河流底泥重金屬污染治理的研究進展

李恩浩

摘 要：河流底泥重金屬污染已成為嚴峻的環(huán)境問題，本文從河流底泥重金屬來源、危害、評價方法和治理措施介紹了河流底泥重金屬污染治理的研究進展。地積累指數(shù)法可以直觀的分析各重金屬的污染程度，潛在生態(tài)危害指數(shù)法能夠準(zhǔn)確地的評價重金屬的潛在生態(tài)危害，兩者結(jié)合使用能夠形成相對完整的評價體系。生物修復(fù)技術(shù)主要通過植物，微生物和動物對重金屬的吸附、轉(zhuǎn)化和固定作用去除底泥中的重金屬，耗能低且對環(huán)境友好，應(yīng)用前景廣泛，可成為我國河流底泥重金屬污染生態(tài)修復(fù)的重要技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：河流底泥;重金屬;研究進展

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，大量重金屬污染物排入河流，形成富含重金屬的河流底泥。重金屬污染具有隱蔽性強、毒性大、危害期長和不可逆轉(zhuǎn)等特點，給河流生態(tài)系統(tǒng)和人體健康帶來嚴重危害。此外，重金屬污染的河流底泥可作為污染源對河流生態(tài)系統(tǒng)和人體造成二次污染。本文將從河流底泥重金屬來源，危害，評價方法和治理措施介紹了河流底泥重金屬污染治理的研究進展，為我國河流生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)支撐。

一、河流底泥重金屬來源

河流底泥（沉積物）是河流系統(tǒng)的重要組成部分，可作為“匯”富集進入河流的污染物。河流底泥中重金屬的來源包括自然來源和人為干擾輸入。重金屬作為地殼構(gòu)成的組成元素，在河流底泥中分布廣泛;人為干擾輸入主要包括工業(yè)污染、城鎮(zhèn)污水、農(nóng)業(yè)污染和大氣污染物沉降等。圖1為河流底泥重金屬的人為干擾輸入源圖。

河流底泥重金屬污染源的識別，微觀上對重金屬在底泥中的轉(zhuǎn)化行為及其與水生生物的關(guān)系等方面的機理研究提供相應(yīng)支撐;宏觀上對底泥環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價及對污染底泥治理提供重要依據(jù)。

二、底泥重金屬的污染及危害

重金屬一般指密度大于5.0g/cm3的金屬，主要包括鋅（Zn）、銅（Cu）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）以及類金屬砷（As）等。重金屬污染是指重金屬及其化合物在環(huán)境中造成的污染。

重金屬進入水體后，大部分與懸浮物快速結(jié)合，最終沉入底泥。底泥是河流重金屬污染物的主要歸宿。當(dāng)?shù)啄嗟臈l件發(fā)生變化時，底泥中的重金屬重新轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)釋放到水體中。

河流底泥中的重金屬具有較高的生態(tài)風(fēng)險，進入水體的重金屬不能被生物降解，通過食物鏈產(chǎn)生生物富集濃縮效應(yīng)在生物體內(nèi)累積，最終影響河流生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。重金屬可通過兩種途徑進入生物體中，一種是重金屬的游離分子和簡單絡(luò)離子直接被生物體吸收，并在生物體內(nèi)產(chǎn)生危害，另一種是河流底棲動物攝食沉積物，通過食物鏈傳遞富集。世界八大公害事件之一的“水俁病”的病因是水俁灣附近居民長期食用被汞嚴重污染的水產(chǎn)所致。

三、河道底泥重金屬污染評價方法

目前，國內(nèi)外河流底泥重金屬污染的評價方法有多種，常用方法有地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法。

（一）地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)法側(cè)重點在于模擬重金屬分布的自然變化特征，不僅考慮了自然地質(zhì)過程造成的背景值的影響，同時也考慮了人為活動對重金屬污染的影響，是評價河流底泥重金屬污染程度的重要參數(shù)。

地積累指數(shù)法的計算公式如下：。其中，Cn為元素n在沉積物中的含量;Bn為沉積物中該元素的地球化學(xué)背景值;k為考慮各地巖石差異可能會引起背景值的變動而取的系數(shù)（一般取值為1.5）。

根據(jù)地質(zhì)累積指數(shù)的計算結(jié)果，河流底泥重金屬污染程度可分為7個級別：當(dāng)Igeo<0時，污染級別為0級，表明河流底泥無污染;當(dāng)0≤Igeo<1時，污染級別為1級，表明河流底泥無污染到中度污染;當(dāng)1≤Igeo<2時，污染級別為2級，表明河流底泥中度污染;當(dāng)2≤Igeo<3時，污染級別為3級，表明河流底泥中度污染到強污染;當(dāng)3≤Igeo<4時，污染級別為4級，表明河流底泥強污染;當(dāng)4≤Igeo<5時，污染級別為5級，表明河流底泥強污染到極強度污染;當(dāng)Igeo≥5時，污染級別為6級，表明河流底泥極強污染。

（二）潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法側(cè)重點在于評估重金屬對環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的影響，主要是基于不同重金屬具有不同的生物毒性，從而造成不同的生態(tài)危害。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法的計算公式如下：

其中，為潛在生態(tài)危害單項系數(shù);為某一種金屬的毒性響應(yīng)系數(shù);為單向污染系數(shù);為表層土壤重金屬濃度實測值;為參比值。

根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)的計算結(jié)果，河流底泥重金屬污染程度可分為4個級別：當(dāng)時，表明河流底泥為非污染;當(dāng)時，表明河流底泥為輕微污染;當(dāng)時，表明河流底泥為中度污染;當(dāng)時，表明河流底泥為重度污染。

每種評價方法都有自身的適用范圍，單一的評價方法往往具有局限性，不能客觀地反應(yīng)真實情況。因此，在實際評價過程中，往往采用兩種或兩種以上的方法綜合評價。地積累指數(shù)法可以直觀的分析各重金屬的污染程度，潛在生態(tài)危害指數(shù)法能夠準(zhǔn)確地的評價重金屬的潛在生態(tài)危害，兩者結(jié)合使用能夠形成相對完整的評價體系。

四、河流底泥重金屬的處理方法

污染的沉積物會對水體產(chǎn)生二次污染，并對水生生物和人體造成危害。根據(jù)技術(shù)原理的不同，河流底泥重金屬的處理方法分為物理修復(fù)技術(shù)，化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。

（一）物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)能夠快速高效地解決河流底泥重金屬污染的問題，但其可實施性受環(huán)境因素限制較大，并會對水生生物的棲息環(huán)境造成影響，破壞河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡。常用的物理修復(fù)技術(shù)包括底泥疏浚技術(shù)和覆蓋技術(shù)。

（1）底泥疏浚技術(shù)。底泥疏浚技術(shù)是利用機械的措施挖除河流表層污染底泥以減少底泥污染物釋放的技術(shù)，見效快且效果好，但疏浚的費用及疏浚后的底泥處理費用都比較昂貴，并且對河流水生生物的棲息環(huán)境造成直接破壞，這些成為限制底泥疏浚技術(shù)使用的因素。美國馬薩諸塞州的New Bedfold港利用底泥疏浚技術(shù)有效地解決了沉積物中的重金屬的釋放污染水體的問題。