底泥重金属污染风险评价及处置分析

祝雷

摘  要：底泥中的重金属是重要的污染物，其具有持久性毒性，较难降解，会在水中生物体内累计，破坏生物体，严重危害生态环境。所以，应加大对底泥重金属的含量检测，分析其风险，以找到适宜的处置方式。本文对底泥的重金属污染及来源进行了概述，对重金属的检测技术及其带来的危害风险进行了分析。

关键词：底泥  重金属污染  风险评价  处置

中图分类号：X825                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（b）-0074-03

Abstract： Heavy metals in sediment are important pollutants. They have persistent toxicity and are difficult to degrade. They accumulate in aquatic organisms， destroy organisms and seriously harm the ecological environment. Therefore， it is necessary to increase the detection of the content of heavy metals in the sediment and analyze their risks in order to find an appropriate disposal method. In this paper， the heavy metal pollution and sources of sediment were summarized， the detection technology of heavy metals and the hazard risk brought by it were analyzed， and several disposal technologies were listed.

Key Words： Sediment; Heavy metal pollution; Risk assessment; Disposal

我国的底泥重金属随着社会发展越来越严重，底泥是水资源的重要部分，它不仅是污染物的蓄积地，起到吸收水体中污染物、减轻水体污染作用，同时，当环境条件出现变化，底泥也会向水体释放污染物，引起水体二次污染，破坏生态环境[1]。且工业化、城市化、农业化的发展使底泥重金属含量增加，其毒性不可降解，持久性强。水中生物植物以其为生存场所及食物来源，而人们通过生物富集的食物链过程最终进入到人体，严重危害人体健康。所以，加大对底泥重金属风险分析，找出有效的处置方法非常关键。

1  底泥重金属污染概述

底泥是水体生态环境系统的重要部分，是由泥沙、粘土、各种有机物质和矿物成分组成的混合物，也是营养盐、有机物、污染物蓄积场所。经水体环境、传输中不断理化和物化，形成于水底，为水下生物、植物提供繁衍、生殖场所，也是水体营养循环的中心环节。根据对我國河流、湖泊、水库等相关研究显示，我国水资源中重金属超环境背景较为普遍，重金属污染严重。

重金属具体是指比重≥5的铅、铜、汞、铁、锌、锰、镍、镉、铬等，砷虽然是非金属元素，但其与金属元素化学性质相似，也被划为金属元素范畴[2]。铜、锌元素是营养元素和污染物的双重属性;铁、锰在环境中含量较高，是营养元素，且毒性较低，一般认为其不是污染元素。而环境污染上所说的重金属是指汞、铅、镉、铬、砷、锌、铜、镍等。而重金属污染是指人类活动中把重金属带入到水资源等介质中，导致水环境中的重金属含量高于背景含量，造成现有及潜在的环境问题，导致环境质量下降，生态环境恶化。重金属不易被微生物降解，常以一种形态转为另一种形态，还会随着生物化学作用储蓄于生物体内，长期留存累计，不易被发现，威胁生物植物生长及人类健康。且有些重金属元素会经条件影响转化为甲基化合物，产生毒性反应。所以，重金属污染的风险较高，会引起较大的危害，应重视其处置。

2  底泥重金属的来源

重金属来源可分为自然及人为两类来源。自然来源是生物体自身的腐烂、岩石风化等。而随着城市化进程不断发展，工业、农业生产剧增，人为来源已成为了重金属主要的来源。且污染范围越来越广，程度越来越严重。具体包括：其一，居民生活来源污染。主要是指人们的生活污水和垃圾，居民废气的家电和电池中含有多种的重金属，垃圾在堆放中产生滤液，引起重金属超标，并浸入地表水渗入地下水资源中，且焚烧中产生大量烟尘。还有些地区将不经处理的生活垃圾及污水直接排入农田及河道，导致农田及河道中的重金属增加，农作物和水生物累计重金属，人们通过食用、使用等使重金属存于体内，并不断积累，严重危害人体健康。其二，农业污染。主要是指农药、化肥、有机肥、农用薄膜使用、畜禽粪便、污水灌溉、恶臭气体、不科学的水产养殖等富集重金属，形成污染。农药中的铅、汞、砷重金属残效期较长。畜禽、水产养殖饲料添加剂中含有大量的铜、锌重金属元素。其三，工业污染。工业生产中会产生大量的废气、废渣、废水，其含有较大的重金属元素。部分企业未经处理就排放到土体及水体中，造成水体及土体的重金属含量增加，并通过沉淀进入地下土壤和水体，造成严重的重金属污染[3]。

3  底泥重金属污染的检测和风险评价

3.1 底泥重金属污染的检测

先是样本采集和实验装置，底泥中的重金属以有机物结合或矿物质结合态方式存在，使用彼得森取样器收取水资源底泥表层30cm内的新鲜沉积物作为泥样。底泥样品的消解是在样品中加入强氧化性酸，经高温加热使重金属以无机盐形式溶解在溶液中。根据GB/T 17141-199、GB/T 17139-1997、GB/T 17138-1997的消解检测方法及标准，对重金属进行消解。具体是：先将天平秤风干的泥样品0.4±0.0002g，放于50ml聚四氟乙烯坩埚，加入6ml盐酸，5ml硝酸、氢氟酸，3ml高氯酸，置于电热板上消解[4]。需控制好温度及时间。消解结束后加入3ml盐酸定容过滤，把消解液置于聚乙烯瓶中，放入冰箱备用。采用原子吸收光谱仪进行检测，包括空心阴极灯和无极放电灯两种类型。其检测系统组成为：光源、原子化、光学、检测系统、显示装置。空心阴极灯是气体放电管，它的阴极为空心圆柱形，阳极为钨棒，两极固定在硬质玻璃管中，管内充入惰性气体。火焰原子化系统利用化学火焰的热能蒸发溶剂，同时解离分析物分子，产生被测的原子蒸汽，将试样被测元素化合物转换为基态原子。原子吸收光谱仪是根据色散理论，测定谱线积分吸收系数，计算出单位体积中产生吸收的原子数，以得出样品中元素的含量浓度。

3.2 底泥重金属污染的评价方法

目前我国对重金属污染评价方法较多，包括：单因子指数评价法、综合污染指数法、地累积指数法、潜在生态危害指数法等。

单因子指数评价法是国内常用的方法，具体是对底泥中的单一污染物评价，用土壤元素背景值作为评价的标准，以此评价重金属污染累计程度。此方法是环境质量指数、质量分级和综合评价的基础。综合污染指数法多使用内梅罗法，是在单因子指数评价法基层上进行的反映重金属污染综合情况。适用于整体土壤质量和外区域土壤质量对比，及土壤同时被多类金属元素污染时将单一污染指数综合进行评价，能全面反映各污染物对环境的污染程度。地累积指数法是由德国的Muller提出的研究重金属污染程度的定量指标，考虑了人为污染因素及环境地质化学数值，将底泥的重金属污染分为7个等级，以重金属含量高低反映出其污染程度，多用于安全评价。潜在生态危害指数法是由瑞典的Hakanson提出的，较为先进的评价方法，是从沉积学角度对底泥沉积物的重金属污染物进行评价，不仅考虑了底泥的重金属含量，还将其生态效益、环境效益和毒理学联合，进行等价属性指数分级评价，定量分出潜在生态危害程度[5]。

3.3 底泥重金属污染危害

重金属在底泥中沉积，直接影响水下生物的生长繁殖，影响其质量，并增加短周期死亡。铅会影响植物的脂肪代谢和氧化强度，增加耗用量，阻碍其正常生长发育，导致死亡。镉元素过高会减弱水分及养分吸收，抑制根系生长。重金属还会导致营养缺失、降低酶有效性，抑制植物对钙、镁矿物质吸收及转运。另外，重金属在土壤中富集，会影响水下生物正常繁衍。直接减少蚯蚓和线虫等无脊椎动物的数量、丰富度和群体构成。此外，人们通过食用重金属含量高的食物，造成体内富集，严重危害健康。铅元素会损害人体的脑细胞，尤其不利于胎儿神经系统，会引起智力低下，进入体内后不易排出。镉元素富集于人体肝脏及肾脏，损害肾小管，导致心血管疾病、骨质疏松、严重者出现记忆力、语言、注意力障碍。砷有剧毒，会导致皮肤癌及肺癌。锌虽然是人体所需元素，但其是微量，过多摄入会引起水肿和胃黏膜充血。

4  底泥重金属污染风险的处置分析

底泥处置应首先做好水体修复净化，以改善生态环境。多采用底泥疏浚处置技术、原位覆盖技术、加注化学药剂等处置底泥。原位修复技术可分为原位处理技术及异位处理技术。原位处理技术包括固定化技术、覆盖技术和植物修复技术，适应于底泥污染不严重的、修复污染水平较高。异位处理技术包括疏浚、淋洗、电化学、微生物修复，适用于底泥污染严重的情况[6]。底泥具有潜在的资源利用价值，将其稳定及无害化处理后，可进行资源利用，所以，目前多使用异位处理技术的环保疏浚底泥清除方法。环保疏浚以改善环境为目标，是水利、环境、疏浚工程交叉边缘技术。Kleeberg A将其定义为获得藻类生长的磷限制条件、去除表层含磷沉积物的控磷释放技术。钟继承认为其是通过人工、机械除去富含营养盐及有毒化学的表层沉积物，以减少底泥内源污染风险的技术。综合其定义，是以去除底泥中的重金属和持久性的有机污染物为目的的技术。而对底泥的处理，已打破了传统的填埋和堆弃，实现了资源化、无害化、减量化，将底泥进行封闭、集装化、生物修复、资源化利用。疏浚污泥可实现变废为宝，进行制砖等资源化利用，不仅保护了生态环境，还提升了经济效益。

4.1 固化处置一体化技术

此方法是将底泥通过运泥管道输送至固化处置场，送至水力旋流器泥砂分离装置中进行大块砂砾石去除，并投入重金屬处理剂，待其沉淀池沉淀，将沉淀后的泥浆送入高效脱水机，加入絮凝剂脱水，使其转换为>50%含固率泥饼，再将泥饼送入固化装置，加入固化剂，使其变为固化土，历经28d。符合标准的底泥就地填埋处理，渗出的余液体经高分子金属捕集剂和活性炭吸附技术处理，符合标准的排回水体。

4.2 土工管带处置技术

此方法先要选择合适的区域作为土工管袋脱水的场地，对其场地进行地基稳固和防渗处理，再铺设管袋。环保疏浚船一般只疏浚蓄水段的底泥，运送岸的底泥通过洗沙机分离泥、砂。对分离出的砂检测重金属含量，如存在污染，应进行湿筛技术处理，达标后再进行资源化利用。同时分离出的泥水混合液应泵入输送管道，将其送入脱水土工管袋，过程中加入重金属稳定化和底泥絮凝药剂，稳定化处理底泥中的重金属，且加速脱水，待其含水量稳定时，封场脱水袋区域，在上面进行覆土或绿化。

4.3 湿筛技术

把疏浚底泥送入料仓，入口处设振动筛，筛除粒径>200mm的树枝、石块。其余底泥物料进入料仓，物料送至湿筛双层高频振动筛，设置高压水喷头，分离出粒径50～200mm碎石、5～50mm砂砾石、<5mm沙。因底泥中的锌、汞重金属污染物吸附在粒径较小的颗粒上，所以经高压水喷淋后的粒径>50mm的碎石为清洁石块[8]。对分离出的砂砾、沙，分别送入滚筒洗石机及螺旋洗砂机进一步湿筛处理，湿筛液加入湿筛剂。将湿筛后清洁的砂砾、沙堆存于修复场区进行待检，检测合格后可作为建筑材料销售。

5  结语

通过综述可知，通过底泥金属检测剂风险分析，其重金属污染对水资源、水体生物植物、人体健康和生态环境的影响都较大，所以，应做好底泥的处置，寻求最优的处置方案，以实现生态的资源化处理。在对底泥进行处置时，要根据其特点，坚持环保意识，选择现代环保处理技术，以实现生态清除底泥，并以资源化利用的目的，旨在恢复河道、湖泊抗洪能力及生态功能，改善人类生存环境，提高生活质量，同时促进经济效益及社会、环境的协调发展。

参考文献

[1] 苏冠谕，高裕雯，卢贯能.中山市水源保护地底泥重金属污染特征及生态风险评价[J].化工设计通讯，2020，46（6）：241-242.

[2] 字润祥，李振宇，王向宇.滇池表层底泥中重金属分布特征及污染评价层次分析法[J].昆明理工大学学报：自然科学版，2020，45（3）：93-97，99-101.

[3] 武兰兰，谭烁，杨煜曦，等.模拟自然因素下固化后河湖底泥中Cr和Pb的释放规律[J].环境科学导刊，2020，39（3）：15-18.

[4] 徐朦，龚佳豪，周美成，等.河道底泥轻质陶粒的制备及性能[J].常州大学学报：自然科学版，2020，32（3）：25-33.

[5] 沃惜慧.设施土壤重金属积累现状及污染评价[D].沈阳：沈阳农业大学，2019.

[6] 马冬冬.会仙湿地中典型微量污染物的分布特征与污染风险评价[D].桂林：桂林理工大学，2019.