电厂排水口附近海域pH与重金属的耦合关系*

刘耀谦，孙省利

(广东海洋大学海洋资源与环境监测中心，广东　湛江　524088)



电厂排水口附近海域pH与重金属的耦合关系*

刘耀谦，孙省利

(广东海洋大学海洋资源与环境监测中心，广东湛江524088)

2015年3月至2016年2月对湛江钢铁自备电厂海水脱硫工艺排水口附近海域的pH值和重金属浓度进行了连续监测和调查，分析了排水对受纳水体pH和重金属浓度的影响范围和影响程度，探讨了pH与重金属浓度的耦合关系。结果表明pH和重金属浓度受电厂排水影响的范围较小，分别为1000 m和500 m；对两者进行Pearson相关分析，结果为海水中溶解态的Cu、Zn、总Cr、Ni、Cd和Pb的浓度与pH值呈负相关。

海水脱硫工艺排水；pH值；重金属浓度；耦合关系

1　实　验

1.1样品采集

根据电厂排水以排水口为中心呈辐射扩散的特性，在湛江钢铁自备电厂的排水口附近海域布设了5个调查断面，共18个调查站位，其中排水口处设1个站位；以北和以东方向各4个站位，分别距排水口100、500、1000、2000 m；以西布设了5个站位，10～13站位同上，14站位距排水口3000 m；东北和西北方向各设有两个站位,距离排水口500 m和1000 m。具体站位分布如图1所示。海水样品的现场调查和采集为每月涨潮期和落潮期各采一次，具体时间为2015年2月-2016年2月。依照《海洋调查规范》(GB12763-2007)和《海洋监测规范》(GB17378-2007)的要求，用泵吸法采集水面下0.5 m处的表层水，使用预先处理过的10 L聚乙烯容器盛装水样，将样品带回实验室进行分析。

图1　调查站位布设

1.2样品的测试

pH值使用美国热电，A221型pH计测定，采用电位计法。重金属的测定：利用Agilent Technologies 7500cx电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对样品进行测试。为了保证测试结果的准确性，用海水中微量元素标准物质[国家海洋局第二研究所，批号GBW(E) 080040]作为质控样品，各元素的样品加标回收率均在 90%～110%之间，精密度优于5%。数据统计分析使用Excel2010软件完成，采样站位图和等值线分布图由Surfer 8.0软件生成，相关关系分析的统计过程使用SPSS 17中的Pearson相关性分析完成。

2　结果与讨论

2.1排水口附近水域pH的分布

湛江钢铁自备电厂排水口附近海域pH值分布情况如图2所示。本研究以1、5、13站位分别作为排水口北、东、西方向的对照点，pH变化范围是7.95～8.08。监测期间，排水口的pH变化范围为7.14～7.65，在距排水口1000 m处时，pH值均与对照点一样，其中东北和西本方向的站位都没有受到排水的影响。

由图2可以看出pH的分布受到海水潮流涨落的显著影响。涨潮时主要影响的是排水口以西的海域，距排水口100 m范围内pH值较低，受到排水的影响较大；扩散至500 m处时，在大潮期pH基本都能达到正常范围，小潮时1000 m处pH值与自然水体一致。对于落潮，受影响的海域在排水口以东，距排水口100 m的8站位pH值在小潮期时比排水口处上升约0.2，大潮期时甚至能升高0.8，扩散到7站位时，pH值基本已至对照值，个别小潮期的水体在距排水口1000 m处才不受影响。小潮比大潮期影响范围广。在大潮期，排水口处pH值大于7.50时，排水的影响不超过100 m的断面；当pH值低于7.50时，500 m处均能不受脱硫工艺排水的影响。而在小潮期，500 m以内都会被排水所影响，1000 m之外的海域pH值不受排水所影响。以北方向的pH值在500 m处的3站位与自然水体无明显差异，但是从4站位的pH值的变化能发现大潮期受影响较小，而小潮期时受到脱硫排水的影响较明显。

图2　pH值的水平分布

2.2排水口附近水域重金属浓度的分布

本研究对Cu、Zn、总Cr、Cd、Pb、Ni六种重金属的浓度进行了分析测试，受纳海域重金属浓度均未出现显著升高的现象，所有重金属浓度均满足《海水水质标准》(GB3079-1997)中第二类海水水质标准的要求。受纳海域Cu的浓度变化范围为2.16～4.41 μg/L。从图3分析，落潮期间，排水口500 m内海域受到影响较为明显，Cu的浓度增加；涨潮期间，海上作业活动以及附近码头的污染使Cu的浓度变化幅度超过排水的影响。Zn的浓度最大值为9.20 μg/L，出现在大潮落潮时期排水口处。Zn的浓度在排水口处增加了2～4 μg/L，不过排水的影响仅限于排水口500 m范围内。总Cr的浓度在0.37～1.00 μg/L范围，均较小。从图5中可以发现排水口处总Cr的浓度受排水影响明显，浓度值均较高。但是在小潮涨潮期间，距离排水口1000 m以外的海域受到人类活动的影响，浓度较高。Cd的浓度很低，为0.09～0.21 μg/L。Cd在海水中主要存在的状态为CdCl2胶体，海洋动植物生长时对其吸收作用会增加，会造成Cd的浓度在小范围内出现波动。由图6，Cd的浓度受到脱硫工艺排水的影响，大潮涨潮和小潮落潮期间这种影响较大。Pb的浓度范围为0.40～1.81 μg/L。由图7，在小潮落潮期排水口处海水中Pb的浓度明显增加；其他潮期在航道和码头处浓度也有所变大，这与使用含铅柴油的船只尾气排放有关[11]。Ni的浓度为2.40～4.22 μg/L，整体分布较为均匀，在排水口附近100 m内海域中浓度有轻微的上升。

图3　Cu的水平分布

图4　Zn的水平分布

图5　总Cr的水平分布

图6　Cd的水平分布

图7　Pb浓度的水平分布

图8　Ni的水平分布

2.3pH与重金属浓度的耦合关系

pH与重金属浓度的Pearson相关分析结果如表1所示，Zn、总Cr、Pb、Ni的浓度与pH之间呈负相关关系。在大潮期Zn与pH值的相关性极显著；总Cr在大潮落潮期间与pH值在 0.01 水平上显著相关；Pb在小潮落潮期与与pH值的相关系数为-0.666。其中，Zn与pH值相关系数的绝对值最大，其次为Pb，表明Zn与Pb的浓度对pH值的变化较敏感，pH值微弱的降低也可以促进海水中Zn与Pb浓度的增加。Cd与pH之间也存在着呈负相关关系，但是该海域Cd的浓度很低，因此对pH值变化的响应程度较弱。而且受到其他因素的干扰时，其浓度也会增加，当干扰较大时，pH的变化对Cd浓度的影响程度会相对不明显。表中显示Cu在落潮时与pH之间呈显著负相关，而在涨潮时，则相反。根据图3中Cu的水平分布可以看出，这种结果是因为11和12站位处Cu的浓度较大导致的，涨潮时，海水向西流动，而落潮时，海水向东，因此落潮时排水口处也会受到11、12站位的影响，叠加效应使得其浓度较高。11和12位于电厂自建码头附近，这个位置在监测期间有一艘大型的船只，这有可能是造成海水中Cu浓度增加的原因。

综上，这六种重金属与pH之间均呈负相关关系。随着pH值的降低，表层海水中溶解态的重金属会发生不同程度的离子交换、解析等理化作用，浓度也会有差异地增加[12]。排水口位于湛江湾口，潮汐作用较强，海底沉积物在潮流动力作用下向上悬浮，较低的pH促进沉积物释放出重金属，也会促进排水口附近海域重金属浓度增加。

表1　重金属的浓度与pH的Pearson相关系数

*在 0.05 水平(双侧)上显著相关；**在 0.01 水平(双侧)上显著相关。

3　结　论

湛江钢铁自备电厂海水脱硫工艺排水对附近海域水体中pH和重金属影响较小。pH值在排水口处会有明显的降低，但是这种影响的范围较小，大潮时期，排水口100 m以内的范围pH值会明显降低，超过500 m的海域不受影响；小潮时期，海水交换强度较小，距排水口1000 m外的海水不受影响。重金属的浓度变化较小，监测期间重金属的浓度均符合第二类海水水质标准的要求，受影响范围在排水口500 m以内。由于海上作业活动以及附近码头带来的污染，重金属也会出现偶然的浓度增加，但是研究海域处于强流区，海水交换迅速，大量急速流动的海水加快了对其的稀释作用。综合来看，在由电厂排水形成的天然pH值梯度的海域，溶解态的Cu、Zn、总Cr、Ni、Cd和Pb的浓度与pH值呈负相关，其中，Zn、总Cr、Pb与pH值间的负相关关系较为显著。

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Relationship between pHand Heavy Metals in Sea Area near Outfall of Power Plant*

LIU Yao-qian,SUN Xing-li

(Monitoring Center of Ocean Resource and Environment,Guangdong Ocean University,Guangdong Zhanjiang 524088,China)

The pHand concentration of heavy metals of surrounding sea area that influenced by discharge from flue gas desulfurization system in Zhanjiang power plant were investigated from March 2015 to February 2016.The range and extent of effects of discharge and the relationship between pHand heavy metals were analyzed.The results showed that the discharge of power plant affected pHand concentration of heavy metals in small range,1000 m and 500 m respectively.The Pearson correlations analysis had led to a conclusion that the concentration of heavy metals was negative correlative to the pH.

discharge from flue gas desulfurization system; pH; the concentration of heavy metals; relationship

海洋公益性行业科研专项经费项目：海洋风电、海水淡化及脱硫生态监测与评估技术集成及应用(No:2014418018)。

刘耀谦(1990-)，女，硕士研究生，主要从事海洋生态学的研究。

孙省利(1963-)，男，教授，博士，从事海洋资源与环境研究。

X820.3

A

1001-9677(2016)011-0179-04