祝雷

摘? 要：底泥中的重金屬是重要的污染物，其具有持久性毒性，較難降解，會(huì)在水中生物體內(nèi)累計(jì)，破壞生物體，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。所以，應(yīng)加大對(duì)底泥重金屬的含量檢測(cè)，分析其風(fēng)險(xiǎn)，以找到適宜的處置方式。本文對(duì)底泥的重金屬污染及來(lái)源進(jìn)行了概述，對(duì)重金屬的檢測(cè)技術(shù)及其帶來(lái)的危害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：底泥? 重金屬污染? 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)? 處置

中圖分類號(hào)：X825? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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

我國(guó)的底泥重金屬隨著社會(huì)發(fā)展越來(lái)越嚴(yán)重，底泥是水資源的重要部分，它不僅是污染物的蓄積地，起到吸收水體中污染物、減輕水體污染作用，同時(shí)，當(dāng)環(huán)境條件出現(xiàn)變化，底泥也會(huì)向水體釋放污染物，引起水體二次污染，破壞生態(tài)環(huán)境[1]。且工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)化的發(fā)展使底泥重金屬含量增加，其毒性不可降解，持久性強(qiáng)。水中生物植物以其為生存場(chǎng)所及食物來(lái)源，而人們通過(guò)生物富集的食物鏈過(guò)程最終進(jìn)入到人體，嚴(yán)重危害人體健康。所以，加大對(duì)底泥重金屬風(fēng)險(xiǎn)分析，找出有效的處置方法非常關(guān)鍵。

1? 底泥重金屬污染概述

底泥是水體生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要部分，是由泥沙、粘土、各種有機(jī)物質(zhì)和礦物成分組成的混合物，也是營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)物、污染物蓄積場(chǎng)所。經(jīng)水體環(huán)境、傳輸中不斷理化和物化，形成于水底，為水下生物、植物提供繁衍、生殖場(chǎng)所，也是水體營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。根據(jù)對(duì)我國(guó)河流、湖泊、水庫(kù)等相關(guān)研究顯示，我國(guó)水資源中重金屬超環(huán)境背景較為普遍，重金屬污染嚴(yán)重。

重金屬具體是指比重≥5的鉛、銅、汞、鐵、鋅、錳、鎳、鎘、鉻等，砷雖然是非金屬元素，但其與金屬元素化學(xué)性質(zhì)相似，也被劃為金屬元素范疇[2]。銅、鋅元素是營(yíng)養(yǎng)元素和污染物的雙重屬性;鐵、錳在環(huán)境中含量較高，是營(yíng)養(yǎng)元素，且毒性較低，一般認(rèn)為其不是污染元素。而環(huán)境污染上所說(shuō)的重金屬是指汞、鉛、鎘、鉻、砷、鋅、銅、鎳等。而重金屬污染是指人類活動(dòng)中把重金屬帶入到水資源等介質(zhì)中，導(dǎo)致水環(huán)境中的重金屬含量高于背景含量，造成現(xiàn)有及潛在的環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量下降，生態(tài)環(huán)境惡化。重金屬不易被微生物降解，常以一種形態(tài)轉(zhuǎn)為另一種形態(tài)，還會(huì)隨著生物化學(xué)作用儲(chǔ)蓄于生物體內(nèi)，長(zhǎng)期留存累計(jì)，不易被發(fā)現(xiàn)，威脅生物植物生長(zhǎng)及人類健康。且有些重金屬元素會(huì)經(jīng)條件影響轉(zhuǎn)化為甲基化合物，產(chǎn)生毒性反應(yīng)。所以，重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)較高，會(huì)引起較大的危害，應(yīng)重視其處置。

2? 底泥重金屬的來(lái)源

重金屬來(lái)源可分為自然及人為兩類來(lái)源。自然來(lái)源是生物體自身的腐爛、巖石風(fēng)化等。而隨著城市化進(jìn)程不斷發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)劇增，人為來(lái)源已成為了重金屬主要的來(lái)源。且污染范圍越來(lái)越廣，程度越來(lái)越嚴(yán)重。具體包括：其一，居民生活來(lái)源污染。主要是指人們的生活污水和垃圾，居民廢氣的家電和電池中含有多種的重金屬，垃圾在堆放中產(chǎn)生濾液，引起重金屬超標(biāo)，并浸入地表水滲入地下水資源中，且焚燒中產(chǎn)生大量煙塵。還有些地區(qū)將不經(jīng)處理的生活垃圾及污水直接排入農(nóng)田及河道，導(dǎo)致農(nóng)田及河道中的重金屬增加，農(nóng)作物和水生物累計(jì)重金屬，人們通過(guò)食用、使用等使重金屬存于體內(nèi)，并不斷積累，嚴(yán)重危害人體健康。其二，農(nóng)業(yè)污染。主要是指農(nóng)藥、化肥、有機(jī)肥、農(nóng)用薄膜使用、畜禽糞便、污水灌溉、惡臭氣體、不科學(xué)的水產(chǎn)養(yǎng)殖等富集重金屬，形成污染。農(nóng)藥中的鉛、汞、砷重金屬殘效期較長(zhǎng)。畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料添加劑中含有大量的銅、鋅重金屬元素。其三，工業(yè)污染。工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣、廢渣、廢水，其含有較大的重金屬元素。部分企業(yè)未經(jīng)處理就排放到土體及水體中，造成水體及土體的重金屬含量增加，并通過(guò)沉淀進(jìn)入地下土壤和水體，造成嚴(yán)重的重金屬污染[3]。

3? 底泥重金屬污染的檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 底泥重金屬污染的檢測(cè)

先是樣本采集和實(shí)驗(yàn)裝置，底泥中的重金屬以有機(jī)物結(jié)合或礦物質(zhì)結(jié)合態(tài)方式存在，使用彼得森取樣器收取水資源底泥表層30cm內(nèi)的新鮮沉積物作為泥樣。底泥樣品的消解是在樣品中加入強(qiáng)氧化性酸，經(jīng)高溫加熱使重金屬以無(wú)機(jī)鹽形式溶解在溶液中。根據(jù)GB/T 17141-199、GB/T 17139-1997、GB/T 17138-1997的消解檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)重金屬進(jìn)行消解。具體是：先將天平秤風(fēng)干的泥樣品0.4±0.0002g，放于50ml聚四氟乙烯坩堝，加入6ml鹽酸，5ml硝酸、氫氟酸，3ml高氯酸，置于電熱板上消解[4]。需控制好溫度及時(shí)間。消解結(jié)束后加入3ml鹽酸定容過(guò)濾，把消解液置于聚乙烯瓶中，放入冰箱備用。采用原子吸收光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，包括空心陰極燈和無(wú)極放電燈兩種類型。其檢測(cè)系統(tǒng)組成為：光源、原子化、光學(xué)、檢測(cè)系統(tǒng)、顯示裝置?？招年帢O燈是氣體放電管，它的陰極為空心圓柱形，陽(yáng)極為鎢棒，兩極固定在硬質(zhì)玻璃管中，管內(nèi)充入惰性氣體?；鹧嬖踊到y(tǒng)利用化學(xué)火焰的熱能蒸發(fā)溶劑，同時(shí)解離分析物分子，產(chǎn)生被測(cè)的原子蒸汽，將試樣被測(cè)元素化合物轉(zhuǎn)換為基態(tài)原子。原子吸收光譜儀是根據(jù)色散理論，測(cè)定譜線積分吸收系數(shù)，計(jì)算出單位體積中產(chǎn)生吸收的原子數(shù)，以得出樣品中元素的含量濃度。

3.2 底泥重金屬污染的評(píng)價(jià)方法

目前我國(guó)對(duì)重金屬污染評(píng)價(jià)方法較多，包括：?jiǎn)我蜃又笖?shù)評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等。

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法是國(guó)內(nèi)常用的方法，具體是對(duì)底泥中的單一污染物評(píng)價(jià)，用土壤元素背景值作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，以此評(píng)價(jià)重金屬污染累計(jì)程度。此方法是環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、質(zhì)量分級(jí)和綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。綜合污染指數(shù)法多使用內(nèi)梅羅法，是在單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法基層上進(jìn)行的反映重金屬污染綜合情況。適用于整體土壤質(zhì)量和外區(qū)域土壤質(zhì)量對(duì)比，及土壤同時(shí)被多類金屬元素污染時(shí)將單一污染指數(shù)綜合進(jìn)行評(píng)價(jià)，能全面反映各污染物對(duì)環(huán)境的污染程度。地累積指數(shù)法是由德國(guó)的Muller提出的研究重金屬污染程度的定量指標(biāo)，考慮了人為污染因素及環(huán)境地質(zhì)化學(xué)數(shù)值，將底泥的重金屬污染分為7個(gè)等級(jí)，以重金屬含量高低反映出其污染程度，多用于安全評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由瑞典的Hakanson提出的，較為先進(jìn)的評(píng)價(jià)方法，是從沉積學(xué)角度對(duì)底泥沉積物的重金屬污染物進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅考慮了底泥的重金屬含量，還將其生態(tài)效益、環(huán)境效益和毒理學(xué)聯(lián)合，進(jìn)行等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)，定量分出潛在生態(tài)危害程度[5]。

3.3 底泥重金屬污染危害

重金屬在底泥中沉積，直接影響水下生物的生長(zhǎng)繁殖，影響其質(zhì)量，并增加短周期死亡。鉛會(huì)影響植物的脂肪代謝和氧化強(qiáng)度，增加耗用量，阻礙其正常生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致死亡。鎘元素過(guò)高會(huì)減弱水分及養(yǎng)分吸收，抑制根系生長(zhǎng)。重金屬還會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)缺失、降低酶有效性，抑制植物對(duì)鈣、鎂礦物質(zhì)吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)。另外，重金屬在土壤中富集，會(huì)影響水下生物正常繁衍。直接減少蚯蚓和線蟲(chóng)等無(wú)脊椎動(dòng)物的數(shù)量、豐富度和群體構(gòu)成。此外，人們通過(guò)食用重金屬含量高的食物，造成體內(nèi)富集，嚴(yán)重危害健康。鉛元素會(huì)損害人體的腦細(xì)胞，尤其不利于胎兒神經(jīng)系統(tǒng)，會(huì)引起智力低下，進(jìn)入體內(nèi)后不易排出。鎘元素富集于人體肝臟及腎臟，損害腎小管，導(dǎo)致心血管疾病、骨質(zhì)疏松、嚴(yán)重者出現(xiàn)記憶力、語(yǔ)言、注意力障礙。砷有劇毒，會(huì)導(dǎo)致皮膚癌及肺癌。鋅雖然是人體所需元素，但其是微量，過(guò)多攝入會(huì)引起水腫和胃黏膜充血。

4? 底泥重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的處置分析

底泥處置應(yīng)首先做好水體修復(fù)凈化，以改善生態(tài)環(huán)境。多采用底泥疏浚處置技術(shù)、原位覆蓋技術(shù)、加注化學(xué)藥劑等處置底泥。原位修復(fù)技術(shù)可分為原位處理技術(shù)及異位處理技術(shù)。原位處理技術(shù)包括固定化技術(shù)、覆蓋技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)，適應(yīng)于底泥污染不嚴(yán)重的、修復(fù)污染水平較高。異位處理技術(shù)包括疏浚、淋洗、電化學(xué)、微生物修復(fù)，適用于底泥污染嚴(yán)重的情況[6]。底泥具有潛在的資源利用價(jià)值，將其穩(wěn)定及無(wú)害化處理后，可進(jìn)行資源利用，所以，目前多使用異位處理技術(shù)的環(huán)保疏浚底泥清除方法。環(huán)保疏浚以改善環(huán)境為目標(biāo)，是水利、環(huán)境、疏浚工程交叉邊緣技術(shù)。Kleeberg A將其定義為獲得藻類生長(zhǎng)的磷限制條件、去除表層含磷沉積物的控磷釋放技術(shù)。鐘繼承認(rèn)為其是通過(guò)人工、機(jī)械除去富含營(yíng)養(yǎng)鹽及有毒化學(xué)的表層沉積物，以減少底泥內(nèi)源污染風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)。綜合其定義，是以去除底泥中的重金屬和持久性的有機(jī)污染物為目的的技術(shù)。而對(duì)底泥的處理，已打破了傳統(tǒng)的填埋和堆棄，實(shí)現(xiàn)了資源化、無(wú)害化、減量化，將底泥進(jìn)行封閉、集裝化、生物修復(fù)、資源化利用。疏浚污泥可實(shí)現(xiàn)變廢為寶，進(jìn)行制磚等資源化利用，不僅保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，還提升了經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 固化處置一體化技術(shù)

此方法是將底泥通過(guò)運(yùn)泥管道輸送至固化處置場(chǎng)，送至水力旋流器泥砂分離裝置中進(jìn)行大塊砂礫石去除，并投入重金屬處理劑，待其沉淀池沉淀，將沉淀后的泥漿送入高效脫水機(jī)，加入絮凝劑脫水，使其轉(zhuǎn)換為>50%含固率泥餅，再將泥餅送入固化裝置，加入固化劑，使其變?yōu)楣袒?，歷經(jīng)28d。符合標(biāo)準(zhǔn)的底泥就地填埋處理，滲出的余液體經(jīng)高分子金屬捕集劑和活性炭吸附技術(shù)處理，符合標(biāo)準(zhǔn)的排回水體。

4.2 土工管帶處置技術(shù)

此方法先要選擇合適的區(qū)域作為土工管袋脫水的場(chǎng)地，對(duì)其場(chǎng)地進(jìn)行地基穩(wěn)固和防滲處理，再鋪設(shè)管袋。環(huán)保疏浚船一般只疏浚蓄水段的底泥，運(yùn)送岸的底泥通過(guò)洗沙機(jī)分離泥、砂。對(duì)分離出的砂檢測(cè)重金屬含量，如存在污染，應(yīng)進(jìn)行濕篩技術(shù)處理，達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行資源化利用。同時(shí)分離出的泥水混合液應(yīng)泵入輸送管道，將其送入脫水土工管袋，過(guò)程中加入重金屬穩(wěn)定化和底泥絮凝藥劑，穩(wěn)定化處理底泥中的重金屬，且加速脫水，待其含水量穩(wěn)定時(shí)，封場(chǎng)脫水袋區(qū)域，在上面進(jìn)行覆土或綠化。

4.3 濕篩技術(shù)

把疏浚底泥送入料倉(cāng)，入口處設(shè)振動(dòng)篩，篩除粒徑>200mm的樹(shù)枝、石塊。其余底泥物料進(jìn)入料倉(cāng)，物料送至濕篩雙層高頻振動(dòng)篩，設(shè)置高壓水噴頭，分離出粒徑50～200mm碎石、5～50mm砂礫石、<5mm沙。因底泥中的鋅、汞重金屬污染物吸附在粒徑較小的顆粒上，所以經(jīng)高壓水噴淋后的粒徑>50mm的碎石為清潔石塊[8]。對(duì)分離出的砂礫、沙，分別送入滾筒洗石機(jī)及螺旋洗砂機(jī)進(jìn)一步濕篩處理，濕篩液加入濕篩劑。將濕篩后清潔的砂礫、沙堆存于修復(fù)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行待檢，檢測(cè)合格后可作為建筑材料銷售。

5? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)綜述可知，通過(guò)底泥金屬檢測(cè)劑風(fēng)險(xiǎn)分析，其重金屬污染對(duì)水資源、水體生物植物、人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響都較大，所以，應(yīng)做好底泥的處置，尋求最優(yōu)的處置方案，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)的資源化處理。在對(duì)底泥進(jìn)行處置時(shí)，要根據(jù)其特點(diǎn)，堅(jiān)持環(huán)保意識(shí)，選擇現(xiàn)代環(huán)保處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)清除底泥，并以資源化利用的目的，旨在恢復(fù)河道、湖泊抗洪能力及生態(tài)功能，改善人類生存環(huán)境，提高生活質(zhì)量，同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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