饮用水源地河流重金属和氟化物污染特征与风险评估——以连云港市为例

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饮用水源地水质保障是水环境保护的核心问题,重金属污染问题在保护人群健康和饮水安全尤为敏感。连云港市地处淮河流域末梢,随着南水北调工程的推进实施和苏北地区社会经济的快速发展,连云港市水环境压力持续增大,饮用水水质保障已成为制约连云港实现全面小康社会建设目标的重要制约因素。根据连云港市饮用水源地的规划,总体按沿程均匀布置原则,综合考虑河流交汇、城镇和污染源等因素在布设了8个底泥采样点,并采集周围土壤样品7件,根据水源水质的分析结果,确定了底泥和土壤样品中的重金属分析因子,分析了底泥样品的重金属含量水平和形态分布与土壤样品的重金属含量水平。研究了连云港饮用水源地上游底泥和河岸土壤重金属的污染强度和空间分布特征,利用多元统计分析,探究了重金属、氟化物污染物可能来源,根据底泥重金属形态分布特征,解析底泥重金属形态分布特征及迁移能力,并对水源地重金属污染进行风险评估。主要研究内容及成果如下:  1.底泥中的所有元素平均值均超过选取的底泥背景值,土壤中Cd、Cu、Hg、Pb和Zn元素的平均值超过选取的土壤背景值。饮用水源地上游Cd、Cu、Hg和Pb等元素含量已经不同程度地受到人类活动的影响。  2.基于多元统计的重金属污染来源分析:运用相关分析得出,Cd、Cu和Zn相关系数较高,其具有相同的来源。主成分分析得出,Cu、Pb和Zn在第一主成分上的负荷较高,反映了它们的富集程度和来源。聚类分析得出,第一类包括As、Cd、Cu、Hg和Pb,第二类包括Cr和Zn,第三类包括氟化物,相同类别元素来源具有一致性。  3.Cd以碳酸盐和铁锰氧化态为主,Zn残渣态占比最高,Zn在正常的水环境条件下最为稳定。六种重金属的迁移能力由高到低为Cd>As>Ni>Cu>Pb>Zn,Cd被认为是连云港水源地河流底泥向水中释放的高风险因子,其在水环境pH、共存离子等条件发生变化时可释放到水体。与其他重金属相比,Cd综合污染系数相对较高,尤其在土壤中。与基于重金属形态的评价结果对照,主要重金属因子的综合污染系数与迁移能力的结果相一致。且Cd在丰水期浓度显著高于枯水期,与底泥迁移能力分析结果相一致。  4.选取pH、N、S、C1、P和K2O等常量元素以及重金属元素,运用Pearson相关分析,对氟化物与常量和重金属元素进行相关性分析。P元素是影响底泥与土壤中氟化物污染的共同因子。底泥和土壤中氟化物与重金属元素均呈正相关,其来源具有一致性。从评价结果上看,连云港饮用水源地上游底泥和土壤中氟化物处于轻度污染水平。  5.基于2014年8月至2015年10月沭新渠断面水质监测数据,本文所选的毒理指标和化学指标均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。从沭新渠水源地保护区污染源的调查结果上看,污染源对沭新渠水质不产生环境方面的负效应。基于总量和形态的重金属污染评价,从整体上看,连云港饮用水源地上游底泥重金属处于中等污染水平,饮用水源地水质存在一定程度的生态风险。  本文对连云港饮用水源地上游河段水体-底泥-土壤中重金属和氟化物污染特征进行研究,从现状了解上游水质状况,为水源地风险评估提供一定的依据,具备重要的现实意义,以期为水源地污染治理提供依据。
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