污染水体底泥中重金属治理研究现状

污染水体底泥中重金属治理研究现状柯思捷（阳江市环境保护宣传教育中心，广东阳江529500）

摘要：河流、湖泊等水体底泥污染问题已引起全世界的广泛关注，尤其重金属污染问题。目前国内对河流、湖泊底泥重金属的研究偏重于重金属的分布、污染特征以及重金属对生物、生态的影响，对底泥重金属的治理研究相对较少。分析了底泥中重金属的释放机理，简单介绍治理底泥重金属的一些生物技术，着重讨论当今处理底泥重金属的化学方法。关键词：底泥；重金属；治理；生物技术；化学技术Abstract：Thepollutionofsedimentofriversandlakesbecameaglobalproblem,especiallyheavymetalpollution.Atpresent，mostofresearchesofheavymetalsinsedimentfastenondistribution，pollutioncharacteristics，influencingofbiologicalandecologicalinChina,treatmentofsediment'sheavymetalresearchwasrelativelyfew.Thisstudyanalyzedthetheorywhichheavymetaldischargefromsediment,andillustratedtreatmentsofsediment'sheavymetalbyusingbiotechnologyandchemicaltechnologyatthismoment.Keywords:sediment；heavymetal；treatment；biotechnology；chemicaltechnology中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1674-1021（2013）07-0039-03

收稿日期：2013－05－17；修订日期：2013-07-09。作者简介：柯思捷，男，1972年生，工程师，主要从事环境技术管理工作。

1引言水体底泥（沉积物）污染，是世界范围内的一个重要环境问题：其污染物主要通过大气沉降、废水排放、水土流失、雨水淋溶与冲刷进入水体，最后沉积到底泥中并逐渐富集，使底泥受到严重污染，尤其是重金属污染。国内对河流底泥重金属的研究不少，文献显示几乎大小河流都受到重金属污染。方盛荣［1］等研究了南京市莫愁湖、玄武湖、秦淮河等13个底泥样品中的重金属的形态分布情况，结果表明底泥中Pb，Cu，Zn，Ni，Cr主要以有机结合态和残渣态存在；万金柱［2］对广州市31条内河涌底泥性质进行了较为系统的调查研究，广州市河涌底泥中重金属含量水平远远超过土壤背景水平，多处在中至重污染水平，污染已相当严重；刘志彦［3］等以辽宁省沈阳市细河河道底泥为研究对象，发现Cd富集程度达6级，为严重污染；张兴梅［4］等以三峡库区重庆主城区段水体底泥为研究对象，对其重金属污染特征进行调查研究与对比分析，结果表明，三峡库区重庆主城区段底泥重金属污染主要是长江段，嘉陵江段污染较轻微，主要污染元素为Cu，Pb，Zn，其含量与背景值相

差不大；彭涛［5］等对扬州古运河底泥重金属污染潜在生态危害进行了调查与评价，结果表明，古运河各监测断面的潜在生态危害指数等级为轻微至强，下游因曾经有工厂聚集，污染程度高于上游，毒性系数较大的Cd和Hg的潜在生态危害始终排在首位。也有学者研究底泥重金属会对水体生态系统造成的影响。张文强［6］等研究发现，水体底泥重金属污染对水生生态系统中如大型水生植物、藻类、底栖动物、鱼类和微生物等都有不同程度的危害；刘艳平［7-8］

等研究河流底泥重金属污染对鳙鱼血细胞微核率和水生生物遗传物质的影响，结果表明，河流底泥重金属Cd污染对细胞遗传物质有损伤作用。目前国内对河流、湖泊底泥重金属的研究偏重于重金属的分布、污染特征以及重金属对生物、生态的影响，对底泥重金属的治理研究相对较少。本文分析了底泥中重金属的释放机理，简单介绍治理底泥重金属的一些生物技术，着重讨论当今处理底泥重金属的化学方法。

2底泥中重金属释放机理河流底泥中重金属的释放特性与重金属的赋予

39状态密切相关，水环境化学条件是影响重金属结合形态的一个重要因素［9］：河流的环境化学条件主要包括盐度、pH值、氧化还原条件、温度、天然及人工合成络合剂等。重金属可以不同形式进入或吸附在有机质颗粒上，与有机质络合生成复杂的络合态金属。这两种结合形态的金属较为稳定，绝大多数被固定在底泥中不易释放。底泥对于金属Cr，Cu有很强的固定能力，排入河流的这些金属绝大部分在较短的时间内都会转移至底泥中。当上覆水清洁后底泥中的金属又会升迁释放，但速度是相当缓慢的，诸多因素会对释放起到强化或减弱的作用，但作用并不十分明显。因此受污染的底泥将会长期对其上覆清洁水造成影响。3处理底泥重金属的生物技术河流疏浚后复合污染底泥的生物修复，是防止底泥中的重金属和有机污染物二次污染的有效途径［10］。利用生物淋滤技术治理复合污染底泥，能充分发挥生物技术的优势，成本低、效率高，使污染得到有效控制。生物淋滤技术是利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，将固相中某些不溶性成分（如重金属）分离浸提出来。生物淋滤法去除污泥中的重金属具有成本低去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点，近年来在国际上备受关注。Wong［11］等从厌氧消化污泥中分离的嗜酸氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidansXL），在加入FeS的条件下，能使污泥的Zn的去除率达到99％，Cr为65％，Cu为74％，Pb为58％的和Ni为84％。张再利［12］等自矿山酸性废水中分离纯化得到氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans，T.f）与氧化硫硫杆菌（Thiobacillusthiooxidans，T.t），利用这2种硫杆菌对广州郭村河涌底泥中Cd，Cr，Pb，Ni，Cu和Zn6种重金属进行序批式生物沥滤试验。结果表明，T.f菌对重金属的浸出能力高于T.t菌。对Cd，Cr，Ni，Cu和Zn的浸出率T.f菌最高可达60％，45％，70％，90％和75％，T.t菌则分别为45％，34％，50％，65％和55％。二者对Pb的去除率相当，均在25％左右。4处理底泥重金属的化学技术4.1螯合法（1）螯合法处理重金属污染底泥的机理利用螯合剂和重金属的螯合作用，能在一定程度上减少底泥中重金属的含量。螯合剂能够降低重金属含量的机理一般分为两种，一种是钝化改变重金属在底泥中的存在形态，使其由活化态转变成稳定态从而降低在环境中的迁移性和生物可利用性［13］。不同

的重金属离子与重金属螯合剂所形成的螯合结构是不相同的，但最终的结果都是形成高分子重金属离子螯合物，达到重金属稳定化的目的。二是活化，从底泥中去除重金属以使其存留浓度接近或达到背景值。较强的螯合剂如EDTA可与重金属发生络合反应，反应式为：底泥—M+EDTA———底泥+EDTA—M利用螯合剂和重金属的螯合作用，反应形成EDTA—M可溶性的重金属螯合物，可再用淋洗的方法将其去除，能在一定程度上减少底泥中重金属的含量，使其达到填埋标准。（2）螯合剂作用于底泥重金属Bruning［14］

等利用EDTA（乙二胺四乙酸）和PDA

（嘧啶-2，6—乙酰乙酸）来萃取底泥中的重金属，结果表明，利用0.1mol/L的EDTA，对Zn的最高去除率可达70％，Pb的最高去除率为30％。螯合剂的负面效应是不容忽视的，EDTA等螯合剂及其金属螯合物具有生物、植物毒性，使用EDTA等广谱型螯合剂时，容易将与目标金属伴生的其他金属也溶解出来。对于EDTA等难降解的螯合剂而言，它们对环境可能带来的负面影响将持续相当长的时间。为了在强化螯合诱导效果的同时尽量减小毒性大、难降解的螯合剂对生态环境的负面影响，近年来EDTA的一种可生物降解的异构体EDDS（乙二胺二琥珀酸）成为螯合剂治理重金属污染的研究热点之一。罗璐佳［15］等研究了［S，S］-EDDS提取水系沉积物中Cu，Zn，Cd和Pb的影响因素的效应。结果表明，沉积物的4种重金属［S，S］-EDDS提取的最佳时间因元素及土壤特性有差异，但提取时间24h时4种金属都能得到较好的提取率。根据成本效益原则，24h提取时间、中性范围pH和大于1的螯合剂与沉积物中重金属化学剂量的摩尔比，建议可作为［S，S］-EDDS提取沉积物中重金属的合适条件。4.2垃圾焚烧飞灰固化污染底泥中重金属刘汉桥［16］等利用垃圾焚烧飞灰固化污染底泥的实验研究，将底泥直接按照比例与水泥、飞灰混合，底泥经过固化后，重金属离子大部分被包容或转化，但是废物在经过稳定化/固化处理以后是否真正达到了标准，尤其是替代水泥固化剂的垃圾焚烧飞灰富含Zn，Pb，Cr，Cd及Cu等有害重金属，需要对其进行

环境保护与循环经济40有效测试，以检验经过固化后的废物是否会再次污染环境。结论：（1）垃圾焚烧飞灰具有一定的胶凝活性，适当掺入垃圾焚烧飞灰可使固化体有一个适宜的水分量，从而改善底泥固化体抗压性能。（2）固化剂中20％的垃圾焚烧飞灰替代10％的水泥配置的固化体，7d抗压强度可达0.24MPa，满足填埋场力学要求，其重金属浸出浓度均远低于毒性鉴别标准值，固化体可进入固废填埋场填埋处置。4.3有机酸对污染底泥重金属的浸出目前，重金属浸出的研究主要集中于土壤中，采用不同的提取剂对重金属进行浸提，如中性电解质螯合剂及酸等，而对底泥重金属浸出的研究较少。低分子量有机酸在土壤中广泛存在，主要来自植物根系的分泌物、植物残体的分解和土壤微生物的代谢，其存在影响重金属的吸附行为。有研究表明吸附—解吸是影响土壤重金属行为的最重要因素，影响其生物有效性和潜在毒性，而重金属的毒性和生物有效性也取决于其存在形态。不同因素影响着重金属的释放及其在土壤中的形态，如土壤中的有机酸。Fischer［17］等认为有机酸能够通过螯合作用使重金属重新释放出来，增加其流动性。李鹏［18］等研究有机酸对污染底泥中Zn和Pb浸出的影响，实验结果表明：（1）3种低分子有机酸对供试污染底泥中Zn，Pb都有浸出作用，对Zn的浸出能力大小为：柠檬酸>苹果酸>酒石酸；对Pb浸出能力大小为：柠檬酸>酒石酸>苹果酸。（2）随着有机酸浓度的升高，底泥中Zn，Pb的浸出浓度增大，而且浸出能力为：Zn>Pb。（3）介质pH值对底泥中Zn，Pb的浸出有很大影响，浸出浓度随pH值的降低而增加，即在酸性条件下，Zn，Pb更容易浸出，但重金属的浸出浓度因重金属和底泥的不同而存在较大的差异。5结语用重金属螯合剂处理污染底泥，可以在实现无害化的同时，达到底泥少增容或不增容。还可通过改进螯合剂的结构和性能，使其与底泥中的重金属之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境二次污染的影响。由于螯合剂对环境有负面效应，如EDTA等螯合剂及其金属螯合物具有生物、植物毒性和难降解性，开发新型可生物降解的螯合剂是处理底泥重金属的一个新方向。垃圾焚烧飞灰固化污染底泥，是将水体中的重金属转移到填埋场的处理方法。虽然底泥处理后可减少底泥中重金属对环境的影响，但是也会大大增加垃圾填埋场的压力，对现今众多大中城市垃圾填埋场容量不足的情况下，这种方法不容易实现。有机酸对污染底泥重金属的浸出，多数研究还处于实验阶段，而且如何处理并未见有报道。