水體沉積物重金屬污染風險評價與遷移途徑的研究進展

盛 媛

（廣東新創華科環保股份有限公司，廣東 東莞 523170）

水體沉積物重金屬污染風險評價與遷移途徑的研究進展

盛 媛

（廣東新創華科環保股份有限公司，廣東 東莞 523170）

沉積物是水生生態環境的重要組成部分，對維持水體的營養狀態起著重要的作用，但它也是各種重金屬污染物的載體和潛在的二次污染物的來源。由于重金屬是許多水體的重要污染物，殘留在沉積物中的重金屬會積累在微生物、水生動植物體內，最終會進入人類的食物鏈，危害人體健康。本文對沉積物重金屬的監測方法、遷移途徑、污染評價方法及修復方法進行闡述，指出了該領域存在的問題及可能的研究方向。

沉積物；重金屬；水環境；污染

重金屬是最常見的環境污染物，其在土壤、水和大氣等環境中的積累和分布以驚人的速度增長。重金屬對環境的污染具有豐富性和持久性，其會在水體中富集。重金屬是許多河流系統的重要污染物，殘留在沉積物中的重金屬可能積累在微生物、水生動植物體內，其最終會進入人類食物鏈并且導致健康問題[1]。值得一提的是，沉積物是水生環境中最大的重金屬儲備池，水生系統中超過90%的重金屬負載與沉積物有關[2]。在監測和評價水體環境質量時，由于排水波動和停留時間較短，水中污染物含量的測定并不準確。然而，沉積物有很長的停留時間，它是評估河流水環境狀況及人為污染程度的重要指標，因此研究沉積物中重金屬的污染和遷移途徑問題具有非常重要的意義。

1 沉積物重金屬污染風險

1.1 沉積物重金屬監測方法

目前，國內頒布的沉積物和監測標準方法主要有《水質采樣技術指導》和《海洋監測規范》。美國是最早頒布沉積物監測標準方法的國家，而且分析項目和方法較多，主要偏重于沉積物中持久性的有機物和重金屬對水體的影響[3]。

湖泊和海洋沉積物的采集方法相似，采樣點的布設和采集方法根據預先設定的路線或者面積來確定，主要用蚌式、箱式或拖網等采樣方法來采集表層沉積物，用重力活塞或淺鉆來進行柱狀采集。河流沉積物的采集不僅要考慮自然因素，也要考慮人為因素，洪水期和冰凍期不宜采樣，水流速度和流量會影響沉積物沉積的厚度和粒徑的分配，樣點的布設和采集次數也需考慮河道的寬度和污染程度，并且應選擇河床底部或河岸邊與水面接觸處采集。

1.2 沉積物重金屬污染評價方法

沉積物的環境風險評價方法較多，運用較多的有污染指數法、污染負荷系數法、綜合污染指數法、沉積物富集系數法、地累積指數法、潛在生態風險指數法及環境質量基準等[4]。由于各種污染評價方法有一定的缺陷，人們通常采用多種評價方法相結合的方式來進行評價。其中，地累積指數法、潛在生態風險法及環境質量基準這三種方法相結合來評價沉積物污染被廣泛應用，消除了地區的差異性，考慮了人為活動及背景值變動造成的影響及重金屬的生物毒性效應，全面地反映了沉積物中重金屬對生態環境的影響。但是，我國還未制定出沉積物環境質量基準，在用環境質量基準來評價我國沉積物污染狀況時一般采用美國、加拿大等國的沉積物環境質量基準，使得評價的準確性不高。各國學者對沉積物質量基準做了大量的研究，采用相平衡法或者建立生物效應數據庫等方法來計算環境質量基準值，國內一些學者則根據美國慢性生物毒性淡水水質基準來推算一些河流湖泊的沉積物質量基準值[5-7]。由于各國的背景值及生物種類的差異性，所選擇的環境因子及測試生物不同，因此建立沉積物質量基準的方法也不統一，這使得各國學者所制定的沉積物環境質量基準值差異顯著。

2 沉積物重金屬的遷移和轉化

2.1 沉積物重金屬的轉化途徑

由自然或人為排入河流系統的重金屬，在轉移過程中被分布在水相和河床的沉積物之間。由于吸附作用、水解作用和聯合沉淀作用，只有少部分的自由金屬離子在水中溶解，大部分堆積在沉積物中。重金屬在水體-沉積物界面之間遷移過程主要有擴散、吸附、絡合、沉降及再懸浮等形式。pH、ORP及有機質等被認為是影響沉積物中重金屬分布的重要因素，只要它們有輕微的改變，重金屬的分布就會產生較大的改變。其他因素如鹽度、溫度的改變對重金屬分布影響程度較小。而沉積物的再懸浮是沉積物中重金屬遷移的一個非常重要的過程，該過程使得還原態沉積物接觸到有氧環境，改變了沉積物的氧化還原電位、pH值、養分及重金屬在水和沉積物之間的分配比[8]。

3 沉積物重金屬污染的修復方法

在水生環境中，重金屬通常被分為水溶態、膠體、懸浮形式及沉積相[9]。和有機物不同，自然的分解過程不能去除重金屬。相反，它們通過生物體或一些化合物富集在沉積物中。進入河流的重金屬超過99%能以各種形式存在于沉積物中。因此就像土壤修復，沉積物也有相關的修復方法。對于重金屬污染的沉積物，人們主要采用原位修復和異位修復兩種方式。原位修復技術只適用于污染較輕的沉積物，污染較重的沉積物則需要進行異位修復，如沖洗、電化學修復、浮選及超聲波提取等，但這些方法成本較高且操作復雜。雖然原位修復技術憑借操作簡便、低成本和快速的修復效果等優勢而被廣泛應用，但被固定的重金屬仍然存在于沉積物中，通過一些特殊的條件，其會再次釋放到水中并造成二次污染。因此，沉積物的修復方法還需要進一步的探索和研究，以找到更合適的修復方法。

4 結語

目前，國內對于沉積物重金屬污染的來源、重金屬釋放機制及修復方法的研究還不夠充分，研究主要側重于區域環境的沉積物重金屬污染狀況及風險評價，而對于污染狀況的治理方法和沉積物環境質量基準的研究相對較少。我國目前還沒有完善的沉積物監測標準方法和適合本國的沉積物環境質量基準。因此，我國應先制定出一套完整的沉積物相關標準，規范沉積物的研究方法，使得研究成果更具有說服力，并找出最經濟有效且對生態環境影響最小的沉積物重金屬污染治理方法，進而從監測手段、沉積物質量標準和修復方法等方面建立一套完整的沉積物研究體系。

1 Mohiuddin K M， Ogawa Y，Zakir H M，etal.Heavy metals contamination in water and sediments of an urban riverin a developing country[J].Environmental ScienceTechnology，2011，8（4）：723-736.

2 Zahra A，Hashmi M Z，Malik R N，etal.Enrichment and geo-accumulation of heavy metals and risk assessment of sediments of the Kurang Nallah-feeding tributary of the Rawal Lake Reservoir，Rakistan[J].Science of the Total Environment，2014，470（2）：925-933.

3 蘭 靜，朱志勛，馮艷玲，等.沉積物監測方法和質量基準研究現狀及進展[J].人民長江，2012，43（12）：78-80.

4 陳靜生，王立新，洪 松.各國水體沉積物重金屬質量基準的差異及原因分析[J].環境化學，2001，20（5）：417-423.

5 Persaud D，Jaagumagi R，Hayton A.Guidelines for the protectionand management of aquatic sediment quality in Ontario[J].Water Resources Branch，1993，（2）：494-495.

6 MacDonald D D，Ingersoll C G，Berger T A.Development and evaluation of consensusbased sediment quality guidelines for freshwater ecosystems[J].Archives of Environment Contamination and Toxicology，2000，39（1）：20–31.

7 洪 松，陳靜生.黃河水系懸浮物和沉積物重金屬質量基準研究[J].武漢理工大學學報，2006，28（12）：61-65.

8 Zhang SS，Wang PF，Wang C，etal.Sediment resuspension under action of wind in Taihu Lake，China[J].International Journal of Sediment Research，2015，30（1）：48-62.

9 Peng JP，Song YH，Yuan P，etal.The remediation of heavy metals contaminated sediment[J].Journal of Hazardous Materials，2009，161（2）：633-640.

Research Progress on Risk Assessment and Migration of Heavy Metal Pollution in Water Sediments

Sheng Yuan
(Guangdong Sinoation Environmental Protection Co.,Ltd.,Dongguan 523170,China)

Sediment is an important part of the aquatic ecological environment,to maintain water nutritional status plays an important role,but it is also the carrier of various sources of heavy metal pollutants and potential two pollutants.As heavy metals are important pollutants in many water bodies,heavy metals remaining in sediments will accumulate in microorganisms,aquatic animals and plants,and will eventually enter the human food chain,endangering human health.In this paper,the monitoring methods,migration pathways,pollution assessment methods and remediation methods of heavy metals in sediments are described.The existing problems and possible research directions in this area are pointed out.

sediment; heavy metals; water environment; pollution

X824

A

1008-9500(2017)11-0059-03

2017-09-15

盛媛（1989-），女，湖北孝感人，碩士研究生，研究方向：沉積物風險評價及環境行為。