水环境中重金属污染研究概述_李然

水环境中重金属污染研究概述

李　然　李　嘉　赵文谦

(四川联合大学高速水力学国家重点实验室,成都610065)

摘　要:重金属污染是水环境污染的一个重要方面,而水质模型是重金属污染研究的重点方法之一,作者在对溪落渡水库重金属污染的研究工作过程中,收集和整理了大量有关资料,本文概述了目前常用的重金属迁移转化动力学数学模型及建立该模型时所涉及到的重金属存在形态、污染特征,迁移转化过程等方面的研究成果和存在问题。

关键词:重金属污染　水质模型

Review of the Study on the Heavy Metal Pollution

in Water Environment of China

Li Ran　Li Jia　Zhao Wenqian

(S ichuan Union University,Chengdu610065)

A bstract:Heavy me tals in wa ter body can lead to many serious pollution problems.T he developing of water quality model is of impo rtance in the study on heavy metal pollution.This paper review s the heavy metal′s existing forms,pollutio n characteristics and transport processes,and gives a descriptio n of the dispersion-transform dy namic model,w hich is often adopted by hydraulic engineers.T he existing problems in the study o n the heavy metal pollu-tio n hav e also been pointed out.

Key words:Heavy metal pollution,water quality model.

1　前 言

随着工农业的发展,大量污染物包括重金属排入河流,使水质恶化,给人类造成了一系列严重后果。我国80年代初的调查发现在金沙江、湘江、蓟运河、锦州湾等许多水体均有不同程度的重金属污染,其中严重地段的水相重金属浓度高达几百ppb,沉积物中重金属浓度达上千ppm,日本还曾出现由汞污染引起的“水俣病”和镉污染引起的“骨痛病”事件。为控制和治理河流污染,保护人类生存环境,国内外开展了大量研究工作。本文主要对国内重金属污染的研究工作进行了综述。

2　水体中重金属的存在形态

水体中重金属的存在形态直接影响着它的迁移转化规律,因此,在研究其含量的同时,还要研究其存在形态。水体中重金属存在形态包括溶解态(溶解于河水中)和颗粒态(存在于悬移质中的悬移态及存在于表层沉积物中的沉积态)。水样以0.45μm滤膜过滤、酸化后测定可得溶解态(水相)重金属总量,其中,水样过滤后不经酸化而直接测得的具有电活性的游离的及简单的无机络离子称为很不稳定态,其它部份称为络合态,包括与有机物和胶体物络合结合较弱的中等不稳定态、络合结合较强的慢不稳定态和对树脂不敏感而与水中有机物或胶体物强烈结合的惰性态。采用Tessier等人提出的逐级化学提

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—四川环境1997年第16卷第1期

第一作者:李　然,女,28岁,四川联合大学水利系,环境水力学及水污染控制专业九六级在读博士研究生。1990年毕业于成都科大水利系陆地水文专业。

DOI:10.14034/ ki.schj.1997.01.005

取法或其改进方法可将颗粒态重金属的存在形态分为:交换吸附在粘土矿物、氢氧化铁、氢氧化锰或腐殖质等成份上,对环境变化最敏感、有效,最易被生物吸收的离子交换态;在醋酸中溶解,环境变化特别是pH变化时较易重新释放进入水体的重金属碳酸盐即碳酸盐结合态;与水合氧化铁、氧化锰结合,环境变化时会部分释放,对生物有潜在有效性的铁锰水合氧化物结合态;以不同形式进入或包裹在有机质颗粒上,同有机质发生螯合或生成硫化物,不易被生物吸收利用的较稳定的有机硫化物和硫化物结合态;主要来源于天然矿物,稳定存在于石英和粘土矿物等结晶矿物晶格里的对生物无效的残渣态。

3　水体中重金属的污染特征

水体中重金属浓度很小时即产生毒性,具有高度危害性和难治理性,其毒性和稳定性取决于它的存在形态,随水环境条件改变,各种存在形态之间可相互转化,具有形态多变性。物理化学行为多具有可逆性,如沉降与悬浮等,但在一定条件下,又具有相对稳定性。重金属多为非降解型有毒物质,可沿食物链被生物吸收、富集(富集系数可达104以上),最终造成人体积累和慢性中毒,使生态效应具有浓缩和累积作用。

4　水体中重金属的迁移转化过程

重金属在水体的迁移转化过程几乎包括水体中各种已知的物理、化学及生物过程。为研究需要,通常将其概括为:溶解态和悬移态重金属在水流中的扩散迁移过程;沉积态重金属随底质的推移过程;溶解态重金属吸附于悬浮物和沉积物后向固相迁移过程;悬移态和沉积态重金属向间隙水溶出而重新进入水体的释放过程;悬移态重金属沉淀、絮凝、沉降过程;沉积态重金属再悬浮过程;生物过程即生物摄取、富集、微生物及生物甲基化等;水体中重金属通过水面向空气中迁移的气态迁移过程。

重金属在水体中的各种迁移转化过程同时发生,综合作用。研究其在河流中的迁移转化规律时,必须正确综合考虑各过程及其影响因素。同时,从重金属在水体中的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,因而,对吸附与释放的研究一直引起人们极大的兴趣和重视。

　4.1　重金属的吸附过程

水体中重金属的吸附基本符合Henery 型,Langmuir型和Freundlich型吸附模式,三种模式分别包括平衡和动力学吸附模式。其中,Henery型适用于金属浓度非常低且变化很小的情况,另两种型式则适用于金属中、高浓度的情况。

对重金属吸附有较大影响的水力环境因素有:(1)水体泥沙浓度。当泥沙浓度增大,铜、镉的吸附速率变大,解吸速率减少,铅的吸附与解吸速率变化不明显,但解吸与吸附速率之比变大[1];也有研究认为,泥沙浓度增大,镉的颗粒态与溶解态的平衡浓度减少,但对吸附特性参数无影响[24]。(2)泥沙粒度。泥沙吸附量、吸附速率与颗粒比表面积及吸附活性成份含量关系很大,一般粒径越小,吸附量及吸附速率越大,并且不同粒径泥沙共存对吸附特性参数、吸附模式有较大影响[24]。(3)温度。当温度升高,吸附速率增大,解吸速率减小。(4)水相离子初始浓度。当水相离子初始浓度增加,铜、铅的吸附速率增大,解吸速率减小,镉、砷吸附速率变化不大[2,3,4];文献[5]指出水相初始浓度愈高,吸附速率愈小,但对饱和吸附量和解吸与吸附速率之比无影响。(5)pH值。当pH升高,吸附速率增大,解吸速率减小[2],存在临界