水体污染物在水和底泥中的分布研究现状

1、水体污染物在水和底泥中的分布研究现状    摘 要:污染物进入水体后,经沉淀、吸附、生物吸收等多种途径最终沉积于底泥中并逐渐积累,而沉积的污染物在温度升高、pH改变、扰动、电位改变等等条件的改变又会发生解吸、扩散，重新释放污染上覆水水质。河流底泥与上覆水之间不停地进行着物质交换和能量交换,底泥中的各种污染物质也与上覆水保持着一种吸收与释放的动态平衡。本文主要通过对水体主要污染指标COD、氮磷、重金属、POPs在水和底泥之间的互动关系描述,从而加强对水体污染的本质的了解,以便采取更好的防治措施。关键词:水污染 底泥 扩散中图分类号:Q06 文献标识码:A

2、文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0131-021 前言水体污染是目前世界范围内普遍存在的一个环境问题,大部分国家和地区的河流均存在不同程度污染,水生生物的生存环境遭到了破坏,城市河流的生态功能也受到了严重影响。我国90%的城市地表水体受到污染,50%的城镇水源不符合饮用水标准,40%的水源已经无法饮用。一个完整的水生生态系统,不仅包括水和水周围的各种环境,还包括水体底部的底泥,一方面,底泥可以吸附水体中的污染物,降低水质污染程度,但是条件发生变化时,污染物会重新释放出来,造成二次污染;另一方面,底泥又是底栖生物的主要生活场所和食物来源,其中的污染物质可直接或间接地对水生生物

3、产生致毒致害作用,并通过生物富集、食物链放大等过程进一步影响陆地生物和人类。过去国内外不少学者研究了水质污染的来源,由于污染物大多来自生活污水和工业废水,于是加强了对外源性水体的排放控制;也有不少学者对底泥进行了研究,目前使用最广泛的沉积物污染物去除方法就是底泥疏浚。但是那都只是治标不治本的,只有对污染物在水和底泥中的分布有所了解,才能对症下药,采取合理措施进行防治。2 有机物污染COD常用来衡量排入水体的有机污染物。大多数有机物水溶性小、易于吸附,并随悬浮物沉降到底泥中,各物质的性质在很大程度上决定了其最后的归宿。如曾永1等在研究黄河水体中泥沙与污染物迁移转化规律时发现:苯系物、硝基苯类化合

4、物及多环芳烃化合物易被颗粒物吸附,最后归宿在底泥中;二氯甲烷、三氯甲烷较少类有机物有较大的溶解度,不易被颗粒物吸附,无生物积累,主要归宿在水中。底泥中COD的含量在不同部位相差很大,李勇2等人通过对里运河底泥中污染物质的含量分析,阐述了不同深度底泥中COD的空间分布特征,结果发现城区段底泥中COD含量约为非城区段的2倍,表层(030cm)和次表层(30cm60cm)底泥污染较深层(150cm210cm)污染严重,060cm底泥中的COD平均含量是深层底泥的2.5倍。当然,有机物不是固定不变的,它们随着条件的转化在不断地进行着迁移转化,这就形成了内源性污染。COD在水体中的迁移转化收到多方面的影

5、响。朱健3等通过室内静态模拟试验研究了环境因子溶解氧温度pH和扰动对底泥释放COD的影响。研究结果表明,不同溶解氧水平下,COD的释放量均随着溶解氧水平的降低而增加;不同温度条件下,随着温度的升高,COD在20释放量最大在5释放量最小;不同pH条件下,COD的释放量在中性条件下释放量最小,酸性和碱性条件下释放量都较大,碱性条件下的释放量略高于酸性条件;不同扰动状态下,COD的释放量均随着扰动程度的加强而增大。3 氮、磷污染水体中的N、P是引起水体富营养化的主要原因,进入水体的氮、磷相当一部分是被沉积物吸附的,只有少部分进入水体,且沉积物对N、P的吸附受各种因素的影响。黄清辉4等利用沉积物磷吸附

6、指数和磷吸附饱和度等指标来表征太湖表层沉积物的磷吸附容量,研究发现:磷在沉积物中的分布是与附近城市污水的实际贡献有着密切关系的。沉积物中磷的吸附容量可能主要受到无定形的铁和铝的氧化物控制,也受沉积物有机质含量的影响。袁辉5等在研究三峡库区消落带氮磷释放规律及控制技术时得出这样结论:三峡水库消落带土壤对氨氮、磷具有一定的吸附能力,吸附等温曲线满足Langmuir等温吸附方程。底泥中的N、P在温度升高,pH改变,动植物的分解作用等情况下会向水体中释放。林建伟6研究了地表水体底泥氮磷污染,研究显示底泥氮的释放主要取决于底泥氮化合物厌氧分解的程度,且释放规律受溶解氧、温度、pH值、生物作用、上覆水营养

7、盐浓度及盐度等的影响。如溶解氧:底泥当中O2的多少直接或间接地控制着硝化和反硝化的进行,而硝化和反硝化作用是影响底泥水界面氮迁移和交换的主要过程,从而影响到不同形态氮的交换速率和通量。pH值一方面影响到底泥微生物的活性,另一方面会影响到间隙水氨氮的迁移过程。但在浅水湖中,底泥的磷释放一般不会是由于厌氧反应引起的,主要是在高温、高pH值的条件下,由于风力扰动而产生的。徐轶群7等人的研究发现沉积物中磷的释放,还受到湖泊主要离子的影响,如钙、铁、铝离子。其中磷和CaCO3的共沉是某些湖泊控制富营养化的一个自然机制;铁和磷的循环对沉积物与水层间的磷酸盐交换起了重要作用。4 重金属污染在水环境体系中，重

8、金属相对稳定地积累在底泥中，而水体水相中重金属的含量很少，故底泥是水体中各种污染物的重要归宿地。在水相中重金属分布的随机性很大，随排放状况、水利和气象条件而不同，没有规律性。积累在底泥中的重金属污染物不是固定不变的，在pH、水温等条件改变时，重金属被释放再次进入水体造成二次污染。吕文英8等人对珠江广州鸦岗断面底泥中重金属进行了研究，发现镉、铬、铜、铅的碳酸盐在酸性条件下容易释放到水环境中；铬、铜、铅的铁锰态在水体氧化还原电位降低时易释放。朱广伟9等在研究京杭大运河杭州段沉积物剖面中重金属的垂向分布时发现：运河杭州段沉积物种Cu释放速率很快，在上覆水受到间歇性扰动的情况下，12天就达到释放最大值

9、；而Zn的释放就较缓慢。提高上覆水的pH位、投加Fe3+类盐或提高上覆水的含氧量都显著降低上覆水中重金属的释放平衡浓度，沉积物中重金属的活动性为CdZnCuPb。5 持久性有机污染物(POPs)POPs是半挥发性有毒有机物,具有较低的水溶性和较高的脂溶性,容易吸附在悬浮物和沉积物的表面,所以进入水体的POPs最终沉积于底泥中。赵彩平10等人对淮河中游重化工聚集区干流水体中多环芳烃进行了定量研究,结果表明淮河中游重化工聚集区干流水体环境样品中多环芳烃的总含量变化幅度较大,悬浮物中的浓度为1169.444048.86ng/g,表层沉积物中浓度为91.981292.52ng/g。POPs易于和矿物质

10、、有机质结合,容易吸附于悬浮物和沉积物中,悬浮物颗粒随水流迁移,担当着释放源和迁移载体的重要角色。POPs迁移转化行为受多种因素综合作用影响,如污染物初始浓度、水环境化学条件(水温、pH等),河流水文特征(流速,紊动强度等)等。韩凝11等人对多沙河流中持久性有机污染物迁移转化影响因素进行分析,其基于去除率率假设提出综合作用系数K,概化所有过程对POPs迁移转化的影响,并采用实验数据对其影响因素进行分析并拟合得到其函数曲线。研究结果显示:K随着泥沙浓度、共存金属离子浓度增大而增大;K随泥沙粒径、POPs初始浓度、温度增大而减小;在近中性条件下,K值达到最大。迟杰12等人在研究DDTs在海河干流市

11、区段沉积物和上覆水间迁移行为中得出生物降解速率常数、污染物在悬浮颗粒物和水间分配系数以及水体颗粒物沉降通量是影响污染物在沉积物和水间迁移过程的主要因素。6 结语底泥在水体污染中起了重要作用。污染物质进入水体后,经沉淀、吸附、生物吸收等多种途径最终沉积于底泥中并逐渐积累,因此沉积物曾一度被看作是水体环境各种污染物质的最终储存场所。由于不断的累积富集,受污染底泥中耗氧性有机物、氮磷物质、重金属、难降解性有机物等污染物的浓度往往要比上覆水中高出几个数量级。河流底泥与上覆水之间不停地进行着物质交换和能量交换,底泥中的各种污染物质也与上覆水保持着一种吸收与释放的动态平衡,一旦环境条件发生改变污染物质就会

12、通过解吸、扩散、扰动等方式重新释放污染上覆水水质。虽然截流、加强污水深度处理等措施减少了污染物进入水体的外源输入,但是河流受污染底泥的内源释放却在很大程度上延缓了污染水体的修复速度和修复效果,有报道指出污染物的内源释放量甚至与外部进入总量相当,底泥中释放的磷有时还会迁移至水体下游而引起污染的转移。疏浚通过移除湖泊底泥中的一些保守性有毒污染物而作为一种去除持久性化学污染物的湖泊治理方法被广泛运用于世界各地的水环境治理工程中。然而,经过多次实践,发现疏浚其实存在一些局限性:底泥疏浚面临着需挖多深、一年需疏几次、在各季节的疏浚方式有何异同、污染物在底泥中沉积的时间深度和状态等诸多问题;底泥疏浚同时存

13、在着加剧二次污染的严重问题,疏浚照成底泥松动,促进了底泥向上覆水中释放污染物。7 问题和展望水环境污染问题已经存在多年,很多研究在污染物的来源,影响因素,在防治水体污染方面也获得了一些成果,主要还是集中在底泥累积污染物的二次释放方面,较为欠缺的是在突发性水污染事故中短期内污染物在上覆水和底泥中的分配研究,这类研究可以为一步深入了解污染物在水体中的分布和迁移转化规律提供基础,并对处理突发性水污染事故提供理论支持。参考文献1 曾永,周艳丽,李群,等.黄河水体中泥沙与污染物迁移转化关系探讨J.人民黄河,2006,28(11):2829.2 李勇,朱智兵.里运河底泥COD和NH3-N空间分布及对水质的

14、影响J.水资源保护,2008,24(6):7275.3 朱健,李捍东,王平.环境因子对底泥释放COD、TN和TP的影响研究J.水处理技术,2009,35(8):4449.4 黄清辉,王子健,王东红,等.梁湾水体中生物有效磷的分布及来源J.中国科学D辑,2005,35:131137.5 袁辉,王里奥,胡刚,等.三峡库区消落带受淹土壤氮和磷释放的模拟实验J.环境科学研究,2008,21(1):103106.6 林建伟,朱志良,赵建夫.曝气复氧对富营养化水体底泥氮磷释放的影响J. 2005,16(4):812815.7 徐轶群,赵秀兰.不同组成湖泊沉积物对磷吸附的动力学j.扬州大学学报,2008,1

15、1(2):7073.8 吕文英,周树杰,龚明睿,等.珠江广州段鸦岗断面底泥中重金属的生态危害评价J.环境与健康杂志,2009,26(2):135137.9 朱广伟,陈英旭,周根娣,等.运河(杭州段)沉积物中重金属分布特征及变化中国环境科学J.2001,21(1):6569.10 赵彩平,丁毅,李玉成.淮河中游重化工聚集区干流水体中多环芳烃研究J.科技导报,2009,27(16):8388.11 韩凝,陈李雄,夏建新.多沙河流中持久性有机污染物迁移转化影响因素分析j.应用基础与工程科学学报,2009,17:125135.12 迟杰,张玄.DDTs在海河干流市区段沉积物/水间迁移行为研究.环境科学J.2009,30(8