河流重金属污染底泥的修复技术研究进展

文章编号：1674-9669（2012）01-0067-05

收稿日期：2011-12-04

基金项目：国家自然科学基金项目(51174239)；湖南省自然科学基金项目（10JJ3001）；中国博士后基金项目（20090461028、201003526）作者简介：李明明（1987-），男，硕士研究生，主要从事环境微生物学方向研究，E-mail ：mingxueer45@.

通讯作者：朱建裕（1975-），男，副教授，博士，主要从事工业废水处理、生物工程等方面研究，E-mail ：zhujy@.

河流重金属污染底泥的修复技术研究进展

李明明a ，

甘

敏a ，

朱建裕a,b ，

柴立元b

(中南大学,a.资源加工与生物工程学院，长沙410083；b.冶金科学与工程学院，长沙410083）

摘要：基于我国部分河流底泥的重金属污染现状，综述了国内外关于底泥重金属处理研究进展和

成果，并详细阐述了重金属去除的生物修复法.同时，结合重金属污染因子去除效率、处理成本以及环境安全性等问题，笔者提出生物修复法是一种具有潜在应用前景的方法，今后的深入研究可能为河流底泥重金属的处理和后续的资源化利用提供一定的理论依据.关键词：底泥；重金属污染；修复技术；生物淋滤中图分类号：X522

文献标志码：A

Remediation technology for river sediment polluted by heavy metals

LI Ming-ming a ,GAN Min a ,ZHU Jian-yu a,b ,CHAI Li-yuan b

（a.School of Minerals Processing and Bioengineering;b.School of Metallurgical Science

and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China ）

Abstract:This paper reviews the sediment remediation technology polluted by heavy metals on the basis of the current situation of heavy metal pollution in China.The bioremediation method of heavy metal removal is described.Bioremediation method is selected as a promising method which provides theoretical basis for dealing with the heavy metal in sediment considering the removal efficiency,processing cost and environment safety.Key words ：sediment;heavy metal pollution;remediation technology;bioleaching

0引言

水体底泥重金属污染已成为世界范围内的一个重要环境问题.世界工业发展使重金属高频率的发现于河流和湖泊的水体和底泥中，导致世界上相当数量的河流湖泊受到严重污染[1-2].水体下底泥的污染状况对全面衡量水环境质量具有重要的作用[3].水体中的重金属往往将底泥作为最后的储存库和归宿，并且可与水相保持一定的动态平衡.当周围的环境条件变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放，易引起二次污染[4]，同时，底栖生物的主要生活场所和

食物来源也是底泥，其中的重金属可存留、积累和迁

移，不仅对底栖生物或上覆水生物产生致毒致害作用，甚至通过食物链浓缩、生物富集等作用，进一步影响陆地生物，甚至是人类健康.目前底泥的重金属污染已成为世界性的问题[5-6]，国内外河湖底泥的重金属污染治理修复包括原位修复和异位修复两种方式，在处理过程中，可以进行物理修复、化学修复、生物修复以及这三种技术联合使用[7-9].其中处理重金属污染底泥的物理和化学两种方法技术已经被广泛的应用于实践中，但是其应用范围仍然有一定的限制，修复水体污染底泥、保护生态环境的任务仍然十分艰巨，因此迫切需要创新研究.文中主要对水体底泥

有色金属科学与工程

第3卷第1期2012年2月

Vol.3，No.1Feb.2012

Nonferrous Metals Science and Engineering

中重金属的污染现状和治理方法进行综述.

1我国河流底泥的重金属污染现状

水体底泥是河流或湖泊污染物的主要蓄积库，亦可以直接反映水体的污染历史，近几年我国工业的迅猛发展致使许多河流受到了较为严重的重金属污染，尤其是其底泥.张兴梅等对长江三峡库区重庆城区段底泥重金属污染进行调查与分析，结果表明：污染元素主要为Cu，Pb，Zn，各重金属含量都是在70～90cm深度之间达到最大值，Cu的浓度很高使研究区域潜在生态危害指数RI远高于附近的五大湖区[10].王晓等人对徐州市区故黄河底泥重金属污染的研究，结果表明大部分的采样点受Zn的中等程度及以上的污染，主要重金属元素的污染程度依次为Zn> Cu>Pb[11].周秀艳等人对辽东湾河口底泥中重金属的污染评价，结果显示辽东湾底泥中的重金属污染物主要是Cd，Zn，Pb，其中Cd最为严重，平均含量超过土壤环境质量二级标准，Zn的平均含量达到土壤环境质量一级标准[12].冯素萍等人通过总量测定揭示了山东小清河(济南段)底泥沉积物中痕量重金属污染物和污染源的分布，结果表明河流的底泥中含有高浓度不同形态的Cu，Pb，Zn，Cr和Mn等重金属[13].而由于河流附近的矿区造成的河流重金属污染也不计其数，张江华等对陕西潼关金矿区太峪河沉积物重金属污染进行研究，结果表明Pb、Zn是太峪水系沉积物中最主要的重金属元素，并且对黄河造成影响，太峪河流底泥中除As、Cr未超标外，其他重金属全部超标，Hg、Pb、Cd为主要污染元素[14].周建民等对广东大宝山矿区矿山废水排放污染的横石河水体重金属的形态分布及迁移转化进行分析，结果表明该水体的环境污染是以Cu，Zn，Cd和Pb为主的多金属复合污染，综合污染指数PI为2.23~18.11，重金属Cu，Zn，Cd 和Pb的溶解态质量浓度分别达13.82，50.83，0.103，2.91mg/mL[15].张鑫等对安徽铜陵矿区水系沉积物中重金属的潜在生态危害评价可知，造成潜在生态危害的主要重金属为Cd，其次是Pb，As和Cu，而Hg，Cr和Zn对污染的贡献很小，污染最严重的是朱村西河的鸡冠山矿段附近，除Hg，Cr和Zn潜在生态危害轻微外，其它重金属都是强和极强生态危害[16].根据中华人民共和国国家统计局2010年统计，结果表明湖南省的As，Cr，Cd，Pb，Hg的排放量居全国首位[17].由于沿河发达的采矿业，冶炼业等也使湘江底泥重金属污染相当严重.黄钟霆等人研究表明湘江霞湾港段底泥受到了严重的Pb污染，底泥含Pb量最高达1827.6mg/kg，远高于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类水的要求[18].唐文清等人运用Hankanson潜在生态危害指数法对湘江的衡阳段表层沉积物重金属的富集程度和潜在生态风险进行了分析，结果显示湘江衡阳段沉积物Pb和As严重超标，该区段底泥存在一定程度的重金属污染，且具有较为明显的复合型污染特点，存在很强的潜在生态危害[19].底泥中的重金属不仅对水体产生污染，危害河流的底栖生物，也会对人的生活生产带来影响.针对我国河流底泥受到严重的重金属污染的现状，有效减轻河流底泥的重金属污染已迫在眉睫，同时采用合适的修复技术去除和降低底泥中的重金属具有重要的意义.

2污染底泥的修复技术

2.1物理修复技术

物理修复是基于工程技术的处理过程，直接或间接消除底泥中重金属污染物的修复方法.主要包括掩蔽为主的原位修复法和疏浚为主的异位修复法.对疏浚后的底泥中的重金属处理的方法主要包括掩埋及电极法、电磁法和活性炭吸附等物理方法[20].

物理修复效果明显，底泥疏浚因能将污染底泥永久性去除，因而该技术广泛应用于国内外河流底泥的处理.日本、美国、瑞典等国家对部分湖泊进行了局部或大规模的湖泊底泥疏浚工程；在我国，对东北地区的滇池草海污染底泥疏挖及处置工程的实施是我国首例大型湖泊环保疏浚工程，清除底泥近400万m3[21].目前南明河[22]、苏州河[23]的治理均也用到此方法.但是疏浚工程量大，投入大，疏浚出的底泥如不进一步处理或处理不当，则会对环境造成二次污染.电极法主要对含较高浓度的重金属起作用，而电磁法主要适用于一些易挥发性的重金属，如汞或硒等的去除.用此方法去除底泥中的重金属，操作简单、经济可行.经活性炭吸附后，重金属虽然可以回收，但是该方法的不足之处在于活性炭的吸附具有专一性并且活性炭的再生效率不高[24].掩蔽能有效防止底泥中重金属进入水体而造成二次污染，对水质有明显的改善作用.但工程量大，需要大量的清洁泥沙等，来源困难.同时掩蔽会增加底泥的量，使水体库容变小，因而不适用于较浅的河流底泥的修复过程.

2.2化学修复

化学处理法通常是用硫酸、硝酸或盐酸等将底

有色金属科学与工程2012年2月68