（环境科学专业论文）长江口潮滩沉积物中重金属的环境地球化学研究.pdf

表层沉积物中非残渣态重金属比例明显高于崇明东滩、东海农场 在各采样点沉 积物中沉积物中非残渣态c r , p b以铁锰氧化态、有机硫化物态为主、c u以 有 机硫化态为主: z n , v , m n 以 铁锰氧化态为主; c d 主要以 离子交换态、 碳酸盐 结合态、铁锰氧化态形式存在. ( 2 ) h c l 和d t p a对潮滩沉积物重金属的提取表明，污染地区的重金属比清洁 地区的重金属具有更大的活性或生物可利用性，对连续分步提取法、 d t p a法、 稀 h c l 提取z n , c u , p b , c r 结果进行的相关性分析表明， 连续分步提取法和稀盐 酸法都能较好的用于潮滩沉积物中这四种金属的活性评价; 与分步提取相比， 稀 h c i 法更加简便易行， d t p a法仅适用于z n 的生物有效性评价， 不适用于c r , p b , c u 的活性分析. ( 3 ) p h值、 盐度、 吸附剂浓度以 及溶液体系的 温度、 吸附时间、 固液比 等因 素 明 显 影响 潮 滩沉 积 物对z n 2 + 的 吸 附. 当p h 值小 于5 .5 时， 沉 积物 对z n 2 + 的 吸 附 随着p h值增大而增大;当p h值大于5 . 5 时， 吸附量逐渐趋于平稳且略有下降 盐 度小于2 0 % o 时， 吸附量随着盐度的增加而减少; 盐度大于2 0 % a 时 ， 吸附量随着盐 度的增加略微上升 吸附过程往往集中在最初一段时间， 在6 0 分钟后渐渐趋于稳 定. 固液比越大， 其对重金属的吸附量越大; 吸附量随着温度的升高而增大. 不同 浓度下z n ， 十 的吸附实验表明， 在达到最大吸附量之前， 吸附质浓度越高沉积物对 z ,n + 吸附量越大，崇明东滩、东海农场、石洞口沉积物 z 丫 干 最大吸附量达到了 8 . 5 3 m g / g , 5 . 9 1 m g / g , 3 . 9 7 m g / g . ( 4 )分别运用三种评价方法对上海市滨岸潮滩沉积物中重金属污染及其潜在生 态危害进行了评价， 其中地质积累指数 i g e 。 法结果表明 ，石洞c 7 的c d , z n , c u 污染比较严重， 崇明岛大多数金属则属于较为洁净范围，长江口表层沉积物中重 金属污染的顺序为 c d c r z n c u p b 沉积物富集系数法的结果表明， 重金属 的污染程度 由大到小为 :c d z n c r c u p b . 各个样 点的污染顺序为 s d k b l 2 b l 3 b l i w s k d h i d h 3 c m3 d h 2 c m 2 c m i潜在生态危害 法评价评价结果表明c d , c u的生态危害应该引起足够的重视. a b s t r a c t h e a v y m e t a l s i n t h e a q u a t i c e n v ir o n m e n t m a y b e e as i l y r e m o v e d a n d a b s o r b e d b y t h e s e d i m e n t . s e d i m e n t s o ft e n r e l e a s e d h e a v y m e t a l i n t o b o tt o m w a t e r u n d e r t h e v a r i a b i l i t y o f c o n d i t i o n s ( p h , s a l i n i t y , e t a l ) . s o t h e a c c u m u l a t i o n a n d p e r s i s t e n c e o f h e a v y m e t a l s i n t h e s e s o i l s m a y p r o d u c e p o t e n t i a l l y s e r i o u s h a z a r d s i n t h e f o o d c h a i n . t o t a l m e t a l c o n c e n t r a t i o n s a re o ft e n n o t p r e d i c t i v e o f s e d i m e n t t o x i c i t y . r a t h e r , i t h as b e e n s u g g e s t e d t h a t t h e m o b i l e fr a c t i o n o f s e d i m e n t a r y m e t a l m i g h t b e tt e r r e p r e s e n t t h e ir b i o l o g i c a l a v a i l a b i li t y a n d p o t e n t i a l h a z a r d s o n e c o s y s t e m. t h e r e f o r e , t h e re h a s b e e n in c r e a s i n g a w a r e n e s s t h a t e v a l u a t i o n o f s p e c i a t i o n p a tt e rn a n d m o b i l e h e a v y m e t a l s i n s e d i m e n t m a y p l a y a n i m p o rt a n t r o l e w h e n f i g u r i n g o u t t h e a n t h r o p o g e n i c i n fl u e n c e s o n t h e e s tu a r i n e a n d c o a s t a l e n v i r o n m e n t . a v a r i e t y o f a n a l y t i c a l m e t h o d s h a v e b e e n d e v e l o p e d i n o r d e r t o s tu d y m e t a l s i n s e d i m e n t s i n a t t e m p t t o d e t e r m i n e th e ir c o n c e n t r a t i o n s a n d t h e ir i m p a c t s . d i l u t e h c i , d t p a h a s b e e n s u g g e s t e d t o b e t h o s e o f b e s t e x t r a c t a n t s f o r e s t i m a t i n g e x t r a c t a b l e m e t a l s a n d a s s e s s i n g t h e i r b io a v a i l a b i l i t y . a s f o r m u l t i - s t e p e x t r a c t i o n m e t h o d , t e s s i e r p r o c e d u r e w a s t h e m o s t w i d e l y u s e d . t h e c o m b i n a t i o n o f v a r i o u s m e t h o d s w i l l p r o v i d e s t r o n g e v i d e n c e f o r t h e e v a l u a t i o n o f m o b i l i t y a n d a v a i l a b i l it y o f h e a v y m e t a l . s o r e s e a r c h e r s p a y t h e i r a t t e n t i o n t o a p p l y i n g a n i n t e g r a t e d a p p r o a c h t o t h e e v a l u a t i o n o f h e a v y m e t a l m o b i l i t y a n d b io a v a i l a b i l i t y . i n r e c e n t y e a r s t h e n e g a t i v e i m p a c t s o f h u m a n a c t i v i t i e s o n t h e y a n g t z e e s t u a r y d e v e l o p m e n t i n fl u e n c e d b y e c o s y s t e m h a v e y a n g t z e e s t u a ry b e e n i n c r e ase d w i t h t h e r a p i d e c o n o m i c th e a n d s h a n g h a i c o as t a l a r e as a r e b e i n g w as t e w a t e r d i s c h a r g e a n d t r a f f i c e m i s s i o n . t h e i m p a c t s o f g r e a t l y u r b a n w a s t e w a t e r d i s c h a r g e s o n r e c e i v i n g w a t e r s a r e n u m e r o u s a n d i n p u t s o f c o n t a m i n a n t s c a n c a u s e a c u t e a n d c h r o n i c t o x i c i t y t o o r g a n i s m s i n r e c e i v i n g w a t e r . a lt h o u g h t h e d i s t r i b u t i o n , a c c u m u l a t i o n a n d r i s k as s e s s m e n t o f h e a v y m e t a l s i n t i d a l s e d i m e n t s o f t h e y a n g t s e e s t u a ry h a v e b e e n r e p o rt e d b e f o r e , t h e s p e c i a t i o n a n d m o b i l i t y o f h e a v y m e t a l h a s n o t b e e n r e c o g n i z e d c o m p r e h e n s i v e l y . t h e r e f o r e , a s a m p l i n g c a m p a i g n , w h i c h w as s p o n s o r e d b y n a t i o n a l s c i e n c e f o u n d a t i o n , w a s c a r r i e d o u t i n j u l y 2 0 0 1 . s e d i m e n t s s a m p l e s w e r e c o l l e c t e d i n f iv e i i i s i t e s ( s h i d o n g k o u , wu s o n g k o u , b a i l o n g g a n g , d o n g h a i , d o n g t a n ) . t h e t o t a l c o n t e n t , s p e c i a t io n p a t t e rn a n d m o b i l e a c t i v i t y w e r e d e t e r m i n e d i n d i v id u a l l y饰 d i ff e r e n t e x t r a c t io n p r o c e s s . t h e a b s o r p t i o n e x p e r i m e n t o f h e a v y m e t a l b y s e d i m e n t s w a s a l s o c a r r y o u t u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s t h e r e s u l t s o f t h e s t u d y w e r e : ( 1 ) a t t h e s h i d o n g k o u ( s d k ) , w u s o n g k o u ( ws k ) , b a i lo n g ( b l ) s t a t i o n s , w h i c h w e r e s e r i o u s l y a ff e c t e d b y s e w a g e d i s c h a r g i n g o r t r a ff i c e m i s s i o n , t h e c o n t e n t o f h e a v y m e t a l w a s o b v i o u s l y h i g h t h a n t h a t i n t h e c h o n g m i n g ( c m ) , d o n g h a i ( d h ) s t a t i o n s , w h i c h w e r e f a r f r o m s e w a g e o u t l e t . t o t a l m e t a l c o n t e n t s i n a l l s t a t i o n s w e r e m o r e t h a n b a c k g r o u n d . t h e c o n t e n t o f h e a v y m e t a l i n 1 0 - 3 0 c m w a s h i g h e r t h a n t h a t i n 0 - 1 0 c m . r e s u l t s o f p a r a m e t r i c s t a t i s t i c a l t e s t s h o w a p o s it i v e c o r r e l a t i o n a m o n g t h e c o n t e n t o f h e a v y m e t a l s i n s u r f a c e s e d i m e n t , w h i c h m i g h t c o m e f r o m h u m a n a c t i v i t y . t h e t e s t a l s o i n d i c a t e d t h a t t h e f a c t o r l o a d i n g s o f r o t a t e d m a t r i x o f s u r f a c e s e d im e n t w e r e m o r e c o m p l i c a t e d t h a n t h a t o f c o r e s e d im e n t . i n s d k , ws k , b l m o s t o f h e a v y m e t a l i n u p p e r la y e r s e d i m e n t w as r e s i d u a l . o n t h e o t h e r h a n d , t h e n o n - r e s i d u a l f o r m c o n t e n t s o f h e a v y m e t a l s w e r e d i s t i n c t l y h i g h e r t h a n t h o s e i n le s s p o l l u t e d a r e a s ( c m, d h ) . i t w a s s u g g e s t e d t h a t t h e d i s t r ib u t i o n a n d s p e c i a t i o n o f m e t a l s in t h e u p p e r la y e r s e d i m e n t s o f i n t e r t i d a l fl a t o f y a n g t z e r i v e r e s t u a r y a n d s h a n g h a i c o as t w e r e d o m i n a t e d b y a n t h r o p o g e n i c i n fl u e n c e s . a s f o r s u r f a c e a n d p r o f i l e s e d i m e n t s , m a i n n o n - r e s i d u a l f o r m s o f c r , p b w e r e r e d u c i b l e a n d o r g a n i c f r a c t i o n ; t h e m a i n f o r m o f z n ,v , mn n o n - r e s i d u a l w a s r e d u c i b l e f r a c t i o n ; a n d o r g a n i cf r a c t i o n w a s t h e d o m i n a t i n g f o r m o f c u . ma i n n o n - r e s i d u a l f o r ms o f c d w e r e e x c h a n g e a b l e c a r b o n a t e , a n d r e d u c i b l e . ( 2 ) t h e m o b i l e c o n t e n t o f h e a v y m e t a l i n s e d i m e n t s w a s d e t e r m i n e d b y t h e h c l a n d d t p a p r o c e s s . t h e r e s u l t s i n d i c a t e i n t h e p o l l u t e d a r e as t h e h e a v y m e t a l h a s t h e h ig h e r m o b i l i t y t h a n i n c l e a n a r e a s . a c o m p a r i s o n o f t h e r e s u lt s o f s e q u e n t i a l e x t r a c t i o n s wi t h t h e c o n c e n t r a t i o n s o f mo b i l e me t a l i n d i c a t e s t h a t t h e u s e o f d i l u t e h c l i s a v e ry g o o d , s i m p l e a n d l e s s l a b o r i o u s m e t h o d s f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f m o b i l e m e t a l z n , c u , p b , c r . r e a g e n t d t p a i s p o o r i f i t w a s u s e d t o e v a l u a t e t h e m o b i l i t y o f c r , p b , c u . i v ( 3 ) t h e a b s o r p t i o n p r o c e s s o f h e a v y m e t a l b y s e d i m e n t s c o u l d b e i n fl u e n c e d b y t h e c h a n g e o f e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s ( p h , s a l i n i t y , t e m p ., t i m e s e t a l .) . t h e r e s u lt s s h o w e d t h a t h e a v y m e t a l i n t h e w a t e r w e r e t r a n s f e r r e d t o s e d i m e n t s i n c e s s a n t ly . wit h th e r i s e o f t e m p e r a t u r e a n d th e c o n c e n t r a ti o n o f z n 2 , t h e a m o u n t o f h e a v y m e t a l w h i c h w a s b o u n d b y s e d i m e n t s a l s o i n c r e a s e d . u n d e r t h e c o n d i t io n o f p h 2 0 % o t h e a b s o r p t i o n a m o u n t o f h e a v y m e t a l b y s e d i m e n t s s h o w p o s i t i v e c o r r e l a t i o n w i t h t h e v a l u e o f p h o r s a l i n i t y ; u n d e r t h e c o n d i t i o n o f p h 6 . 5 o r t h e s a l i n i t y c r z n c u p b , w h i c h w a s s l i g h t l y d e f e r e n t f r o m t h e r e s u l t o f s e f : c d z n c r c u p b . s e f a l s o i n d i c a t e d t h a t t h e p o l l u t i o n e x t e n t w a s d i ff e r e n t a m o n g v a r i o u s s it e . t h e o r d e r w a s s d k b l 2 b l 3 b l i ws k d h i d h 3 c m3 d h 2 c m2 c m1 . p e r s u g g e s t e d t h a t t h e c d a n d c u h a d h i g h l y e c o l o g i c a l r i s k a n d m a y c a u s e t o x i c i t y t o o r g a n i s m . v 一 前 言 1 . 1研究意义 重金属主要指 c d , c r , p b 等生物毒性显著的元素，也指具有一定毒性的一般重金 属如c u , z n , n i , c 。 等，其作为当今世界上重要的环境污染问题之一， 受到学者们的 广泛关注。 重金属在人类的生产和生活方面有广泛的应用。因此， 在环境中存在着各种 各样的重金属污染源， 其中. 采矿和冶炼是向环境释放重金属的最主要的污染源。 通过 废水、 废气、 废渣向环境中排放重金属的工业企业也举不胜举。 与其它污染物不同， 重 金属污染物不能被生物降解，而且能够在生物体内富集。在一定条件下， 有些重金属可 以转化成为毒性更强的化合物，如甲基汞。 上海滨岸潮滩地区有着丰富的湿地资源， 湿地系指不问其为天然或人工、 长久或暂 时性之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带， 带有或静止或流动， 或为淡水、半咸水、咸水 水体者， 包括低潮时水深不超过6 m的海域。 这一定义包含的范围很广， 为包括中国在内的 多数国家所接受。 作为人类生存环境的重要组成部分之一， 湿地具有丰富的水资源、 土地 资源、 生物多样性资源和矿产资源， 具有蓄洪抗旱、补充地下水、调节气候、防止土壤 侵蚀、 保护生物多样性、降解环境污染、促淤造陆等功能，因而自古以来人类就对湿地 进行了各种形式的开发利用。 湿地在人类历史的发展进程中扮演着不可或缺的重要角 色。 由于湿地环境自身的演化、 发展规律与人类的主观需求之间存在相当的差距， 因而湿 地环境与人类利用之间会不可避免地产生矛盾。 在这一背景下， 为探索人类活动影响下湿 地环境的变化发展规律，协调人类与湿地环境之间的矛盾， 更好地利用和保护湿地， 本世纪 5 0年代以 来， 各国逐步开展了 对湿地的环境学研究， 取得了很多重要成果， 至今仍处于不 断的发展之中。 潮滩湿地沉积物对水体中的重金属的环境行为有着重要的影响。 研究表明， 在水体 中， 重金属污染物不易降解， 能迅速由水相转入固相， 最终进入沉积物中，在受重金属 污染的体系中，水相中的重金属含量甚微，而且随机性大， 常因排放状况与水力条件的 不同， 含量分布也不同， 但沉积物中的重金属含量由于累积作用往往比相应水相中的含 量要高， 且表现出较强分布规律。 在环境条件的改变下 ( 如遇到灾害性的天气和风浪条 件) ， 重余属可以通过一系列的物理、 化学和生物过程而被释放出来， 造成水环境的“ 二 次污染” ，导致潮滩环境质量恶化。因此，开展潮滩沉积物中重金属环境化学特征及其 行为的研究对于该地区环境保护有着重要的意义。 1 . 2 潮滩沉积物中重金属环境地球化学行为的研究现状 1 . 2 . 1重金属的地球化学形态 近几十年来， 沉积物中重金属的环境化学行为一直是国际上环境学界研究的重要课 题之一， 1 9 7 7年 j e n n e 提出重金属在沉积物中以各种形态存在，并且在随后的研究中 注意到不同形态的重金属的生物毒性不尽相同。 环境中的重金属对生物的毒性， 不仅与 总量有关，更与形态密切相关。1 9 7 9 年t e s s ie r 首先提出了重金属的分步提取方法，进 一步完善了重金属的形态研究的方法基础。 近年来， 许多学者以形态分析为基础对水体 重余属生物可给态进行了大量的研究，但到目 前为止， 就生物可给态还未给出 统一的划分 方法。如汤鸿宵把水体中重金属的溶解态( 自 由离 子态、 无机络合态 作为直接生物可给 态， 缓冲态( 有机络合态、吸附态、沉淀态) 作为间接生物可给态， 而把结晶态作为固定态， 并指出，溶解态和缓冲态在一定条件下可以 互相转化; 而王晓蓉把t e s s i e ; 法逐级提取的可 交换态、 碳酸盐结合态、 铁锰氧化物结合态作为对生物有直接或潜在作用的有效态， 认为 有机物结合态不易被生物吸收， 残渣态属于生物无效部分。 孔隙水中的重金属浓度能直观 表征重金属的化学活性， 那么孔隙水中的重金属无疑是沉积物中最直接的生物可给态部 分。 而d i t o r o 等人指出， 水体沉积物中重金属的主要结合相是酸可挥发性硫化物 ( a c i d v o l a t i l e s u l f i d e , a v s ) , 颗粒 有机碳 ( p a rt i c u l a t e o r g a n i c c a r b o n , p o c ) 和铁与 锰的 氢 氧 化物，这些结合相直接控制着沉积物中重金属的毒性。但是在这些形态划分方法中， t e s s i e : 法是最为广泛应用的方法之一。 按照这个理论， 沉积物中的重金属可分为以下五 种形态: 1 )可交换态:吸附在沉积物，如赫土矿物、有机质和铁锰氧化物等的表面上，这 是一种弱极性键的结合。 环境条件的变化 ( 如河口 水体) 会影响其吸附一 解吸过程， 可 用极性较强的试剂提取; 2 ) 碳酸盐结合态:金属元素进入水体之后，通过离子交换、置换、化合等过程， 可以碳酸盐形态沉积于河底。该形态在p h值降低时易重新释放进入水中。这种形态可 用p h值较稳定底缓冲溶液提取 3 ) 铁锰氧化态:水体中金属在一定的氧化还原条件下，可与铁锰氧化物生成结核 状或薄膜状的化学物质。当水体中氧化还原电位降 低， 或水体缺氧时. 这种形态的金属 易被还原。这种形态可用还原能力较强的试剂提取。 4 )有机硫化物结合态:金属元素可以被束缚在各种有机质中，如活的有机体、有 机碎屑、 矿物颗粒上的有机薄膜等。他们与有机质的活性基团发生络合、鳌合反应，形 成较为稳定的络合物、鳌合物。由于硫离子与多数重金属生成难溶于水的物质，因此水 体中存在较高浓度的硫离子时， 重金属可与其结合， 沉积于河底。有机质和硫化物均能 被氧化剂所氧化，从而可将这种形态金属释放。 5 )残渣态:前述四种金属形态是不稳定的，在一般的物理化学条件下，可以重新 释放出 来。 而残渣态的金属存在与矿物晶 格中，晶格极为稳定， 不易释放出来。 只能采 用强混合酸进行硝化提取。 1 .2 .2影响沉积物中重金属生物有效性的因素 研究表明，沉积物中重金属被生物可利用的程度受多种因素的影响。 1 ) 沉积物深度 沉积物中生物活动最频繁的深度是0 - l c m， 它们的洞穴也大多集中在0 -5 c m的深 度 ( p e t e r s o n e t a l . ， 1 9 9 6 ) 。 生 物通过过 滤间隙 水 进食。 因 此， r i 隙 水 和。 -5 c m范围内 的重金属对生物的毒性将是非常显著的 ( g a r b a r i n o e t a l . ， 1 9 9 5 ) . 2 ) 重金属的种类及其在沉积物中的浓度 根据k i t c h o n g 等研究， 在多数情况下，沉积物中重金属的 浓度很少影响蛤和贻贝 中重金属的含量水平，但有些金属也有一定影响如c d a 3 ) a v s 的含量 研究表明，沉积物的地球化学性质强烈影响着其中重金属的生物可利用程度 ( l u o m a , 1 9 8 9 ; w a n g a n d f i s h e r , 1 9 9 9 ) ， 但是其中 确切的 机理尚 不完全清楚。目 前的 研究 表明有机碳和酸溶硫化物 ( a v s ) 对重金属的生物有效性有着决定性的影响。 a v s能够 在沉积物的深层产生， 然后扩散到上层沉积物，同重金属结合， 减少重金属的生物毒性 ( p e t e r s o n e t a l 。 , 1 9 9 6 ) 。 但是最近的研究表明， 与a v s 结合的重金属能 够被以 沉积物 为食的无脊 椎动物直接利用 ( l e e e t a l o ， 2 0 0 0 ) . 4 ) 生物的 种类 c h o n g a n d w a n g 等研究表明， 每种生物的生理特征对重金属的生物可利用程度也 有 影响， 例如， 浮游生物中的重金 属含 量大于 蛤。 m e t a l a s s i m i l a t i o n e ff i c i e n c y 是一个 重要 的生理学参数， 它是衡量生物从食物或其它周围介质中摄取重金属能力( ma e ) 大小的。 但是这个参数对于大多数无脊椎动物都没有定量化 ( g a g n o n a n d f i s h e r , 1 9 9 7 ;w a n g e t a t . , 1 9 9 8 , 1 9 9 9 ; g r i s c o m e t a l . , 2 0 0 0 ; a r i f i n a n d b e n d e l l - y o u n g ,2 0 0 0 ) o g a g n o n a n d f i s h e r 的研究表明， 一种叫做m a c o m a b a lt h i c a 的蛤从食物中 摄取重金属的ma e 要比 沉积物的 大。而l e e a n d l u o m a 的 研究也表明m y t i l u s e d u l i s 蚌的m a e 数值具有同 样的 规律。 近 来卜 衡量从食物中摄取重金属能力大小的m a e 又在几种无脊椎动物中得以 确定 w a n g a n d f i s h e r , 1 9 9 9 ) 0 最早m a e的 确定只是对于一种食物的。因此，利用这种m a e来 评 价生物对重金属的能力受到了客观条件的限制。是否其他可利用食物的存在会影响到 m a e 的大小， 目 前还不得而知。 k i t c h o n g 等选取两种双贝类软体动物( p e r a n a v i r i d i s 和 r u d it a p s p h i l i p p i n a r u m ) 在各种藻 类条 件下， 视 叮 定了c d , c r , z n 的m a e 的 大小。 程晓东等利用形态分析和生物暴露试验的研究结果表明， 底泥中不同重金属的生物 有效性与生物的吸收途径有关，例如对于食用沉积物腐屑的底栖动物而言， c u的水溶 态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态都可被生物利用。而对于滤食性底栖动物 只用可溶性的 c u离子与生物中的 c u表现出良 好的相关性。其他的重金属如 p b , m n 的生物有效性也与不同生物种类有关。 5 ) 水环境对沉积物中重金属向水体释放的影响 在厌氧性沉积物中，多数二价重金属易与 a v s 、有机物结合，从而降低重金属的 生物毒性，但是当沉积物暴露在氧化性条件下 ( 如退潮时) ，被a v s固定的重金属容易 释放到水体中，被生物利用。 相反， 在氧化性沉积物中，多数重金属容易与铁锰氧化 物结合， 改变氧化还原条件同样会引起重金属的释放。 在海洋中， 缺氧的环境下与沉积 物 颗粒结合在一 起的 重金属， 能 够被多 毛目 环 节动 物和 双贝 类软体 动物直接利 用( w a n g e r a l , , 1 9 9 9 ;g r i s c o m e t a l . ,2 0 0 0 ) . d e c h o s a n d l u o m a 的 研究表明 与细菌共生的 蛤比 与 浮游生物共生的蛤吸收铬的能力要大很多。在通常的沉积物处理过程中， 缺氧的沉积物 暴露在氧气环境中，引起重金属从 a v s中释放出来，产生可被生物利用的重金属，因 此这个过程增加了可被生物利用的重金属的量。 1 .2 .3沉积物对重金属的吸附 ( 0 沉积物表面特征的研究 水体沉积物对污染物 ( 尤其是重金属)的吸附除了受环境条件 ( p h , e h等) 和污 染物物理、化学性质的影响外，还受到沉积物自 身组成和性质的影响。8 0年代以 来， 随 着表面络合模型在概念上的拓广、 完善及其在描述天然水体沉积物对重金属吸附机理上 较为成功的应用，沉积物表面性质对沉积物吸持重金属的影响己开始引起重视。王飞越、 陈静生对采自 我国东部 1 1条主要河流的典型沉积物样品的表面性质进行了较为系统的 研究。结果表明，东南沿海、 南方诸河和东北地区河流沉积物样品的比表面较大， 而介 于其间的华北、 华中地区河流沉积物样品比表面较小， 并以黄河沉积物的比表面为最小。 东部河流的永久负电荷在一 4 - 1 5 0 u c / c m 3 之间，表现为由北向南降低。天然水体沉积物 的表面性质受其不同组成矿物的共同影响。 沉积物表面特征研究的方法很多， 如汤鸿宵等人采用酸碱滴定实验， 得到了乐安江 沉积物的零电点、表面电荷、表面总吸附位和表面固 有酸度常数。 o d a y等运用 x 一 射 线吸收光谱法和 x一射线吸收精细结构定量分析技术获得了矿区沉积物中z n . c d , p b 原子配位的结构信息。s o m a 等运用 x 一射线光电子光谱法和 x 一射线俄歇电子能谱法 描述了a s 在u s o r i 湖和m a s h u 湖沉积物中的结合特性。 ( 2 ) 沉积物吸附过程的模拟 s t r u m n 等在7 0年代初期基于水合氧化物分散体系中金属离子的专属吸附作用提出 了表面络合模式以阐述固一液界面的表面特征和吸附特性。 2 0 多年来， 经众多学者的大 量研究，该模式己 逐渐发展成为比 较完整的 体系，并得到了 应用。 最近， w a n g等证实 了表面络合模式能成功的应用与模拟重金属在沉积物上的吸附。 汤鸿宵等运用该模式系 统的研究了乐安江沉积物的表面特征和吸附特征， 认为应用表面络合模式研究天然水体 沉积物吸附是可行的。 对于描述吸附过程达到平衡后重金属在固液两相间的分配的众多吸附模型中， 应用 最为广泛的 有l a n g m u i : 吸附等温式和f r e u n d l i c h 吸附 等温式。 金相灿等从基本的吸附 方 程f r e u n d l i c h 出 发， 导出 活化能方 程， - b ( c / s ) - k 2 i; b n ， 周孝德用l a n g m u i r 吸附 动力 学 方程d n / d t = k , c ( 1 - n ) - k 2 n研究了 渭河泥沙 和汉江泥沙 对c u 的吸附 速率。 一 部 分 研究 者 用f r e u n d l i c h 型吸附 动力学 方 程和l a n g m u i r 型吸附 动力学方程，研究 泥沙的 吸附 动力学 特征， 比 较衡量泥沙吸附速度的两个参数， 即吸附 速率系数k . 和解吸速率系数k : 的 差别， 这种作法无疑是值得肯定的。即由泥沙平衡吸附服从的等温式， 确定相应的动力学 方程来描述、 研究吸附动力学过程。 但这其中一些研究者用基于f r e u n d l i c h 吸附等温式， 通过一系列假定后导出的吸附 动力学方程， 无论是就这个方程计算结果的合理性，还是导 出方程的结构都存在一些不足， 而且该方程是一微分方程， 用于确定吸附、解吸速率系数 k , , k , 极端不便。另一些研究者希望用l a n g m u i r 吸附动力学方程， 但在积分化简过程中 将 c 作为常数处理，这是值得研究的。 综上所述泪前对泥沙吸附重金属污染物动力学过程的 研究是有限和不够深入的。 ( 3 )环境因子对吸附的影响 沉积物的地球化学性质及其表面性质对吸附有着较为明显的影响。 地球化学性质 主要包括:粒径分布、 沉积物中有机质、 矿物组成及其含量等口表面特征包括:表面电 荷强度、比表面积、电泳率等。由于地域或地带的差异，沉积物中有机质、矿物组成及 其含量都会不同， 因而沉积物对重金属的吸附自 然有变化。 温度对吸附也有着重要的影 响。 金相灿研究发现， c u 被沉积物吸附的 速率明 显的随着反应温度升高而升高。 p h值 影响主要表现在: 制约重金属的溶解度等许多重要性质，影响沉积物中自然胶体的表面 吸附 特征。 l i o n 等研究发现c d 在f e 2 0 3 h 2 o上吸附受p h的影响较大; 汤鸿宵在 研究 p h对 粘土 矿物吸附c d 的 影响中 发 现， 溶液p h值的 临界 值为6 . 8 4 .当p h超过临 界 点 后，沉淀反应是c d 转入固相的主要过程，相反，在临界点以下，则是以吸附和鳌合过 程为主。 在沉积物/ 水体系统中， 氧化还原电位直接影响重金属离子的价态。 如在还原条 件下, a : 以三价为主，与a s ( v )相比 更易在沉积物合地下水中 迁移。 r y s s e n 等人采 用fl u x - c o r e r 实验研究氧气的浓度对c u , c d , z n 和p b 从沉积物中释放和重新在沉积物 一 水相间分配的影响，发现这四种重金属在含氧条件下比厌氧条件下更易迁移。水体中， 常 含 有 大量的c a 2 .a , m 梦 十 等离 子 这 些 离 子的 存 在常 常 会降 低沉 积 物 对 重金 属 离 子 的 吸附。 h a n s e n 等研究发 现c d 在c h a p a l a 湖沉积物上吸附 程度主要 依赖电 解 质类型 和 浓 度。 1 . 2 .4潮滩沉积物重金属污染的评价 评价沉积物重金属毒性的方法近年来取得了一些明显的进步。 主要包括生物检验方 法、数值计算方法以及基准值方法。 对评价重金属的生物毒性而言， 毒理学方法是唯一可靠的方法。 进行沉积物的毒理学 研究， 首先必须解决实验相的选择问题。 用于沉积物毒理学研究的实验相可归纳为如下几 个部分有机萃取相、 水提取复溶相、间隙水相、 全底泥相及现场分析。 一些动物的毒理 试验表明， 沉积物的毒性与间隙水的污染程度密切相关， 而且间隙水相试验避免了 沉积物 物理因 子对生物测试的影响， 实验简便， 是进行沉积物毒理学研究的理想实验相。 确定规 范的实验生物也是当前沉积物毒理学研究的重点之一。 接触整个沉积物的水生试验物种 ( 底栖动物) 是检验沉积物毒性的最好的生物， 但由于他们对化学物质的敏感度低于其他 生物， 大量的沉积物毒理研究还是以 非底栖动物进行。1 9 7 0 年之后， 在污染沉积物的 毒性 评价中使用的非深海的水生物种己 经包括细菌、 浮游植物、 大型植物、 浮游动物、 鱼和 两栖动物。 毒理试验能够直接反映 化学物质对水生生物的影响， 尤其是几种化学物质对水 生生物的联合作用， 以 及环境因子对化