含重金屬底泥污染評(píng)價(jià)及無(wú)害化處理方法

田明磊，陳俊，盧瑋，申云飛，申強(qiáng)利，王武濤

（1.河南省深部探礦工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450053；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450053）

1 中國(guó)水體底泥重金屬污染現(xiàn)狀

從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始，國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注底泥重金屬污染問(wèn)題，針對(duì)國(guó)內(nèi)主要河流、湖泊等水域底泥的重金屬污染情況作了相關(guān)調(diào)查與研究，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)調(diào)查水體底泥重金屬（一種或多種）的含量高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，特別是受重金屬冶煉與加工、礦山開(kāi)采、電池制造等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量廢氣、廢水、固體廢棄物影響的水體，其底泥重金屬污染嚴(yán)重，重金屬種類(lèi)主要為銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）、錳（Mn）等。

鄭中華等研究分析指出淮河干流底泥中重金屬Cd為重度危害程度，As、Cr、Cu、Pb和Zn為輕微生態(tài)危害程度，單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度從大到小依次為Cd、As、Cu、Pb、Cr和Zn；趙長(zhǎng)坡發(fā)現(xiàn)賈魯河沉積物中重金屬以多種形態(tài)存在，其中Mn和Zn 主要以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的形式存在，重金屬濃度的范圍排序?yàn)镸n＞Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Cd，但是重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)程度與濃度排序略有區(qū)別Zn＞Cd＞Mn＞Cu＞Ni＞Cr。另外，本文作者也搜集整理了長(zhǎng)江下游、珠江下游、黃河包頭段及巢湖底泥重金屬的平均含量，發(fā)現(xiàn)部分重金屬指標(biāo)平均含量超過(guò)中國(guó)通用規(guī)范《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）（GB 15618-2018）》中所列土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。

2 底泥污染程度評(píng)價(jià)方法

2.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法采用式（1）：

式中：PN為采樣點(diǎn)重金屬的綜合污染指數(shù)；Pi最大和Pi均分別是i采樣點(diǎn)中最大單項(xiàng)污染指數(shù)和平均單項(xiàng)污染指數(shù)，由此可見(jiàn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是一種綜合評(píng)價(jià)方法，不僅反映每一種重金屬對(duì)環(huán)境的作用，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了高含量（濃度）重金屬對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

2.2 地累積指數(shù)法

由德國(guó)海德堡大學(xué)學(xué)者M(jìn)uller（1969年）提出，是借助某一重金屬當(dāng)?shù)赝寥乐械牡厍蚧瘜W(xué)背景值與采樣點(diǎn)沉積物中該重金屬的總含量實(shí)測(cè)值的關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)重金屬的污染程度，該方法最大的特點(diǎn)是考慮了自然界地質(zhì)因素會(huì)引起背景值變化這一情況。

式中：Igeo為地累積指數(shù)；Ci為采樣點(diǎn)某一重金屬的實(shí)測(cè)含量；Bi為當(dāng)?shù)啬骋恢亟饘俚牡厍蚧瘜W(xué)背景值；K為地質(zhì)因素對(duì)背景值的影響系數(shù)，取1.5。地累積指數(shù)法污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 地累積指數(shù)法污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法最早由瑞典湖泊沉積學(xué)專(zhuān)家霍坎松提出的一種運(yùn)用沉積學(xué)原理并結(jié)合重金屬生物毒性來(lái)評(píng)價(jià)重金屬污染程度的方法，該方法同時(shí)考慮了重金屬的濃度影響、多種重金屬的共同作用影響和生物毒性影響。

表3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)表

3 重金屬污染底泥無(wú)害化處理方法

3.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)是指通過(guò)一定的技術(shù)和手段將重金屬污染底泥分離出來(lái)，或者阻斷其與水體接觸。如進(jìn)行河道清淤疏浚直接挖除污染底泥、表面覆蓋底部襯墊封蓋掩蔽，物理修復(fù)是最通用的修復(fù)法，其工藝簡(jiǎn)單、效果好，缺點(diǎn)是施工需占用大面積場(chǎng)地，對(duì)河道生態(tài)環(huán)境干擾大，處理工程量大，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)，適合規(guī)模小、污染程度高的修復(fù)工程。

此外電級(jí)驅(qū)動(dòng)物理修復(fù)技術(shù)針對(duì)重金屬污染也有很好的修復(fù)效果，在濕度較高的底泥中采用兩級(jí)通電技術(shù)，重金屬離子在復(fù)雜的電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)下富集在電極區(qū)，從而分離出底泥中的重金屬。

3.2 化學(xué)修復(fù)

除了上述的物理修復(fù)，還有發(fā)展較早的化學(xué)修復(fù)技術(shù)，通過(guò)對(duì)底泥施加化學(xué)改良劑，使底泥中的重金屬氧化還原、拮抗、吸附或沉淀，降低土壤中重金屬的活性，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)重金屬污染的目的，主要包含超臨界液相萃取技術(shù)、固化—穩(wěn)定化技術(shù)、化學(xué)淋洗技術(shù)等。該方法修復(fù)效率高、易操作、速度較快，缺點(diǎn)是治理成本高，修復(fù)治理深度受限，穩(wěn)定性差，可能會(huì)造成二次污染。

3.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)技術(shù)其原理是利用植物或微生物代謝功能活動(dòng)來(lái)富集、容納、轉(zhuǎn)化及降解底泥中的重金屬，降低生物毒性或使重金屬濃度達(dá)到可接受的水平，主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)及多種生物的聯(lián)合修復(fù)等。植物修復(fù)又可分為植物固化、植物提取、根系過(guò)濾等類(lèi)型，其中根系過(guò)濾技術(shù)比較適合河道底泥的原位修復(fù)，一般選取水生或半水生植，其物龐大的根系能夠有效地過(guò)濾、富集重金屬，孔皓對(duì)上海市中小型河道水生植被的重金屬累積特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)苦草、水盾草對(duì)多種重金屬有較強(qiáng)的富集能力，黑藻、蘆葦與沉積物中Cu、Ni、Pb、Cr 的含量呈顯著正相關(guān)。

植物修復(fù)無(wú)需清挖污染土和運(yùn)輸，不會(huì)造成二次污染；在消除底泥中重金屬污染的同時(shí)凈化了水質(zhì)、美化了河道景觀，且成本低于傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)在重金屬治理方面有良好的應(yīng)用前景。植物修復(fù)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，修復(fù)植物種類(lèi)篩選困難，因此選育出適應(yīng)多種重金屬的超富集植物是植物修復(fù)技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

4 結(jié)論與建議

重金屬污染河道底泥已然成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可避免的環(huán)境問(wèn)題，文章對(duì)中國(guó)河道底重金屬污染現(xiàn)狀、重金屬污染程度評(píng)價(jià)主要方法及底泥無(wú)害化處理技術(shù)進(jìn)行評(píng)述，認(rèn)為可采用文中所述的重金屬污染評(píng)價(jià)方法對(duì)底泥污染程度進(jìn)行先定性再定量綜合評(píng)價(jià)，制定合理、有效的河道底泥無(wú)害化處理方案。河道底泥的研究今后可以在以下方面著力：①完善底泥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，將重金屬對(duì)生物體的影響加入評(píng)價(jià)體系。②生物修復(fù)中微生物群落結(jié)構(gòu)和超富集植物的研究是生物修復(fù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。③底泥性質(zhì)與土壤性質(zhì)比較接近，且營(yíng)養(yǎng)成分豐富是潛在的資源，經(jīng)無(wú)害化處理后的底泥資源化利用。