水环境中重金属的存在形态和迁移转化规律综述_王霞

・监测与分析・

水环境中重金属的存在形态和迁移转化规律综述

Discussion on the existing form s and m igration and transform ation

laws of h eavy m etals in the water environm ent

王　霞　仇启善(包头市环境监测站　包头,010430)

摘要　本文综述水环境中重金属的存在形态和污染特征以及迁移转化规律的研究概况。水体中重金属颗粒态的存在形态分为离子交换态、碳酸盐结合态、铁氧结合态、有机质和硫化物结合态和残渣态。重金属形态和生物效应有关。对重金属在水体中迁移和转化规律及其过程的动力学水质模型的建立进行了论述。

关键词:重金属　存在形态　迁移转化　水质模型

Abstract　T he paper summurized the studys on t he ex isting for ms and migr ation and transfor mation law of heav y meta ls in the w ater env ir onment,a nd discussed the establishment of dynamic w ater quality model.

Key words:heavy metal　existing form　migration and transform ation　water quali ty model

1　序言

重金属污染物在环境中的含量、分布、存在形态、迁移转化、生物效应以及防治对策都引起人们关注。随着工农业的发展,大量污染物(包括重金属)排入江、河、湖、海,使水体遭受到不同程度的重金属污染。为控制和防治河流污染,保护人类生存环境,国外早已开展了大量研究工作;我国从八十年代开始,普遍开展了这方面的研究。本文主要对国内水环境中重金属污染研究状况进行综述〔1〕〔2〕。

2　重金属在水环境中的存在形态

水体中重金属的存在形态直接影响它的迁移转化规律〔2〕,因此,在研究其含量同时,除研究价态变化外,还要研究其赋存形态。水体中重金属存在形态首先分为溶解态和颗粒态(包括悬浮于水相的悬浮颗粒态和底泥的沉积颗粒态)。溶解态是指水样以0.45mm滤膜过滤、酸化后测得的重金属总量(水相)。溶解态包括不经酸化而直接测得的游离态、络合态和有机态。采用Tessier等人提出的逐级化学提取法可将颗粒态重金属分为离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰水合氧化物结合态、有机一硫化物结合态和残渣态。各种存在形态结合强度不同,其稳定性亦不同,生物效应绝然不同,对环境变化最繁感、最易被生物吸收的是离子交换态(可代换态);其次是在PH变化时较易重新释放进入水体的碳酸盐结合态;铁锰水合氧化物结合态(简称铁锰氧化态),在环境变化时会部分释放,对生物有潜在有效性;有机一硫化物结合态不易被生物吸收利用;残渣态主要来源于天然矿物,稳定存在于矿物晶格里,对生物无效应,所以也称惰性态。

考虑到重金属的生物效应,可将沉积物中重金属各种形态分为易可给态(离子交换态)、中等可给态(碳酸盐结合态、铁锰氧化态)和惰性态(有机质和硫化物结合态、残渣态)。

笔者对包头市昆河下游沉积物中重金属形态

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内蒙古环境保护　第10卷　第2期　1998年6月

分布研究〔4〕表明,河水中Cu、Pb、Zn主要以悬浮颗粒态为主(占总量的95%),溶解态很少,在水流中沉积于河床底,降低了铅、锌在污灌中的毒性。从沉积物中Cu、Pb、Zn的存在形态分析可看出,沉积物中Cu-228、Pb-636、Zn -3182(总量,单位:mg/kg)与农用污泥中污染物标准相比,锌已超标,铅含量也较高;与天然水体沉积物中Cu、Pb、Zn背景值相比,Zn 已有明显积累。从各形态分布来看,易可给态占总量百分率为:Pb-14.83%,Cu-11.73%,Zn-5.23%;中等可给态为:Pb-54.65%,Zn-42.81%,Cu-22.84%;惰性态为:Cn-65.43%,Zn-51.92%,Pb-30.53%。

从以上三类形态而言,各种金属占总量的百分比次序为:

易可给态:Pb>Cu>Zn

中等可给态:Pb>Zu>Cn

惰性态:Cu>Zu>Pb

由此可见,从生物效应来看,铅的污染是不可忽视的,要进一研究铅在土壤中的形态分布,以探求治理铅污染的目标和途径。

黄河中游颗粒悬浮物中Pb、Cu、Zn的形态分布规律与昆河不同〔3〕〔4〕,实验表明,悬浮物中这些金属主要以比较稳定的残渣态存在,具有较大的稳定性,这可能与悬浮物中有机质含量低有关。

3　水体中重金属的污染特征

水体中重金属即使浓度很小,也能产生毒性,其毒性和稳定性取决于它的存在形态,而且随水环境条件而改变,各种形态之间可相互转化,它具有形态多变性。重金属都为非降低型有毒物质,可沿食物键或食物网被生物吸收、蓄集,最终造成人体积累和慢性中毒。

重金属进入土壤后,一方面对生态环境产生直接危害,另一方面通过影响土壤养分的生物有效性产生间接影响,因此,重金属是使土壤污染退化的重要污染物。同时,在土壤一植物系统中,把土壤和植物作为一个整体,土壤被重金属污染后,生长于其上的植物有明显积累现象,除影响食用价值外,最终还反映在植物的生长发育和产量上。

通过昆河污水灌溉对土壤和作物影响的研究表明〔5〕,铅等不可降解物在土壤中逐年积累。调查区中35%的监测点大于评价标准,最高值65mg/kg,超过标准近一倍。作物的污染通过土壤作介质在体内各部位蓄积。其含量分布与土壤中的含量分布相一致。Pb超标率为28%,说明作物含铅量与土壤含铅量有直接关系。

4　重金属在水环境中的迁移转化过程重金属在水体中迁移转化的过程是一个复杂的物理、化学及生物过程。所以,在研究其在河流中迁移转化的规律时,必须正确综合考虑各过程及其影响因素。从重金属在水体中迁移转化过程可以看出,重金属在水体中的吸附与释放过程是十分重要的一环,因此,对吸附与释放的研究一直针起人们极大的关注。

4.1　水体中重金属的吸附过程。

重金属在水体中吸附和悬浮物沉降是其达到自净的过程。吸附过程基本符合Henr y、Lam gm uir和Freundlich吸附模式。对重金属吸附有较大影响的水力因素是:水体泥沙浓度和粒度、温度和水相离子初始浓度以及PH值等。尤其是泥沙浓度和粒度影响最大,泥沙浓度越大,粒径越小,吸附量和吸附速度越大,而且不同粒径泥沙共存时对吸附特征参数影响很大;PH值也是至关重要的因素,当PH升高时,吸附速率增大,解吸速率减小,存在临界PH值对应于最大吸附量。温度升高,吸附速率增大,解吸速率减小。

4.2　重金属的释放过程

以吸附动力学为基础的研究把释放看作吸附的逆过程,以吸附动力学模式来描述释放过程。因此,有的研究者〔2〕把释放动力学方程中的系数用Freundlich吸附模式中的解吸速

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