含重金属底泥污染评价及无害化处理方法

田明磊，陈俊，卢玮，申云飞，申强利，王武涛

（1.河南省深部探矿工程技术研究中心，河南 郑州 450053；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450053）

1 中国水体底泥重金属污染现状

从20世纪70年代初开始，国内学者关注底泥重金属污染问题，针对国内主要河流、湖泊等水域底泥的重金属污染情况作了相关调查与研究，发现绝大多数调查水体底泥重金属（一种或多种）的含量高于当地土壤背景值，特别是受重金属冶炼与加工、矿山开采、电池制造等行业生产过程中产生大量废气、废水、固体废弃物影响的水体，其底泥重金属污染严重，重金属种类主要为铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、镉（Cd）、镍（Ni）、铬（Cr）、汞（Hg）、砷（As）、锰（Mn）等。

郑中华等研究分析指出淮河干流底泥中重金属Cd为重度危害程度，As、Cr、Cu、Pb和Zn为轻微生态危害程度，单项重金属潜在生态风险程度从大到小依次为Cd、As、Cu、Pb、Cr和Zn；赵长坡发现贾鲁河沉积物中重金属以多种形态存在，其中Mn和Zn 主要以铁锰氧化物结合态的形式存在，重金属浓度的范围排序为Mn＞Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Cd，但是重金属污染风险程度与浓度排序略有区别Zn＞Cd＞Mn＞Cu＞Ni＞Cr。另外，本文作者也搜集整理了长江下游、珠江下游、黄河包头段及巢湖底泥重金属的平均含量，发现部分重金属指标平均含量超过中国通用规范《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 15618-2018）》中所列土壤污染风险筛选值。

2 底泥污染程度评价方法

2.1 内梅罗污染指数评价法

内梅罗污染指数评价法采用式（1）：

式中：PN为采样点重金属的综合污染指数；Pi最大和Pi均分别是i采样点中最大单项污染指数和平均单项污染指数，由此可见内梅罗污染指数法是一种综合评价方法，不仅反映每一种重金属对环境的作用，同时强调了高含量（浓度）重金属对环境质量的影响，内梅罗污染指数评价标准如表1所示。

表1 内梅罗污染指数评价标准表

2.2 地累积指数法

由德国海德堡大学学者Muller（1969年）提出，是借助某一重金属当地土壤中的地球化学背景值与采样点沉积物中该重金属的总含量实测值的关系来评价重金属的污染程度，该方法最大的特点是考虑了自然界地质因素会引起背景值变化这一情况。

式中：Igeo为地累积指数；Ci为采样点某一重金属的实测含量；Bi为当地某一重金属的地球化学背景值；K为地质因素对背景值的影响系数，取1.5。地累积指数法污染等级划分标准如表2所示。

表2 地累积指数法污染等级划分标准表

2.3 潜在生态风险指数法

潜在生态风险指数法最早由瑞典湖泊沉积学专家霍坎松提出的一种运用沉积学原理并结合重金属生物毒性来评价重金属污染程度的方法，该方法同时考虑了重金属的浓度影响、多种重金属的共同作用影响和生物毒性影响。

表3 潜在生态风险分级表

3 重金属污染底泥无害化处理方法

3.1 物理修复

物理修复是指通过一定的技术和手段将重金属污染底泥分离出来，或者阻断其与水体接触。如进行河道清淤疏浚直接挖除污染底泥、表面覆盖底部衬垫封盖掩蔽，物理修复是最通用的修复法，其工艺简单、效果好，缺点是施工需占用大面积场地，对河道生态环境干扰大，处理工程量大，存在二次污染风险，适合规模小、污染程度高的修复工程。

此外电级驱动物理修复技术针对重金属污染也有很好的修复效果，在湿度较高的底泥中采用两级通电技术，重金属离子在复杂的电场力驱动下富集在电极区，从而分离出底泥中的重金属。

3.2 化学修复

除了上述的物理修复，还有发展较早的化学修复技术，通过对底泥施加化学改良剂，使底泥中的重金属氧化还原、拮抗、吸附或沉淀，降低土壤中重金属的活性，进而达到修复重金属污染的目的，主要包含超临界液相萃取技术、固化—稳定化技术、化学淋洗技术等。该方法修复效率高、易操作、速度较快，缺点是治理成本高，修复治理深度受限，稳定性差，可能会造成二次污染。

3.3 生物修复

生物修复技术其原理是利用植物或微生物代谢功能活动来富集、容纳、转化及降解底泥中的重金属，降低生物毒性或使重金属浓度达到可接受的水平，主要包括植物修复、微生物修复及多种生物的联合修复等。植物修复又可分为植物固化、植物提取、根系过滤等类型，其中根系过滤技术比较适合河道底泥的原位修复，一般选取水生或半水生植，其物庞大的根系能够有效地过滤、富集重金属，孔皓对上海市中小型河道水生植被的重金属累积特征进行研究，发现苦草、水盾草对多种重金属有较强的富集能力，黑藻、芦苇与沉积物中Cu、Ni、Pb、Cr 的含量呈显著正相关。

植物修复无需清挖污染土和运输，不会造成二次污染；在消除底泥中重金属污染的同时净化了水质、美化了河道景观，且成本低于传统修复技术，植物修复技术在重金属治理方面有良好的应用前景。植物修复过程耗时长，修复植物种类筛选困难，因此选育出适应多种重金属的超富集植物是植物修复技术广泛应用的关键所在。

4 结论与建议

重金属污染河道底泥已然成为社会经济发展中不可避免的环境问题，文章对中国河道底重金属污染现状、重金属污染程度评价主要方法及底泥无害化处理技术进行评述，认为可采用文中所述的重金属污染评价方法对底泥污染程度进行先定性再定量综合评价，制定合理、有效的河道底泥无害化处理方案。河道底泥的研究今后可以在以下方面着力：①完善底泥生态风险评价方法，将重金属对生物体的影响加入评价体系。②生物修复中微生物群落结构和超富集植物的研究是生物修复广泛应用的关键。③底泥性质与土壤性质比较接近，且营养成分丰富是潜在的资源，经无害化处理后的底泥资源化利用。