河口区底泥中重金属再悬浮的研究进展

孙玮玮，胡蓓蓓

（1.上海市水环境监测中心，上海200940；2.天津师范大学 城市与环境科学学院，天津300387）

1 引言

由于环境污染的加剧，全国城市水域受污染率已高达90%以上，不少城市已很难找到合格水源地［1］。珠江三角洲、长江三角洲，已出现了因水体污染而导致的水质型缺水。进入水环境的持久性毒害污染物，会在水体不同介质中重新分配，而沉积物是各类污染物发生累积和富集的主要介质［2，3］。研究发现，累积于沉积物中的重金属不是固定不变的，可以通过一系列的物理、化学和生物过程释放出来，造成水环境的“二次污染”。如Haag等［4］研究发现，在发生较大的洪水时，河流底部剪切压力造成河流沉积物的侵蚀，使累浮积于德国的Neckar河流沉积物中的污染物发生释放，并向河流下游发生迁移。

根据前期有关工作，各河口区某些岸段沉积物已经受到Pb、Cd、Hg、Cr和As等有毒重金属的污染，由于河口区是一个典型的开放系统，容易受外界风暴潮等水动力条件和温度、pH 值、盐度等环境条件的影响，使累积于沉积物中的重金属发生再悬浮释放。通过再悬浮进入水体中的有毒重金属，势必会影响河口饮用水源地的水质安全。

本文旨在收集整理国内外河口区底泥中重金属的再悬浮释放研究进展以及室内模拟情况，为河口区各环境介质中重金属的进一步的研究提供理论指导。

2 河口潮周期过程中底泥重金属再悬浮研究进展

目前国内外对浅水、河口区物理扰动条件下沉积物中重金属的再悬浮的研究越来越多。早在1999 年，John J.G.［5］等就利用示踪金属对含兰西南部Scheldt河口沉积物再悬浮过程进行了研究。研究表明，Scheldt河口区中受河水和海水的物理混合对于重金属在各介质中的迁移转化起了很大作用。在风力扰动下太湖的沉积物中重金属悬浮颗粒物和水体中的分配，随着风速的增加，水体表面重金属总浓度也会增加。Zheng Shasha［6］在风速在1.6～3.62m／s时，重金属浓度大小与DO 和pH 值是密切相关的。SPM 浓度在风速达到6.36～14.10m／s时，变成一个重要的影响因子。Carmelo Calvo，［7］在对威尼斯河道底泥再悬浮过程中重金属的迁移转化时认为，Cu，Zn，Pb，As在再悬浮过程中随着硫化物的氧化而被释放，Mn和Ni则向孔隙水释放。Kyung-Yup Hwang［8］研究了实验室模拟装置对韩国河道水中富氧和厌氧沉积物中重金属的释放情况，再悬浮事件的释放会引起河道水体的短暂发生重金属污染。

毕春娟等［9］通过对崇明东滩沉积物中重金属在潮汐变化过程中的研究，认为颗粒态重金属均在涨潮初期、高平潮前后及落潮末期出现较高含量，水体中的盐度、DO 及pH 等环境因子对潮周期内颗粒态重金属的变化影响不大。陈松［10］等认为再悬浮过程中Pb、Cu在两相间的分配主要受氧化铁和有机质的吸附-解吸和沉淀-溶解过程所控制，Cd的分配主要受CdS的沉淀-溶解过程所控制。Huan Feng等［11］认为沉积物再悬浮和侧面流（横向水平对流）对于下游河口区Zn等污染物向上游河道的传输以及在河口区重金属污染物的再分配起着至关重要的作用。Nayar等［12］研究发现，由疏浚、船舶航行等引起的沉积物再悬浮，使累积于沉积物中的Cu、Ni等释放出来，对水体中的浮游植物和细菌产生了毒害作用。Price等［13］研究发现，在爱琴海西北部的Thermaikos湾，每年9月和10月份的拖网活动引起底部沉积物发生再悬浮，使底部20m 的水体中Zn、Pb和Cd等元素的含量大量增加。

再悬浮的沉积物颗粒一旦进入水体中，各种地球化学作用就会使原先结合在固相中的重金属重新变为溶解态［14］，增加了重金属的生物可利用性。如Hajime Obata等［15］研究发现，沉积物再悬浮影响着东南亚Sulu海水体中溶解态与颗粒态Fe的分布。Hirst 和Aston［16］观察到在再悬浮和厌氧沉积物被氧化的过程中，溶解态的Zn和Cu被重新吸附到颗粒物上。

3 河口底泥重金属再悬浮模拟试验研究进展

水体当中重金属的迁移转化过程是错综复杂的，主要包括扩散、对流、络合、沉降、再悬浮、吸附、解吸等过程［17］。Cantwell等［18］利用PES装置（Particle Entrainment Simulator）进行了重金属的再悬浮模拟试验，发现在12h的试验过程中，有大量的Cd、Ni和Mn发生了释放，进入了上覆水相中，而颗粒态Fe、Pb和Zn的含量变化不大。沉积物的扰动会导致沉积物化学特性的改变，并进而引起累积于沉积物中的污染物的迁移与转化，特别是以硫化物形态存在的重金属在再悬浮作用下的解析速率变化较大，如Hg、Pb和Cu的释放比Zn的释放要快的多［19］。引起沉积物再悬浮的动力条件随时间变化较大，影响着颗粒物在水体中的沉降速率和重金属污染物的滞留时间。Slotton and Reuter［20］研究发现，在氧化条件下，Zn能快速的再次吸附到颗粒物上，而Cd在水相中的滞留时间比其他重金属要长的多［21］。Mark G.Cantwell［22］利用PES再悬浮装置对美国Garragansett Town Beach底泥进行了室内再悬浮模拟实验，在短暂的再悬浮过程中，厌氧性沉积物中低级别的重金属会以溶解态的形式释放到水体当中。Cantwell［18］曾在2002年就利用PES装置进行实验室的再悬浮实验。

微量元素有从再悬浮沉积物上解吸下来的倾向［23］，特别当沉积物中微量元素的含量远远高于上覆水体悬浮颗粒中的含量时［24］。Cobelo-Gar′cia 和Prego［25］通过沉积物再悬浮实验，发现有机配位体与Cu、Pb、Zn一起可以从再悬浮颗粒上解吸下来，对水生生物潜在危害较大。Eggleton等［26］总结了沉积物扰动事件发生时污染物的生物有效性和再悬浮释放的影响因素，指出在水体的氧化还原电位发生变化时，金属被释放出来的动力学过程研究还相当薄弱。

重金属在水／颗粒物界面的吸附-解吸作用受多种外界因素的影响。盐度和接触时间是影响河口区水／粒界面重金属吸附-解析行为的主要因素，在法国Loier河口，除Fe以外，其他元素的解吸作用随盐度增加而增强［27］。在我国长江河口混合带，在悬浮物质上的吸附作用事溶解态Co和Pb的主要分配机制，其含量随盐度增加持续降低，而溶解态Cd随盐度增加含量线性上升［28］。研究发现，Fe／Mn水合氧化物、有机质含量和沉积物粒径在金属离子的迁移过程中扮演者重要角色［29-31］。如在英国Mersey河口，Cd在沉积物和水之间的分配（以分配系数Kp表示）随盐度增加而降低，Fe-Mn氧化物和有机质均是Cd的重要吸附剂，Hg的分配系数Kp随盐度增加而增加，颗粒态有机质在溶解态Hg的去除上比Fe-Mn氧化物的贡献要大［31］。

此外，pH 值可以影响重金属的溶解度和颗粒物中自然胶体表面的吸附特征，对重金属在水／粒界面的吸附和释放行为施加显著影响。如Dittmar［32］研究发现，位于智利北部Atacama地区的Elqui河是本区20万人的饮用水源区，在上部河流系统与具有pH 缓冲能力的水体汇合区，Fe的氢氧化物交替增加，引起所有重金属的共沉淀，富集了重金属的悬浮固体只在Elqui河下游发生沉降。李鱼等［33］研究发现，pH 值对淤泥中Cu、Pb、Zn、Cd重金属的释放影响最大，在pH 值为2时重金属的释放能力最强，随着pH 值的增大重金属的释放能力减弱。毕春娟（2009）［34］等利用PES再悬浮装置对长江口河口沉积物中Hg的研究发现，再悬浮过程中，上覆水体中Hg的含量变化与pH 值、Eh、DO、TSS均没有明显的相关性，随时间和动力变化影响显著。毕春娟等［35］利用PES模拟装置对长江口近岸沉积物中Cd、Pb、Cr的再悬浮实验发现，重金属的相间迁移转化过程主要包括：生物膜上吸附重金属的解吸释放、孔隙水中溶解态重金属的再悬浮释放和扩散释放、沉积物中酸可挥发行硫结合态重金属的氧化释放、上覆水中悬浮颗粒对重金属的吸附以及上浮水中颗粒态重金属的沉淀等过程。李猛［36］对长江口潮滩中Hg的室内模拟再悬浮实验发现，上覆水中盐度的变化对于再悬浮中Hg的释放有重要影响，扰动动力在（210±5）r／min。

4 结语

目前在水环境重金属的研究中，对河流、河口、海洋等水体中重金属的含量、分布、赋存形态与迁移转化及其影响因子的研究较多，但绝大多数仅局限于重金属吸附／解析等界面行为的单因子影响因素研究，对沉积物-水界面物理、化学因素耦合影响下重金属的释放行为研究较少涉猎。

国内外目前对于沉积物模拟实验的研究都较为成熟。再悬浮模拟试验不仅仅局限于物理扰动，对于多因子耦合影响下，重金属的释放情况都有所涉猎，但国内较为滞后，室内再悬浮装置亟待完善。

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