水體污染物在水和底泥中的分布研究現狀

摘 要:污染物進入水體后，經沉淀、吸附、生物吸收等多種途徑最終沉積于底泥中并逐漸積累，而沉積的污染物在溫度升高、pH改變、擾動、電位改變等等條件的改變又會發生解吸、擴散，重新釋放污染上覆水水質。河流底泥與上覆水之間不停地進行著物質交換和能量交換，底泥中的各種污染物質也與上覆水保持著一種吸收與釋放的動態平衡。本文主要通過對水體主要污染指標COD、氮磷、重金屬、POPs在水和底泥之間的互動關系描述，從而加強對水體污染的本質的了解，以便采取更好的防治措施。

關鍵詞:水污染 底泥 擴散

中圖分類號:Q06文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(c)-0131-02

1 前言

水體污染是目前世界范圍內普遍存在的一個環境問題，大部分國家和地區的河流均存在不同程度污染，水生生物的生存環境遭到了破壞，城市河流的生態功能也受到了嚴重影響。我國90%的城市地表水體受到污染，50%的城鎮水源不符合飲用水標準，40%的水源已經無法飲用。一個完整的水生生態系統，不僅包括水和水周圍的各種環境，還包括水體底部的底泥，一方面，底泥可以吸附水體中的污染物，降低水質污染程度，但是條件發生變化時，污染物會重新釋放出來，造成二次污染;另一方面，底泥又是底棲生物的主要生活場所和食物來源，其中的污染物質可直接或間接地對水生生物產生致毒致害作用，并通過生物富集、食物鏈放大等過程進一步影響陸地生物和人類。過去國內外不少學者研究了水質污染的來源，由于污染物大多來自生活污水和工業廢水，于是加強了對外源性水體的排放控制;也有不少學者對底泥進行了研究，目前使用最廣泛的沉積物污染物去除方法就是底泥疏浚。但是那都只是治標不治本的，只有對污染物在水和底泥中的分布有所了解，才能對癥下藥，采取合理措施進行防治。

2 有機物污染

COD常用來衡量排入水體的有機污染物。大多數有機物水溶性小、易于吸附，并隨懸浮物沉降到底泥中，各物質的性質在很大程度上決定了其最后的歸宿。如曾永[1]等在研究黃河水體中泥沙與污染物遷移轉化規律時發現:苯系物、硝基苯類化合物及多環芳烴化合物

易被顆粒物吸附，最后歸宿在底泥中;二氯甲烷、三氯甲烷較少類有機物有較大的溶解度，不易被顆粒物吸附，無生物積累，主要歸宿在水中。底泥中COD的含量在不同部位相差很大，李勇[2]等人通過對里運河底泥中污染物質的含量分析，闡述了不同深度底泥中COD的空間分布特征，結果發現城區段底泥中COD含量約為非城區段的2倍，表層(0～30cm)和次表層(30cm～60cm)底泥污染較深層(150cm～210cm)污染嚴重，0～60cm底泥中的COD平均含量是深層底泥的2.5倍。

當然，有機物不是固定不變的，它們隨著條件的轉化在不斷地進行著遷移轉化，這就形成了內源性污染。COD在水體中的遷移轉化收到多方面的影響。朱健[3]等通過室內靜態模擬試驗研究了環境因子溶解氧溫度pH和擾動對底泥釋放COD的影響。研究結果表明，不同溶解氧水平下，COD的釋放量均隨著溶解氧水平的降低而增加;不同溫度條件下，隨著溫度的升高，COD在20℃釋放量最大在5℃釋放量最小;不同pH條件下，COD的釋放量在中性條件下釋放量最小，酸性和堿性條件下釋放量都較大，堿性條件下的釋放量略高于酸性條件;不同擾動狀態下，COD的釋放量均隨著擾動程度的加強而增大。

3 氮、磷污染

水體中的N、P是引起水體富營養化的主要原因，進入水體的氮、磷相當一部分是被沉積物吸附的，只有少部分進入水體，且沉積物對N、P的吸附受各種因素的影響。黃清輝[4]等利用沉積物磷吸附指數和磷吸附飽和度等指標來表征太湖表層沉積物的磷吸附容量，研究發現:磷在沉積物中的分布是與附近城市污水的實際貢獻有著密切關系的。沉積物中磷的吸附容量可能主要受到無定形的鐵和鋁的氧化物控制，也受沉積物有機質含量的影響。袁輝[5]等在研究三峽庫區消落帶氮磷釋放規律及控制技術時得出這樣結論:三峽水庫消落帶土壤對氨氮、磷具有一定的吸附能力，吸附等溫曲線滿足Langmuir等溫吸附方程。

底泥中的N、P在溫度升高，pH改變，動植物的分解作用等情況下會向水體中釋放。林建偉[6]研究了地表水體底泥氮磷污染，研究顯示底泥氮的釋放主要取決于底泥氮化合物厭氧分解的程度，且釋放規律受溶解氧、溫度、pH值、生物作用、上覆水營養鹽濃度及鹽度等的影響。如溶解氧:底泥當中O2的多少直接或間接地控制著硝化和反硝化的進行，而硝化和反硝化作用是影響底泥—水界面氮遷移和交換的主要過程，從而影響到不同形態氮的交換速率和通量。

pH值一方面影響到底泥微生物的活性，另一方面會影響到間隙水氨氮的遷移過程。但在淺水湖中，底泥的磷釋放一般不會是由于厭氧反應引起的，主要是在高溫、高pH值的條件下，由于風力擾動而產生的。

徐軼群[7]等人的研究發現沉積物中磷的釋放，還受到湖泊主要離子的影響，如鈣、鐵、鋁離子。其中磷和CaCO3的共沉是某些湖泊控制富營養化的一個自然機制;鐵和磷的循環對沉積物與水層間的磷酸鹽交換起了重要作用。

4 重金屬污染

在水環境體系中，重金屬相對穩定地積累在底泥中，而水體水相中重金屬的含量很少，故底泥是水體中各種污染物的重要歸宿地。在水相中重金屬分布的隨機性很大，隨排放狀況、水利和氣象條件而不同，沒有規律性。積累在底泥中的重金屬污染物不是固定不變的，在pH、水溫等條件改變時，重金屬被釋放再次進入水體造成二次污染。呂文英[8]等人對珠江廣州鴉崗斷面底泥中重金屬進行了研究，發現鎘、鉻、銅、鉛的碳酸鹽在酸性條件下容易釋放到水環境中；鉻、銅、鉛的鐵錳態在水體氧化還原電位降低時易釋放。朱廣偉[9]等在研究京杭大運河杭州段沉積物剖面中重金屬的垂向分布時發現：運河杭州段沉積物種Cu釋放速率很快，在上覆水受到間歇性擾動的情況下，1～2天就達到釋放最大值；而Zn的釋放就較緩慢。提高上覆水的pH位、投加Fe3+類鹽或提高上覆水的含氧量都顯著降低上覆水中重金屬的釋放平衡濃度，沉積物中重金屬的活動性為Cd＞Zn＞Cu＞Pb。

5 持久性有機污染物(POPs)

POPs是半揮發性有毒有機物，具有較低的水溶性和較高的脂溶性，容易吸附在懸浮物和沉積物的表面，所以進入水體的POPs最終沉積于底泥中。趙彩平[10]等人對淮河中游重化工聚集區干流水體中多環芳烴進行了定量研究，結果表明淮河中游重化工聚集區干流水體環境樣品中多環芳烴的總含量變化幅度較大，懸浮物中的濃度為1169.44～4048.86ng/g，表層沉積物中濃度為91.98～1292.52ng/g。POPs易于和礦物質、有機質結合，容易吸附于懸浮物和沉積物中，懸浮物顆粒隨水流遷移，擔當著釋放源和遷移載體的重要角色。

POPs遷移轉化行為受多種因素綜合作用影響，如污染物初始濃度、水環境化學條件(水溫、pH等)，河流水文特征(流速，紊動強度等)等。韓凝[11]等人對多沙河流中持久性有機污染物遷移轉化影響因素進行分析，其基于去除率率假設提出綜合作用系數K，概化所有過程對POPs遷移轉化的影響，并采用實驗數據對其影響因素進行分析并擬合得到其函數曲線。研究結果顯示:K隨著泥沙濃度、共存金屬離子濃度增大而增大;K隨泥沙粒徑、POPs初始濃度、溫度增大而減小;在近中性條件下，K值達到最大。遲杰[12]等人在研究DDTs在海河干流市區段沉積物和上覆水間遷移行為中得出生物降解速率常數、污染物在懸浮顆粒物和水間分配系數以及水體顆粒物沉降通量是影響污染物在沉積物和水間遷移過程的主要因素。

6 結語

底泥在水體污染中起了重要作用。污染物質進入水體后，經沉淀、吸附、生物吸收等多種途徑最終沉積于底泥中并逐漸積累，因此沉積物曾一度被看作是水體環境各種污染物質的最終儲存場所。由于不斷的累積富集，受污染底泥中耗氧性有機物、氮磷物質、重金屬、難降解性有機物等污染物的濃度往往要比上覆水中高出幾個數量級。

河流底泥與上覆水之間不停地進行著物質交換和能量交換，底泥中的各種污染物質也與上覆水保持著一種吸收與釋放的動態平衡，一旦環境條件發生改變污染物質就會通過解吸、擴散、擾動等方式重新釋放污染上覆水水質。雖然截流、加強污水深度處理等措施減少了污染物進入水體的外源輸入，但是河流受污染底泥的內源釋放卻在很大程度上延緩了污染水體的修復速度和修復效果，有報道指出污染物的內源釋放量甚至與外部進入總量相當，底泥中釋放的磷有時還會遷移至水體下游而引起污染的轉移。

疏浚通過移除湖泊底泥中的一些保守性有毒污染物而作為一種去除持久性化學污染物的湖泊治理方法被廣泛運用于世界各地的水環境治理工程中。然而，經過多次實踐，發現疏浚其實存在一些局限性:底泥疏浚面臨著需挖多深、一年需疏幾次、在各季節的疏浚方式有何異同、污染物在底泥中沉積的時間深度和狀態等諸多問題;底泥疏浚同時存在著加劇二次污染的嚴重問題，疏浚照成底泥松動，促進了底泥向上覆水中釋放污染物。

7 問題和展望

水環境污染問題已經存在多年，很多研究在污染物的來源，影響因素，在防治水體污染方面也獲得了一些成果，主要還是集中在底泥累積污染物的二次釋放方面，較為欠缺的是在突發性水污染事故中短期內污染物在上覆水和底泥中的分配研究，這類研究可以為一步深入了解污染物在水體中的分布和遷移轉化規律提供基礎，并對處理突發性水污染事故提供理論支持。

參考文獻

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