含重金屬底泥污染評價及無害化處理方法

田明磊，陳俊，盧瑋，申云飛，申強利，王武濤

（1.河南省深部探礦工程技術研究中心，河南 鄭州 450053；2.河南省地質礦產勘查開發局第二地質環境調查院，河南 鄭州 450053）

1 中國水體底泥重金屬污染現狀

從20世紀70年代初開始，國內學者關注底泥重金屬污染問題，針對國內主要河流、湖泊等水域底泥的重金屬污染情況作了相關調查與研究，發現絕大多數調查水體底泥重金屬（一種或多種）的含量高于當地土壤背景值，特別是受重金屬冶煉與加工、礦山開采、電池制造等行業生產過程中產生大量廢氣、廢水、固體廢棄物影響的水體，其底泥重金屬污染嚴重，重金屬種類主要為銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）、錳（Mn）等。

鄭中華等研究分析指出淮河干流底泥中重金屬Cd為重度危害程度，As、Cr、Cu、Pb和Zn為輕微生態危害程度，單項重金屬潛在生態風險程度從大到小依次為Cd、As、Cu、Pb、Cr和Zn；趙長坡發現賈魯河沉積物中重金屬以多種形態存在，其中Mn和Zn 主要以鐵錳氧化物結合態的形式存在，重金屬濃度的范圍排序為Mn＞Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Cd，但是重金屬污染風險程度與濃度排序略有區別Zn＞Cd＞Mn＞Cu＞Ni＞Cr。另外，本文作者也搜集整理了長江下游、珠江下游、黃河包頭段及巢湖底泥重金屬的平均含量，發現部分重金屬指標平均含量超過中國通用規范《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）（GB 15618-2018）》中所列土壤污染風險篩選值。

2 底泥污染程度評價方法

2.1 內梅羅污染指數評價法

內梅羅污染指數評價法采用式（1）：

式中：PN為采樣點重金屬的綜合污染指數；Pi最大和Pi均分別是i采樣點中最大單項污染指數和平均單項污染指數，由此可見內梅羅污染指數法是一種綜合評價方法，不僅反映每一種重金屬對環境的作用，同時強調了高含量（濃度）重金屬對環境質量的影響，內梅羅污染指數評價標準如表1所示。

表1 內梅羅污染指數評價標準表

2.2 地累積指數法

由德國海德堡大學學者Muller（1969年）提出，是借助某一重金屬當地土壤中的地球化學背景值與采樣點沉積物中該重金屬的總含量實測值的關系來評價重金屬的污染程度，該方法最大的特點是考慮了自然界地質因素會引起背景值變化這一情況。

式中：Igeo為地累積指數；Ci為采樣點某一重金屬的實測含量；Bi為當地某一重金屬的地球化學背景值；K為地質因素對背景值的影響系數，取1.5。地累積指數法污染等級劃分標準如表2所示。

表2 地累積指數法污染等級劃分標準表

2.3 潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數法最早由瑞典湖泊沉積學專家霍坎松提出的一種運用沉積學原理并結合重金屬生物毒性來評價重金屬污染程度的方法，該方法同時考慮了重金屬的濃度影響、多種重金屬的共同作用影響和生物毒性影響。

表3 潛在生態風險分級表

3 重金屬污染底泥無害化處理方法

3.1 物理修復

物理修復是指通過一定的技術和手段將重金屬污染底泥分離出來，或者阻斷其與水體接觸。如進行河道清淤疏浚直接挖除污染底泥、表面覆蓋底部襯墊封蓋掩蔽，物理修復是最通用的修復法，其工藝簡單、效果好，缺點是施工需占用大面積場地，對河道生態環境干擾大，處理工程量大，存在二次污染風險，適合規模小、污染程度高的修復工程。

此外電級驅動物理修復技術針對重金屬污染也有很好的修復效果，在濕度較高的底泥中采用兩級通電技術，重金屬離子在復雜的電場力驅動下富集在電極區，從而分離出底泥中的重金屬。

3.2 化學修復

除了上述的物理修復，還有發展較早的化學修復技術，通過對底泥施加化學改良劑，使底泥中的重金屬氧化還原、拮抗、吸附或沉淀，降低土壤中重金屬的活性，進而達到修復重金屬污染的目的，主要包含超臨界液相萃取技術、固化—穩定化技術、化學淋洗技術等。該方法修復效率高、易操作、速度較快，缺點是治理成本高，修復治理深度受限，穩定性差，可能會造成二次污染。

3.3 生物修復

生物修復技術其原理是利用植物或微生物代謝功能活動來富集、容納、轉化及降解底泥中的重金屬，降低生物毒性或使重金屬濃度達到可接受的水平，主要包括植物修復、微生物修復及多種生物的聯合修復等。植物修復又可分為植物固化、植物提取、根系過濾等類型，其中根系過濾技術比較適合河道底泥的原位修復，一般選取水生或半水生植，其物龐大的根系能夠有效地過濾、富集重金屬，孔皓對上海市中小型河道水生植被的重金屬累積特征進行研究，發現苦草、水盾草對多種重金屬有較強的富集能力，黑藻、蘆葦與沉積物中Cu、Ni、Pb、Cr 的含量呈顯著正相關。

植物修復無需清挖污染土和運輸，不會造成二次污染；在消除底泥中重金屬污染的同時凈化了水質、美化了河道景觀，且成本低于傳統修復技術，植物修復技術在重金屬治理方面有良好的應用前景。植物修復過程耗時長，修復植物種類篩選困難，因此選育出適應多種重金屬的超富集植物是植物修復技術廣泛應用的關鍵所在。

4 結論與建議

重金屬污染河道底泥已然成為社會經濟發展中不可避免的環境問題，文章對中國河道底重金屬污染現狀、重金屬污染程度評價主要方法及底泥無害化處理技術進行評述，認為可采用文中所述的重金屬污染評價方法對底泥污染程度進行先定性再定量綜合評價，制定合理、有效的河道底泥無害化處理方案。河道底泥的研究今后可以在以下方面著力：①完善底泥生態風險評價方法，將重金屬對生物體的影響加入評價體系。②生物修復中微生物群落結構和超富集植物的研究是生物修復廣泛應用的關鍵。③底泥性質與土壤性質比較接近，且營養成分豐富是潛在的資源，經無害化處理后的底泥資源化利用。