黑臭底泥中重金属潜在生态风险和分布特征

刘品祯

（黔南民族师范学院，贵州 都匀 558000）

引言

随着工业经济的发展，污染物通过废水排放等途径进入底泥，造成污染日益加剧。近年来黑臭水体在许多城市中普遍出现。重金属由于易致癌等特性是黑臭底泥治理难点，关注重金属底泥分布对评价生态风险具有重要意义。目前评价重金属生态风险方法包括RAC 与RI 法，BCR 提取法因其重现性好应用广泛。本文分析重金属在底泥不同粒径颗粒分布，比较RI法与RAC 法对重金属在底泥中生态风险评估结果，为客观评估城市黑臭底泥重金属生态风险提供参考。

1 河湖底泥重金属污染分析研究

水是世界宝贵资源，水资源关系到国家兴衰，随着生态文明建设推进，城市河道在城市环境净化等方面发挥重要作用[1]。随着城市进程加快，工业生产废水排放量与日俱增，底泥重金属污染不断呈现恶化趋势，大量氮磷污染物流入城区河道，对人体健康产生危害。河湖水环境呈现恶化趋势，城区河道通常伴随黑臭等环境问题产生，影响居民正常生活。底泥是河湖污染物富集地，各种污染物以吸附等作用转为固态，影响水生物健康。

底泥是河湖生态系统的重要部分，有些污染物未经处理进入河道，导致河道底泥受污染日益严重，污染物通过富集放大影响人类健康。河湖底泥污染外部来源主要是生活废水及农业灌溉用水等，随着人们对生态环境要求提高，对水环境污染控制研究转向底泥[2]。我国学者对国内大型河湖水库重金属迁移转化进行分析，许多专家利用不同评价法对底泥重金属含量进行评价。有些学者研究底泥总氮含量垂向分布关系。一些文献对黄淮等河段重金属研究表明，大多数高浓度污染伴随有机污染。21 世纪后河道底泥污染严重，间接影响人类正常生产生活。

城区周边河湖是污染物重要纳污载体，随着水污染治理工作推进，积累污染物底泥不受重视导致加剧重金属含量超标等系列环境问题出现。河道底泥污染类型包括重金属与营养元素污染等[3]。河湖中进入水体重金属相互转化形态，外部水环境条件改变，底泥重金属释放通过生物链富集转化。氮磷元素导致河湖水质富营养化重要原因，农药化肥使用过量氮磷元素进入水体，大部分元素沉淀富集在河道底泥中，环境容量无法满足污染物浓度，加剧水体富营养化进程。

2 城市河道底泥重金属污染评价治理

河道底泥是复杂的混合物，对污染底泥修复是河道综合治理重要部分[4]。目前河道污染底泥治理常用技术包括原位与异位修复技术，重金属是密度大于4.5 g/cm3的金属，土壤中重金属随雨水进入水体污染底泥。农业生产中使用含重金属污水灌溉造成突然重金属污染[5]。

自20 世纪50 年代后人们开始关注重金属对环境生态的影响，人们认识到可持续发展与自然环境依存关系。20 世纪70 年代后国外研究者对洛杉矶湾等水体与底泥重金属污染进行大量研究。研究发现河湖底泥富集铅锌贡等重金属，导致对沉积物栖息生物产生有害影响。我国自70 年代后开展底泥直升机研究，21 世纪后逐渐重视底泥重金属生态风评，研究发现太湖沉积物中重金属处于安全状态。污染严重的城市河道疏浚底泥富含污染物，重金属可通过农作物污染地下水，底泥利用前预处理常用方法包括生物淋滤法等。

城市黑臭水体整治应遵循内源治理，生态修复基本技术路线，可将治理技术分为内源控制技术等类型，黑臭水体整治技术选择应遵循综合性等原则。外源减排技术包括面源污染控制等，截污纳管技术是沿河岸修建截流管道，超出水量通过截流管道溢流进入水体，截污纳管是黑臭河道综合治理技术中最关键的措施。截污纳管工程实施中普遍存在大截流倍数问题。面源污染是非点源排出环境污染物，包括农药化肥等地表固体废物，面源污染控制技术主要包括初期雨水净化技术，生态护岸技术等。

3 黑臭底泥重金属潜在生态风险与分布调研研究

国内外对重金属污染物研究系统全面，主要内容包括重金属来源等；研究领域涉及河湖水库湿地海滩等底泥。有学者研究选择某城市AJC 河道为采样点，样品采集根据GB 17378.3 执行，采集上覆水体。底泥样品利用筛网分离不同粒径颗粒。上覆水体水质指标中采用哈希HQ40D 测定仪测定pH，重金属消解后采用电感耦合等离子发射光谱法测定重金属元素含量。底泥重金属形态分析依据BCR 法，各步骤提取液重金属含量采用ICP-OES 测定。研究在室温下模拟投加硝酸钙进行底泥原位修复反硝化除硫效果，温度低于15 ℃硫化物去除缓慢，从生物角度解释硝酸钙对底泥硫化物去除机理。重金属元素潜在生态风评分级标准，如表1 所示。

表1 重金属元素潜在生态风评分级标准

重金属在底泥中分布不均，底泥颗粒对重金属富集能力逐渐增强。由于底泥颗粒粒径减小，对重金属吸附作用增强。细颗粒中次生矿物含量高，如碳酸盐等，较粗颗粒由石英等组成，底泥中较细颗粒对水体环境产生影响更大。分析底泥中重金属含量分布图，同元素不同赋存在不同采样点分布规律相似，Zn，Cd主要存在形态是弱酸可溶态，高于其他重金属。对底泥环境生态安全具有显著威胁，黑臭底泥为厌氧还原状态，具有较高潜在生态风险。植物根系附近分泌有机酸表现为酸性环境，多个采样点含量超过可还原态，Cu 稳定存在于底泥中生态风险性较低，Cr 后三种形态均匀。

近年来城区河道污染引起人们的关注，大多数重金属污染物通过地表径流流入河道，底泥中重金属通过悬浮作用释放到环境中造成污染。国内许多学者对河流水体重金属污染进行研究，城市河道承载经济开发区等污水排放，加强河道整治是建设生态城市的关键。目前我国河道底泥污染控制未明确相关标准，研究对安庆怀宁县城区纳污河道底泥采样，表明河道Y底泥重金属污染严重，河流Q 底泥中汞质量浓度最高为0.12 mg/kg，河流Y 底泥重金属潜在生态风险顺序为铅＞镍＞锰＞锌,河流Y 重金属污染较重。

4 结语

近年来，我国国民经济快速发展，城市河道污染问题日益严重，目前可通过多种技术手段对河道污染底泥处理，底泥处置重金属环境行为研究对底泥污染治理具有重要意义。本文综述河湖底泥重金属污染研究，介绍城市河道底泥种技能树污染治理技术措施，分析黑臭底泥中重金属潜在生态风险与分布特征。研究提出综合评价法考虑不同重金属毒性系数，适合于重金属化学形态组成复杂的河道底泥污染评价。