水体沉积物重金属污染风险评价与迁移途径的研究进展

盛 媛

（广东新创华科环保股份有限公司，广东 东莞 523170）

水体沉积物重金属污染风险评价与迁移途径的研究进展

盛 媛

（广东新创华科环保股份有限公司，广东 东莞 523170）

沉积物是水生生态环境的重要组成部分，对维持水体的营养状态起着重要的作用，但它也是各种重金属污染物的载体和潜在的二次污染物的来源。由于重金属是许多水体的重要污染物，残留在沉积物中的重金属会积累在微生物、水生动植物体内，最终会进入人类的食物链，危害人体健康。本文对沉积物重金属的监测方法、迁移途径、污染评价方法及修复方法进行阐述，指出了该领域存在的问题及可能的研究方向。

沉积物；重金属；水环境；污染

重金属是最常见的环境污染物，其在土壤、水和大气等环境中的积累和分布以惊人的速度增长。重金属对环境的污染具有丰富性和持久性，其会在水体中富集。重金属是许多河流系统的重要污染物，残留在沉积物中的重金属可能积累在微生物、水生动植物体内，其最终会进入人类食物链并且导致健康问题[1]。值得一提的是，沉积物是水生环境中最大的重金属储备池，水生系统中超过90%的重金属负载与沉积物有关[2]。在监测和评价水体环境质量时，由于排水波动和停留时间较短，水中污染物含量的测定并不准确。然而，沉积物有很长的停留时间，它是评估河流水环境状况及人为污染程度的重要指标，因此研究沉积物中重金属的污染和迁移途径问题具有非常重要的意义。

1 沉积物重金属污染风险

1.1 沉积物重金属监测方法

目前，国内颁布的沉积物和监测标准方法主要有《水质采样技术指导》和《海洋监测规范》。美国是最早颁布沉积物监测标准方法的国家，而且分析项目和方法较多，主要偏重于沉积物中持久性的有机物和重金属对水体的影响[3]。

湖泊和海洋沉积物的采集方法相似，采样点的布设和采集方法根据预先设定的路线或者面积来确定，主要用蚌式、箱式或拖网等采样方法来采集表层沉积物，用重力活塞或浅钻来进行柱状采集。河流沉积物的采集不仅要考虑自然因素，也要考虑人为因素，洪水期和冰冻期不宜采样，水流速度和流量会影响沉积物沉积的厚度和粒径的分配，样点的布设和采集次数也需考虑河道的宽度和污染程度，并且应选择河床底部或河岸边与水面接触处采集。

1.2 沉积物重金属污染评价方法

沉积物的环境风险评价方法较多，运用较多的有污染指数法、污染负荷系数法、综合污染指数法、沉积物富集系数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法及环境质量基准等[4]。由于各种污染评价方法有一定的缺陷，人们通常采用多种评价方法相结合的方式来进行评价。其中，地累积指数法、潜在生态风险法及环境质量基准这三种方法相结合来评价沉积物污染被广泛应用，消除了地区的差异性，考虑了人为活动及背景值变动造成的影响及重金属的生物毒性效应，全面地反映了沉积物中重金属对生态环境的影响。但是，我国还未制定出沉积物环境质量基准，在用环境质量基准来评价我国沉积物污染状况时一般采用美国、加拿大等国的沉积物环境质量基准，使得评价的准确性不高。各国学者对沉积物质量基准做了大量的研究，采用相平衡法或者建立生物效应数据库等方法来计算环境质量基准值，国内一些学者则根据美国慢性生物毒性淡水水质基准来推算一些河流湖泊的沉积物质量基准值[5-7]。由于各国的背景值及生物种类的差异性，所选择的环境因子及测试生物不同，因此建立沉积物质量基准的方法也不统一，这使得各国学者所制定的沉积物环境质量基准值差异显著。

2 沉积物重金属的迁移和转化

2.1 沉积物重金属的转化途径

由自然或人为排入河流系统的重金属，在转移过程中被分布在水相和河床的沉积物之间。由于吸附作用、水解作用和联合沉淀作用，只有少部分的自由金属离子在水中溶解，大部分堆积在沉积物中。重金属在水体-沉积物界面之间迁移过程主要有扩散、吸附、络合、沉降及再悬浮等形式。pH、ORP及有机质等被认为是影响沉积物中重金属分布的重要因素，只要它们有轻微的改变，重金属的分布就会产生较大的改变。其他因素如盐度、温度的改变对重金属分布影响程度较小。而沉积物的再悬浮是沉积物中重金属迁移的一个非常重要的过程，该过程使得还原态沉积物接触到有氧环境，改变了沉积物的氧化还原电位、pH值、养分及重金属在水和沉积物之间的分配比[8]。

3 沉积物重金属污染的修复方法

在水生环境中，重金属通常被分为水溶态、胶体、悬浮形式及沉积相[9]。和有机物不同，自然的分解过程不能去除重金属。相反，它们通过生物体或一些化合物富集在沉积物中。进入河流的重金属超过99%能以各种形式存在于沉积物中。因此就像土壤修复，沉积物也有相关的修复方法。对于重金属污染的沉积物，人们主要采用原位修复和异位修复两种方式。原位修复技术只适用于污染较轻的沉积物，污染较重的沉积物则需要进行异位修复，如冲洗、电化学修复、浮选及超声波提取等，但这些方法成本较高且操作复杂。虽然原位修复技术凭借操作简便、低成本和快速的修复效果等优势而被广泛应用，但被固定的重金属仍然存在于沉积物中，通过一些特殊的条件，其会再次释放到水中并造成二次污染。因此，沉积物的修复方法还需要进一步的探索和研究，以找到更合适的修复方法。

4 结语

目前，国内对于沉积物重金属污染的来源、重金属释放机制及修复方法的研究还不够充分，研究主要侧重于区域环境的沉积物重金属污染状况及风险评价，而对于污染状况的治理方法和沉积物环境质量基准的研究相对较少。我国目前还没有完善的沉积物监测标准方法和适合本国的沉积物环境质量基准。因此，我国应先制定出一套完整的沉积物相关标准，规范沉积物的研究方法，使得研究成果更具有说服力，并找出最经济有效且对生态环境影响最小的沉积物重金属污染治理方法，进而从监测手段、沉积物质量标准和修复方法等方面建立一套完整的沉积物研究体系。

1 Mohiuddin K M， Ogawa Y，Zakir H M，etal.Heavy metals contamination in water and sediments of an urban riverin a developing country[J].Environmental ScienceTechnology，2011，8（4）：723-736.

2 Zahra A，Hashmi M Z，Malik R N，etal.Enrichment and geo-accumulation of heavy metals and risk assessment of sediments of the Kurang Nallah-feeding tributary of the Rawal Lake Reservoir，Rakistan[J].Science of the Total Environment，2014，470（2）：925-933.

3 兰 静，朱志勋，冯艳玲，等.沉积物监测方法和质量基准研究现状及进展[J].人民长江，2012，43（12）：78-80.

4 陈静生，王立新，洪 松.各国水体沉积物重金属质量基准的差异及原因分析[J].环境化学，2001，20（5）：417-423.

5 Persaud D，Jaagumagi R，Hayton A.Guidelines for the protectionand management of aquatic sediment quality in Ontario[J].Water Resources Branch，1993，（2）：494-495.

6 MacDonald D D，Ingersoll C G，Berger T A.Development and evaluation of consensusbased sediment quality guidelines for freshwater ecosystems[J].Archives of Environment Contamination and Toxicology，2000，39（1）：20–31.

7 洪 松，陈静生.黄河水系悬浮物和沉积物重金属质量基准研究[J].武汉理工大学学报，2006，28（12）：61-65.

8 Zhang SS，Wang PF，Wang C，etal.Sediment resuspension under action of wind in Taihu Lake，China[J].International Journal of Sediment Research，2015，30（1）：48-62.

9 Peng JP，Song YH，Yuan P，etal.The remediation of heavy metals contaminated sediment[J].Journal of Hazardous Materials，2009，161（2）：633-640.

Research Progress on Risk Assessment and Migration of Heavy Metal Pollution in Water Sediments

Sheng Yuan
(Guangdong Sinoation Environmental Protection Co.,Ltd.,Dongguan 523170,China)

Sediment is an important part of the aquatic ecological environment,to maintain water nutritional status plays an important role,but it is also the carrier of various sources of heavy metal pollutants and potential two pollutants.As heavy metals are important pollutants in many water bodies,heavy metals remaining in sediments will accumulate in microorganisms,aquatic animals and plants,and will eventually enter the human food chain,endangering human health.In this paper,the monitoring methods,migration pathways,pollution assessment methods and remediation methods of heavy metals in sediments are described.The existing problems and possible research directions in this area are pointed out.

sediment; heavy metals; water environment; pollution

X824

A

1008-9500(2017)11-0059-03

2017-09-15

盛媛（1989-），女，湖北孝感人，硕士研究生，研究方向：沉积物风险评价及环境行为。