卷第 4 期38圾拆解活动对河道底泥产生了较为严重的污染，研究区域底泥生态系统存在较大的危害风险，亟需采取有效的工程措施开展底泥的生态恢复工作。3结论与讨论重金属具有高毒性、难降解和高累积性14,对河道生态系统会造成较大影响，通过研究广东省汕头市某电子垃圾拆解区河道底泥重金属污染特征，评价底泥重金属生态污染风险，得出的主要结论如下。受历史上河道两岸电子垃圾拆解活动的影响，北港河支流表层（00.5 m）底泥 pH 呈酸性，含水率较高，平均值达 71%，而有机质含量较低。重金属污染指标中，镉、铜、砷、镍、铅、锌超过GB42842018 中的 A 级污泥产物标准。电子垃圾主要成分为废旧线路板、废旧电子电器，其含有大量镉、铜、镍、铅、锌等物质15，研究区河道底泥的重金属污染与电子垃圾拆解活动关联性紧密。此外，“烧板”作为电子垃圾拆解过程中的重要工艺，在生产过程中需要焚烧大量的燃煤16，因此，研究区河道底泥中砷污染物可能来源于燃煤。内梅罗综合污染指数法兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，可以突出污染较重的重金属污染物的作用。基于内梅罗综合污染指数的评价结果表明，河道底泥整体重金属呈现重度污染，重度污染比率为 76.2%。从图 2 研究区各点位河道底泥重金属内梅罗综合污染指数分布情况可以了解到，靠近军寮水闸处的 DN-01 点位的内梅罗综合污染指数值 P 最高，这可能是因为该区域河床底部较低，军寮水闸长期关闭，重金属污染物容易在此处淤积有关。后期污染治理过程应当以该区域为重点，优先开展重污染区域的综合治理工作。基于潜在生态危害指数的评价结果表明，各单项重金属潜在生态危害指数 Er平均值排序为 Cd Cu Hg As Pb Ni Zn Cr，其中，Cd、Cu 为严重风险，Hg 为重风险，As 为较重风险，Pb 为中风险，Ni、Zn、Cr 均为低风险。基于多个重金属的潜在生态危害指数 RI 计算结果表明，各底泥调查点位综合潜在生态危害指数极高风险比率为 76.19%，很高风险比率为 23.81%，河道底泥存在较为严重的生态风险，亟需开展相应生态修复措施。参考文献1 李召旭.河道底泥环境污染特征与原位生物修复研究进展分析J.工程技术研究,2023,129(1):68-70.2 李悦昭,陈海洋,孙文超.“河-湖”沉积物重金属环境特征及来源解析J.环境科学,2020,41(6):2646-2652.3 胡明,薛娇,严玉林,等.北京市特征河流沉积物重金属污染评价与来源解析J.中国给水排水,2021,37(23):73-81.4 宫健,王耀锋,李强,等.某区饮用水源地重金属分布特征、污染评价及源解析J.环境化学,2022,41(7):2276-2288.5 彭晓悦,郑晓婷.汕头市贵屿镇电子垃圾拆解业发展问题研究J.中外企业家,2017(9):25-27.6 中华人民共和国农业部.土壤检测第2部分:土壤pH的测定:NY/T1121.2-2006S.北京:中国标准出版社,2006.7 中华人民共和国农业部.土壤检测第6部分:土壤有机质的测定:NY/T1121.6-2006S.北京:中国标准出版社,2006.8 环境保护部.土壤和沉积物12种金属元素的测定王水提取-电感耦合等离子体质谱法:HJ803-2016S.北京:中国标准出版社,2016.9 环境保护部.土壤和沉积物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解/原子荧光法:HJ680-2013S.北京:中国标准出版社,2013.10 张豪华,叶强,鲍子禹,等.深圳大鹏半岛国家地质公园土壤理化性质分析与生态评价J.林业与环境科学,2023,39(1):71-80.11 国家市场监督管理总局,中国国家标准化管理委员会.农用污泥污染物控制标准:GB42842018S.北京:中国标准出版社,2018.12 HakansonL.An ecological risk index for aquatic pollu-tion control.a sedimentological approachJ.Water Re-search,1980,14(8):975-1001.13 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