泥沙对河流污染物的影响研究综述

罗 秋，程昌华，蒋 彬

(重庆交通大学河海学院，重庆 400074)

河流是重要的饮水来源，现代工业的快速发展、人民生活水平的大幅提高导致工业废水及生活污水排放量、污染物种类和浓度急剧增加，对河流水质及水生环境造成极大的影响，为河流的水污染治理敲响了警钟。当污染物进入河流后，大体以悬浮态、吸附态和沉积态3种形态存在。科学家发现泥沙运动对于污染物的形态转变有着巨大的影响。因此，在对河流污染物的迁移转化研究中就必须将泥沙考虑在内，研究河流污染物与泥沙之间的相互作用机理。

1 河流污染物的种类及来源

1.1 污染物种类

河流中的污染物基本可分为3类［1］:

第1类:耗氧有机污染物、石油类等，河流对这类污染物具有一定的自净能力;目前一般用COD值来判断其污染程度，它是在一定条件下采用一定的氧化剂处理水样时所需要的氧化剂量，表示的是水中还原性物质含量的一个指标。水中还原性物质主要是指有机物，COD值越大，说明水体的有机物污染程度越高。

第2类:重金属、砷等，河流对这类物质没有自净能力或者自净量很小，一旦进入人体或动物体内就会产生积累，造成危害;

第3类:有毒有机物，如硝基物、有机氯化物等。

1.2 污染物来源

河流中的污染物的主要来源为外部输入和内部释放。外部输入一般包括河流沿岸城镇的工业生产、居民生活污水、家禽养殖和农药污水对河流的排放;河面活动船只的污水的排放;水体上方大气中的污染物在河流中的沉降。内部释放指河流中的沉积物为深层有害微生物提供能量，对水质造成一定的污染。

2 泥沙对污染物行为影响研究

天然河流中泥沙运动是影响污染物迁移转化的一个重要因素。污染物通过与不同状态下的泥沙相作用产生了不一样的迁移转化模式。主要表现为:溶解悬浮态对流扩散、随推移质床沙迁移、泥沙吸附(水溶态污染物向颗粒态转移)、悬移态和沉积态泥沙吸附污染物的解吸、床沙与悬移质动态交换迁移、生物摄取、富集［2］。

2.1 泥沙对耗氧有机物的影响

在一般水环境的监测管理中，较多采用CODMn作为水体内耗氧有机物的综合性指标，该结果可间接反应水体被还原性物质的污染程度。

国内许多学者就黄河含沙量高的特点，对黄河水质开展了一系列针对泥沙对CODMn的影响的研究。王金玲［3］和程进豪，等［4］经过对黄河水质的检测研究，结果表明含沙水样加酸保存测试的CODMn值比不加酸保存测试的明显增大，并随着含沙量的增加，CODMn值也增大，这表示黄河水体中有机还原性物质大都被泥沙吸附。郭怀成［5］通过对黄河中游潼关至三门峡水库坝下区间河段进行实体监测发现各浑水断面的COD值随着悬浮物含量的升高而增大，表明水体的耗氧有机物大都吸附在水中的悬浮物上。杨洪莉，等［6］针对辽河泥沙对COD的影响进行研究，结果表明悬浮物和原状水CODcr明显正相关。在陈静生，等［7－8］对黄河水中的溶解态和颗粒态有机质的试验研究结果表明:汛期的含沙量高于非汛期，而有机质的含量却低于非汛期，这与汛期泥沙中有机质含量低的粗颗粒数量增多有关。由此可见，细颗粒的泥沙对有机质的吸附能力较强，而且悬浮态泥沙是有机物的大规模集结所在;黄河泥沙中的有机质(天然腐殖类物质)在正常天然条件下非常稳定，难以生化降解，不能与水中大量耗氧有机污染物混为一谈，造成COD测量值失真;于是又对如何进行实验值校正方法进行研究，提出COD校正系数，并对此进行了验证。综上研究发现，研究结果大都通过室内实验获得，而实验值都是在强酸或者强碱的条件下测得，在天然水体中并不存在这样的环境，所以不能以实验来武断地判断目标水体的耗氧有机物污染程度，所以在一些非常规条件下，有必要采用其它更为有效的参数来对有机物污染程度进行评价，而这一指标对于有机污染和水体富营养化日益严重的流域来说具有相当重要的意义。

2.2 泥沙对重金属的影响

重金属进入水体后，一般以溶解态和吸附态两种形式存在，以及泥沙运动所造成的两种状态的交换，因此泥沙对于重金属的吸附和解吸过程是其对环境影响的主要作用。其中影响这两种模式转换的泥沙特征和水环境因素主要有泥沙粒径、温度、pH值和流量等［9－14］。Lead，等［15］研究了 Mersey 河中不同粒径和化学特性的悬浮颗粒物与金属间的吸附关系，通过观测3种粒径大小的颗粒对金属的吸附过程发现粒径小的悬浮颗粒物对镉的吸附作用较强。颗粒物的浓度和pH值则是控制泥沙与重金属结合的主要因素。Grassi，等［16］在 Delaware河流中悬浮颗粒对铜的吸附研究中发现pH值是一个很重要的影响因素，铜的吸附量随pH值的增大而增加，继续增加则吸附量减小。赵蓉，等［17］以铜离子和黄河中游泥沙为研究对象，研究了高含沙量条件下中游泥沙对铜离子的吸持作用，结果表明，黄河中游泥沙具有很强的吸持铜的能力。体系pH和泥沙理化性质对吸持具有强烈影响。当铜浓度较低时，pH是控制吸持的主要因素。当铜浓度较高时，泥沙理化性质是使黄河中游泥沙吸持表现出空间差异的重要因素，碳酸盐是主要影响组份。许楠［18］针对黄河泥沙富含碳酸盐的特点，揭示了碳酸盐在铜离子吸持过程中的作用，在0～200 mg/L铜离子初始浓度范围内，碳酸盐结合态铜离子在铜各种吸持形态中的比例达到90%以上，占绝对优势，去除碳酸盐后，铜离子的吸持量有所下降，特别是碳酸盐结合态的比例显著下降，而可交换态铜的比例大幅上升，表明碳酸盐结合态和可交换态共同主导着铜离子在去除碳酸盐后泥沙上的吸持过程。在这些研究中，从传统的简单因子试验研究到更深入的探讨泥沙与重金属之间的作用机理，都显示出重金属浓度较低时，主要以吸附状态存在于水体，而较高的时候，则沉淀作用明显。pH值直接影响重金属吸附与解吸过程反应进程，也可以从侧面反应水中重金属的浓度大小。在高含沙水域中，随着泥沙浓度的增大，重金属的吸附量呈先增加后减少，颗粒效应明显。

2.3 泥沙对有毒有机物的影响

有毒有机物大多具有难降解性，即使是很小的含量，对人体和动物的危害也极大。常规有机污染指标无法体现这一类物质的含量，所以必须对有毒有机物进行单独研究，许多学者在泥沙对有毒机物的吸附上做了不少工作。Deane G，等［19］为研究疏水性有机物在泥沙和底泥间的扩散和吸附规律，通过对悬浮泥沙吸附和解吸几种不同的疏水性有机化合物进行对比实验，结果表明，泥沙的吸附平衡时间较长，平衡时间取决于分配系数、泥沙的有机质含量及泥沙粒径的大小。暴维英，等［20］以黄河泥沙为研究对象，通过实验探究了其对有毒有机物的吸附特性，结果表明，有毒物吸附量随溶液平衡量增大而增加，但增加的程度逐渐变小。有机物分子极性不同，吸附机理也不相同。尹艳华［21］在黄河底泥对硝基氯苯的吸附机理研究实验结果表明:吸附量随含沙量增加而降低;温度在含沙量较高时影响不大，较低时，吸附量随温度升高呈先下降后上升的趋势。孟丽红，等［22］发现多环芳烃在黄河水体颗粒物上以表面吸附为主，随着含沙量的增加，总吸附量也在增加。申献辰，等［23］对硝基苯和重金属等在不同水情期、不同含沙量、河道不同冲淤情况等进行了水质模拟，结果与实测资料吻合较好。综上所述，水体含沙量是影响有毒有机物在水相体系分配的重要因素，随着含沙量的增加，有毒物的固相分配也就越高，除此之外，有毒物的吸附与分配还涉及多相因素的影响，例如水体中的有机质，所以在研究的同时必须考虑其他因素的共同作用。

2.4 挟沙水流污染物模型

许多国内外学者都把模型当作研究污染物特性和规律的一种重要手段。最早的模型为Thomas模型［24］，是在S－P模型基础上加入 BOD方程，引入了一个新增系数k3，来描述泥沙沉淀、悬浮、吸附等过程而引起的BOD变化。周材敬、金相灿［25］根据质量守恒定律提出了一维河流重金属分相模型，包括溶解态方程、悬浮态方程和底泥态方程。黄岁梁，等［26］提出了冲击河流重金属污染物迁移转化数学模型，忽略了推移质的作用，只考虑悬移质的吸附作用，解决了河流在不平衡输沙时引起的泥沙淤积问题。黄廷林［27－28］根据黄土高原丘陵区域径流受石油类污染的吸附和解吸两种过程分别建立了对应的数学模型，运用实测资料对模型进行了验证，表示模型能够反应石油类的污染规律。另外还有O’Connor［29］和褚君达［30］建立的有机污染模型、Parmeshwa.L.Shrestha［31］的磷迁移模型等。上述多数模型对泥沙运动的影响仅以沉降系数来反映，不够细致，而且模型参数过多且确定较难。对于挟沙水流的数值模拟，泥沙运动的描述是关键点，不仅要引入河流动力学理论，还要与泥沙吸附(解吸)模式相结合，并对水沙交换进行更清晰的阐述，才能建立更加完善的模型体式，创造出更为准确的机理模型，这是模型未来发展的焦点。

3 结论

泥沙对于河流水质有着重要的影响，因此研究泥沙对于污染物的影响机制是很有必要的，虽然目前的研究取得了不少的成果，但仍然存在着如下问题。

1)在泥沙对于水环境的影响方面，目前主要研究重点都在泥沙对于污染物的吸附和解吸而对水环境中污染物浓度的影响，而对于整个泥沙运动状态的变化和水环境变化的具体关系研究还不深入，例如冲淤变化对水环境的影响机制等。

2)在实验室研究方面，以往所做的相关试验大多是在静态条件下开展起来的，缺乏相应的动态试验来与之配合，而且最好是系统的野外实景实验。

3)在研究对象方面，除了坚持对传统指标的探索研究之外，对一些潜在的干扰因素也不可忽视。

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