底泥重金屬污染風險評價及處置分析

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，會在水中生物體內(nèi)累計，破壞生物體，嚴重危害生態(tài)環(huán)境。所以，應加大對底泥重金屬的含量檢測，分析其風險，以找到適宜的處置方式。本文對底泥的重金屬污染及來源進行了概述，對重金屬的檢測技術(shù)及其帶來的危害風險進行了分析。

關(guān)鍵詞：底泥? 重金屬污染? 風險評價? 處置

中圖分類號：X825? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

我國的底泥重金屬隨著社會發(fā)展越來越嚴重，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，當環(huán)境條件出現(xiàn)變化，底泥也會向水體釋放污染物，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。水中生物植物以其為生存場所及食物來源，而人們通過生物富集的食物鏈過程最終進入到人體，嚴重危害人體健康。所以，加大對底泥重金屬風險分析，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、各種有機物質(zhì)和礦物成分組成的混合物，也是營養(yǎng)鹽、有機物、污染物蓄積場所。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、生殖場所，也是水體營養(yǎng)循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。根據(jù)對我國河流、湖泊、水庫等相關(guān)研究顯示，我國水資源中重金屬超環(huán)境背景較為普遍，重金屬污染嚴重。

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性質(zhì)相似，也被劃為金屬元素范疇[2]。銅、鋅元素是營養(yǎng)元素和污染物的雙重屬性;鐵、錳在環(huán)境中含量較高，是營養(yǎng)元素，且毒性較低，一般認為其不是污染元素。而環(huán)境污染上所說的重金屬是指汞、鉛、鎘、鉻、砷、鋅、銅、鎳等。而重金屬污染是指人類活動中把重金屬帶入到水資源等介質(zhì)中，導致水環(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)境問題，導致環(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)，還會隨著生物化學作用儲蓄于生物體內(nèi)，長期留存累計，不易被發(fā)現(xiàn)，威脅生物植物生長及人類健康。且有些重金屬元素會經(jīng)條件影響轉(zhuǎn)化為甲基化合物，產(chǎn)生毒性反應。所以，重金屬污染的風險較高，會引起較大的危害，應重視其處置。

2? 底泥重金屬的來源

重金屬來源可分為自然及人為兩類來源。自然來源是生物體自身的腐爛、巖石風化等。而隨著城市化進程不斷發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)劇增，人為來源已成為了重金屬主要的來源。且污染范圍越來越廣，程度越來越嚴重。具體包括：其一，居民生活來源污染。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，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，導致農(nóng)田及河道中的重金屬增加，農(nóng)作物和水生物累計重金屬，人們通過食用、使用等使重金屬存于體內(nèi)，并不斷積累，嚴重危害人體健康。其二，農(nóng)業(yè)污染。主要是指農(nóng)藥、化肥、有機肥、農(nóng)用薄膜使用、畜禽糞便、污水灌溉、惡臭氣體、不科學的水產(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。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，并通過沉淀進入地下土壤和水體，造成嚴重的重金屬污染[3]。

3? 底泥重金屬污染的檢測和風險評價

3.1 底泥重金屬污染的檢測

先是樣本采集和實驗裝置，底泥中的重金屬以有機物結(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氧化性酸，經(jīng)高溫加熱使重金屬以無機鹽形式溶解在溶液中。根據(jù)GB/T 17141-199、GB/T 17139-1997、GB/T 17138-1997的消解檢測方法及標準，對重金屬進行消解。具體是：先將天平秤風干的泥樣品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]。需控制好溫度及時間。消解結(jié)束后加入3ml鹽酸定容過濾，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行檢測，包括空心陰極燈和無極放電燈兩種類型。其檢測系統(tǒng)組成為：光源、原子化、光學、檢測系統(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)利用化學火焰的熱能蒸發(fā)溶劑，同時解離分析物分子，產(chǎn)生被測的原子蒸汽，將試樣被測元素化合物轉(zhuǎn)換為基態(tài)原子。原子吸收光譜儀是根據(jù)色散理論，測定譜線積分吸收系數(shù)，計算出單位體積中產(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價方法

目前我國對重金屬污染評價方法較多，包括：單因子指數(shù)評價法、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)評價法是國內(nèi)常用的方法，具體是對底泥中的單一污染物評價，用土壤元素背景值作為評價的標準，以此評價重金屬污染累計程度。此方法是環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、質(zhì)量分級和綜合評價的基礎(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)評價法基層上進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)量對比，及土壤同時被多類金屬元素污染時將單一污染指數(shù)綜合進行評價，能全面反映各污染物對環(huán)境的污染程度。地累積指數(shù)法是由德國的Muller提出的研究重金屬污染程度的定量指標，考慮了人為污染因素及環(huán)境地質(zhì)化學數(shù)值，將底泥的重金屬污染分為7個等級，以重金屬含量高低反映出其污染程度，多用于安全評價。潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由瑞典的Hakanson提出的，較為先進的評價方法，是從沉積學角度對底泥沉積物的重金屬污染物進行評價，不僅考慮了底泥的重金屬含量，還將其生態(tài)效益、環(huán)境效益和毒理學聯(lián)合，進行等價屬性指數(shù)分級評價，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繁殖，影響其質(zhì)量，并增加短周期死亡。鉛會影響植物的脂肪代謝和氧化強度，增加耗用量，阻礙其正常生長發(fā)育，導致死亡。鎘元素過高會減弱水分及養(yǎng)分吸收，抑制根系生長。重金屬還會導致營養(yǎng)缺失、降低酶有效性，抑制植物對鈣、鎂礦物質(zhì)吸收及轉(zhuǎn)運。另外，重金屬在土壤中富集，會影響水下生物正常繁衍。直接減少蚯蚓和線蟲等無脊椎動物的數(shù)量、豐富度和群體構(gòu)成。此外，人們通過食用重金屬含量高的食物，造成體內(nèi)富集，嚴重危害健康。鉛元素會損害人體的腦細胞，尤其不利于胎兒神經(jīng)系統(tǒng)，會引起智力低下，進入體內(nèi)后不易排出。鎘元素富集于人體肝臟及腎臟，損害腎小管，導致心血管疾病、骨質(zhì)疏松、嚴重者出現(xiàn)記憶力、語言、注意力障礙。砷有劇毒，會導致皮膚癌及肺癌。鋅雖然是人體所需元素，但其是微量，過多攝入會引起水腫和胃黏膜充血。

4? 底泥重金屬污染風險的處置分析

底泥處置應首先做好水體修復凈化，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)、加注化學藥劑等處置底泥。原位修復技術(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)和植物修復技術(shù)，適應于底泥污染不嚴重的、修復污染水平較高。異位處理技術(shù)包括疏浚、淋洗、電化學、微生物修復，適用于底泥污染嚴重的情況[6]。底泥具有潛在的資源利用價值，將其穩(wěn)定及無害化處理后，可進行資源利用，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，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)。鐘繼承認為其是通過人工、機械除去富含營養(yǎng)鹽及有毒化學的表層沉積物，以減少底泥內(nèi)源污染風險的技術(shù)。綜合其定義，是以去除底泥中的重金屬和持久性的有機污染物為目的的技術(shù)。而對底泥的處理，已打破了傳統(tǒng)的填埋和堆棄，實現(xiàn)了資源化、無害化、減量化，將底泥進行封閉、集裝化、生物修復、資源化利用。疏浚污泥可實現(xiàn)變廢為寶，進行制磚等資源化利用，不僅保護了生態(tài)環(huán)境，還提升了經(jīng)濟效益。

4.1 固化處置一體化技術(shù)

此方法是將底泥通過運泥管道輸送至固化處置場，送至水力旋流器泥砂分離裝置中進行大塊砂礫石去除，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，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。符合標準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，符合標準的排回水體。

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地，對其場地進行地基穩(wěn)固和防滲處理，再鋪設管袋。環(huán)保疏浚船一般只疏浚蓄水段的底泥，運送岸的底泥通過洗沙機分離泥、砂。對分離出的砂檢測重金屬含量，如存在污染，應進行濕篩技術(shù)處理，達標后再進行資源化利用。同時分離出的泥水混合液應泵入輸送管道，將其送入脫水土工管袋，過程中加入重金屬穩(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，封場脫水袋區(qū)域，在上面進行覆土或綠化。

4.3 濕篩技術(shù)

把疏浚底泥送入料倉，入口處設振動篩，篩除粒徑>200mm的樹枝、石塊。其余底泥物料進入料倉，物料送至濕篩雙層高頻振動篩，設置高壓水噴頭，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]。對分離出的砂礫、沙，分別送入滾筒洗石機及螺旋洗砂機進一步濕篩處理，濕篩液加入濕篩劑。將濕篩后清潔的砂礫、沙堆存于修復場區(qū)進行待檢，檢測合格后可作為建筑材料銷售。

5? 結(jié)語

通過綜述可知，通過底泥金屬檢測劑風險分析，其重金屬污染對水資源、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，應做好底泥的處置，尋求最優(yōu)的處置方案，以實現(xiàn)生態(tài)的資源化處理。在對底泥進行處置時，要根據(jù)其特點，堅持環(huán)保意識，選擇現(xiàn)代環(huán)保處理技術(shù)，以實現(xiàn)生態(tài)清除底泥，并以資源化利用的目的，旨在恢復河道、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，同時促進經(jīng)濟效益及社會、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻

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