河流底泥重金属污染治理的研究进展

李恩浩

摘 要：河流底泥重金属污染已成为严峻的环境问题，本文从河流底泥重金属来源、危害、评价方法和治理措施介绍了河流底泥重金属污染治理的研究进展。地积累指数法可以直观的分析各重金属的污染程度，潜在生态危害指数法能够准确地的评价重金属的潜在生态危害，两者结合使用能够形成相对完整的评价体系。生物修复技术主要通过植物，微生物和动物对重金属的吸附、转化和固定作用去除底泥中的重金属，耗能低且对环境友好，应用前景广泛，可成为我国河流底泥重金属污染生态修复的重要技术支撑。

关键词：河流底泥;重金属;研究进展

随着社会经济的发展，大量重金属污染物排入河流，形成富含重金属的河流底泥。重金属污染具有隐蔽性强、毒性大、危害期长和不可逆转等特点，给河流生态系统和人体健康带来严重危害。此外，重金属污染的河流底泥可作为污染源对河流生态系统和人体造成二次污染。本文将从河流底泥重金属来源，危害，评价方法和治理措施介绍了河流底泥重金属污染治理的研究进展，为我国河流生态修复提供技术支撑。

一、河流底泥重金属来源

河流底泥（沉积物）是河流系统的重要组成部分，可作为“汇”富集进入河流的污染物。河流底泥中重金属的来源包括自然来源和人为干扰输入。重金属作为地壳构成的组成元素，在河流底泥中分布广泛;人为干扰输入主要包括工业污染、城镇污水、农业污染和大气污染物沉降等。图1为河流底泥重金属的人为干扰输入源图。

河流底泥重金属污染源的识别，微观上对重金属在底泥中的转化行为及其与水生生物的关系等方面的机理研究提供相应支撑;宏观上对底泥环境质量现状评价及对污染底泥治理提供重要依据。

二、底泥重金属的污染及危害

重金属一般指密度大于5.0g/cm3的金属，主要包括锌（Zn）、铜（Cu）、镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）、铬（Cr）、镍（Ni）以及类金属砷（As）等。重金属污染是指重金属及其化合物在环境中造成的污染。

重金属进入水体后，大部分与悬浮物快速结合，最终沉入底泥。底泥是河流重金属污染物的主要归宿。当底泥的条件发生变化时，底泥中的重金属重新转化为溶解狀态释放到水体中。

河流底泥中的重金属具有较高的生态风险，进入水体的重金属不能被生物降解，通过食物链产生生物富集浓缩效应在生物体内累积，最终影响河流生态系统和人类健康。重金属可通过两种途径进入生物体中，一种是重金属的游离分子和简单络离子直接被生物体吸收，并在生物体内产生危害，另一种是河流底栖动物摄食沉积物，通过食物链传递富集。世界八大公害事件之一的“水俣病”的病因是水俣湾附近居民长期食用被汞严重污染的水产所致。

三、河道底泥重金属污染评价方法

目前，国内外河流底泥重金属污染的评价方法有多种，常用方法有地积累指数法和潜在生态危害指数法。

（一）地积累指数法

地积累指数法侧重点在于模拟重金属分布的自然变化特征，不仅考虑了自然地质过程造成的背景值的影响，同时也考虑了人为活动对重金属污染的影响，是评价河流底泥重金属污染程度的重要参数。

地积累指数法的计算公式如下：。其中，Cn为元素n在沉积物中的含量;Bn为沉积物中该元素的地球化学背景值;k为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数（一般取值为1.5）。

根据地质累积指数的计算结果，河流底泥重金属污染程度可分为7个级别：当Igeo<0时，污染级别为0级，表明河流底泥无污染;当0≤Igeo<1时，污染级别为1级，表明河流底泥无污染到中度污染;当1≤Igeo<2时，污染级别为2级，表明河流底泥中度污染;当2≤Igeo<3时，污染级别为3级，表明河流底泥中度污染到强污染;当3≤Igeo<4时，污染级别为4级，表明河流底泥强污染;当4≤Igeo<5时，污染级别为5级，表明河流底泥强污染到极强度污染;当Igeo≥5时，污染级别为6级，表明河流底泥极强污染。

（二）潜在生态危害指数法

潜在生态危害指数法侧重点在于评估重金属对环境生态效应的影响，主要是基于不同重金属具有不同的生物毒性，从而造成不同的生态危害。

潜在生态危害指数法的计算公式如下：

其中，为潜在生态危害单项系数;为某一种金属的毒性响应系数;为单向污染系数;为表层土壤重金属浓度实测值;为参比值。

根据潜在生态危害指数的计算结果，河流底泥重金属污染程度可分为4个级别：当时，表明河流底泥为非污染;当时，表明河流底泥为轻微污染;当时，表明河流底泥为中度污染;当时，表明河流底泥为重度污染。

每种评价方法都有自身的适用范围，单一的评价方法往往具有局限性，不能客观地反应真实情况。因此，在实际评价过程中，往往采用两种或两种以上的方法综合评价。地积累指数法可以直观的分析各重金属的污染程度，潜在生态危害指数法能够准确地的评价重金属的潜在生态危害，两者结合使用能够形成相对完整的评价体系。

四、河流底泥重金属的处理方法

污染的沉积物会对水体产生二次污染，并对水生生物和人体造成危害。根据技术原理的不同，河流底泥重金属的处理方法分为物理修复技术，化学修复技术和生物修复技术。

（一）物理修复技术

物理修复技术能够快速高效地解决河流底泥重金属污染的问题，但其可实施性受环境因素限制较大，并会对水生生物的栖息环境造成影响，破坏河流生态系统的平衡。常用的物理修复技术包括底泥疏浚技术和覆盖技术。

（1）底泥疏浚技术。底泥疏浚技术是利用机械的措施挖除河流表层污染底泥以减少底泥污染物释放的技术，见效快且效果好，但疏浚的费用及疏浚后的底泥处理费用都比较昂贵，并且对河流水生生物的栖息环境造成直接破坏，这些成为限制底泥疏浚技术使用的因素。美国马萨诸塞州的New Bedfold港利用底泥疏浚技术有效地解决了沉积物中的重金属的释放污染水体的问题。