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摘 要：重金属元素对水体和土壤环境日趋严重的污染和破坏，严重威胁着人类健康。该文采用环境调水法修复小型湖泊重金属污染，检测不同修复时间段内的水体与底泥重金属镉含量，分析在该工艺运行模式下对重金属的修复效果。结果表明：（1）通过喷洒生石灰后，水体中镉含量会明显减少；（2）通过调水修复后，水体中镉浓度达到修复目标，湖泊底泥中重金属镉含量经修复后也大幅度减少。说明调水引流修复方法对修复湖泊中水体与底泥污染有显著效果，具有一定的可行性，能够为小型湖泊重金属污染应急事件的治理与修复提供重要依据与经验。
关键词：重金属污染；镉污染；应急处理；原位修复
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）23-91-04
Abstract：The pollution of heavy metal is becoming increasingly serious；it is a serious threat to human health.Through the study on the repair of the pollution of heavy metals in small lakes on emergency treatment of heavy metal polluted by environment after water transfer law，detection of different repair period of water and sediment heavy metal cadmium content，analysis the effect of remediation for heavy metal in the process operation mode.The results showed that：（1）significantly reduce the content of cadmium in water will reach the target through the water diversion by spraying lime；（2）repair after the repair water concentration of cadmium，cadmium content in sediments of lakes after the repair is greatly reduced. The water transfer drainage repair method to repair in the lake water and sediment pollution has remarkable effect，has the certain the feasibility，can provide an important basis and experience for the treatment and remediation of heavy metal pollution in small lakes emergency events.
Key words：Heavy metal contamination；Cadmium pollution；Emergency management；In-situ remediation
湖泊是人类赖以生存和发展的重要物质基础，是地球上重要的淡水蓄积库，地表可利用的淡水资源90%都蓄积在湖泊里。我国是一个多湖泊的国家，在内陆湖泊星罗棋布，点多面广，加强对湖泊水质的管理与保护，是水资源管理与保护的重要任务之一[1]。在我国部分地区，有着丰富的矿产资源，矿产资源的开发利用在带来了巨大的经济效益的同时，也会产生许多令人担忧的环境问题。如采矿、冶炼等行业会产生含高浓度重金属的废水，这些废水如果未经处理就直接排入湖泊中，则对湖泊内及周边动植物产生巨大危害，甚至威胁到人类的生命安全与健康。
水体重金属污染主要是指生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr，另外还包括具有毒性的Zn、Cu、Co、Ni、Sn、V等[2]。它们在土壤和生物体内富集，污染土壤和作物，对作物的生长、产量和品质均有较大危害，并且还能被作物富集吸收进入食物链，具有损害人类及动物健康的潜在危险[3]。其中，重金属Cd是环境中重要的污染物，在自然界中常常共同存在构成复合污染，其多为非降解型有毒物质，不具备自然净化能力，一旦进入水体就很难从中去除[4]。目前，利用植物进行土壤重金属修复的研究较多[5-8]，但由于底泥在水体深处，所以用于底泥重金属修复的应用还不是很多。近年来，随着城市化、工业化进程的发展，重金属元素对环境的污染和对生态的破坏日益严重，尤其是突发性重金属污染，严重威胁着人类的生存与发展。
本文通过研究对重金属污染应急处理后采用环境调水法修复小型湖泊重金属污染，检测不同修复时间段内的底泥重金属含量，分析在该工艺运行模式下对重金属的修复效果，讨论了该修复方法对应急处理小型湖泊重金属污染作用意义，为同类应急事件的修复治理提供重要依据与经验。
1 研究背景
1.1 湖泊概况 用于研究的湖泊面积约为5.2万m2，水体深度为3～5m，其平面形状如图1所示。其属于浅水型湖泊，主要功能为游乐、养殖、灌溉，是附近居民生活环境和风貌的核心组成部分，具有极其重要的生态服务功能。该湖泊集雨面积小，所在地区平均月降水量约为80mm，主要降水季集中在夏季，交换与汇水量相对较少，环境容量小，生态系统较脆弱，抗外界污染能力相对较弱。
1.2 调查分析 2013年1月份某地突发一重大镉污染事故，给当地生活的居民带来了极大的不便。以当地附近的一家农家乐为例，往年因为该湖泊中的水产品吸引了大量的游客前往观光旅游，给其带来了非常好的经济效益。但自从污染事件发生后，该农家乐面临倒闭的局面。同时，周边的蔬菜种植基地，不能使用该湖泊的水灌溉，这更给他们的生活和生产带来了一系列的安全隐患。经有关部门调查得知，在湖泊上游有一家金属提炼厂，该厂的废水经检测，其中的镉含量高达860mg/L，且未经过任何处理就通过雨水管的形式排向该湖泊，使得该湖泊内镉含量大量增加，造成严重污染。 2 修复研究
2.1 样品采集与分析 因为事件发生后对该湖泊及周边的污染情况尚不明确，所以需要先对该湖泊周边的污染情况进行检测调查，分别对湖泊水和湖泊底泥进行分析比对研究。湖泊水和湖泊底泥的检测分析：底泥受污染程度差异可能较大，同时其污染情况受水流向影响较大，所以分别在3个出水口的左右两侧各设一采样点。在3个出水口的两侧分别采集水样，同时为了初步了解污泥污染随深度的影响，对每个采样地点的采样，分别采取表层0～5cm泥样、中层8～13cm泥样以及底层16～21cm泥样，作为上、中、下泥样的样品。采样完毕后，各采样点1L水样中加入10mL浓HNO3（HJ 493-2010 水质采样样品的保存与管理技术规定）保存，和污泥样一起送回实验室进行检测分析。其中，水样的测定采用火焰原子吸收分光光度法（GB 7475-1987），底泥样采用KI-MIBK萃取原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997）。
2.2 修复工艺与运行 水体的污染治理采用化学沉淀法，其原理是在含重金属废水中加入混凝剂石灰，形成絮凝体，使重金属共沉淀析出。该污染事件发生后，当地部门采取紧急措施，向湖泊中投放大量的生石灰[9]，在湖底形成4～8cm的石灰层，使污染的底泥与水体分开。一方面使湖水中的重金属镉形成沉淀析出，另一方面则改变湖水和底泥的pH，使之呈微碱性，抑制底泥中镉的析出[10]。修复水体通过投放生石灰，湖泊水质可以达到修复目标。
修复河道底泥通过原位修复原理，通过出水阀控制出水流量，使湖泊水质达到排水要求，同时缓慢降低底泥中镉含量。底泥的治理通过稳定化，改变污染底泥的物化性质，减少污染区的释放。具体通过投入改良剂、抑制剂，增加底泥有机质、阳离子交换量和粘粒的含量，改变pH和电导率等理化性质，使底泥中重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，降低其生物有效性。
人工调整上游来水量和自身3个出水口的开关，控制每个月出水流量大体相同，步骤1：1～2月份，闸阀1打开，闸阀2、闸阀3关闭。步骤2：3～4月份，闸阀1关闭，闸阀2打开，闸阀3关闭。步骤3：5～6月份，闸阀1关闭，闸阀2关闭，闸阀3打开。
3 结果与分析
3.2 水体修复 经应急处理后按照修复流程进行调水引流修复。图3所示为连续6个月的修复期内的每月的镉浓度监测结果。从图3可以看出，随着修复时间的推移，各检测点水体中镉浓度均有所下降。监测点3修复效果最明显，水体中镉浓度由第1个月末的9.8μg/L降低为第6个月的4.4μg/L。其修复效益监测点依次3、5、1、4、6、2。图3中虚线为国家Ⅲ类水镉的标准限值为5.0μg/L，可以看出，经3个月修复，有一半的监测点镉浓度在国家限定值以下，其中监测点2距离污染源较远，初始镉浓度较低，因而在修复初级即达到标准要求；经5个月修复全部监测点镉浓度在国家限定值以下，表面湖泊水体镉浓度已基本达到国家限值要求。结果表明，使用调水引流修复小型湖泊重金属镉污染效果明显，具有一定的可行性。
3.3 底泥修复 对湖泊调水引流修复前污泥中镉浓度进行监测，监测结果如图4所示。从图4检测结果可知，该湖泊底泥的污染主要集中在0～5cm的表层，其中湖泊的缓冲沉积区的3、4号监测点污染较为严重，分别达到19.29mg/kg，21.46mg/kg；5～10cm的中层底泥的镉含量在1.59～4.08mg/kg，远高于土壤环境质量标准（GB 15618-1995）中Ⅱ类标准0.6mg/kg；深度大于10cm的下层底泥的镉含量相对一致，处于0.96～1.67mg/kg。因此，该湖泊底泥中重金属污染较为严重，急需对其进行修复全部进过调水引流修复，以减少重金属污染对水中动植物及周边人类生活生产产生的影响。
根据土壤环境质量标准（GB 15618-1995），该湖泊中的底泥为Ⅱ类标准，镉含量为0.60mg/kg。采用对湖泊调水引流修复，底泥中镉含量都有不同程度的降低，结果如图5所示。经过湖水冲击，底泥中镉能得到良好的自净作用。从图5可以看出，表层底泥的镉修复效果最为明显，而中层和下层底泥中镉也有不同程度的修复效果，湖泊底泥镉平均含量降为0.60mg/kg以下。由此得出，在湖水冲击下这说明调水引流修复方法对修复湖泊中底泥污染有显著效果。
4 结论
通过对小型湖泊重金属污染采用应急处理后再利用环境调水法修复小型湖泊重金属污染进行研究，结果表明：（1）通过向受污染水体中喷洒生石灰进行应急处理，处理前后重金属镉含量变化明显后，水体中镉含量会明显减少；（2）通过调水修复后水体中镉浓度达到国家III类标准，表明使用调水引流修复小型湖泊水体中重金属镉污染效果明显，具有一定的可行性；（3）底泥中镉重金属经修复后也大幅度减少，说明调水引流修复方法对修复湖泊中底泥污染有显著效果。该应急处理与修复方法对紧急情况下处理修复小型湖泊重金属污染具有重要意义，为同类应急事件的修复治理提供重要依据与经验。
参考文献
[1]朱阳春.湖泊污染特征及其生物修复[J].广东化工，2011（03）：259-262.
[2]王艳杰.晚近10年来土壤重金属污染植物修复研究[J].首都师范大学学报（自然科学版），2004，25（1）：141-144.
[3]庄家尧.城市土壤重金属污染与植物修复技术研究进展[J].林业科技开发，2009（4）：6-12.
[4]周启星.复合污染生态学[M].北京：中国环境科学出版社，1995.
[5]Wei Shuhe，Li Yunmei，Zhou Qixing，et，al.Effect of fertilizer amendments on phytoremediation of Cd-contaminated soil by a newly discovered hyperaccumulator Solanum nigrum L[J].Journal of Hazardous Materials，2010，176（1-3）：269-273.
[6]Sun Yuebing，Zhou Qixing，Diao Chunyan.Effects of cadmium and arsenic on growth and metal accumulation of Cd-hyperaccumulator Solanum nigrum L[J].Bioresource Technology，2008，99（5）：1103-1110.
[7]Sun Yuebing，Zhou Qixing，Wang Lin，et al.Cadmium tolerance and accumulation characteristics of Bidens pilosa L.as a potential Cd-hyperaccumulator[J].Journal of Hazardous Materials，2009，161（2-3）：808-814.
[8]Joonki Y，Cao Xinde，Zhou Qingxing，et al.Accumulationof Pb，Cu，and Zn in native plants growing on a contaminated Florida site[J].Science of The Total Environment，2006，368（2-3）：456-464.
[9]程毅，黄剑明.生石灰在污泥重金属钝化中的应用[J].环境工程，2012，30（2）：325-326.
[10]华玉妹，陈英旭，田光明，等.初始pH值对污泥中重金属生物沥滤的影响[J].农业环境科学学报，2006，25（1）：128-131.
（责编：张宏民）
关键词：重金属污染；镉污染；应急处理；原位修复
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）23-91-04
Abstract：The pollution of heavy metal is becoming increasingly serious；it is a serious threat to human health.Through the study on the repair of the pollution of heavy metals in small lakes on emergency treatment of heavy metal polluted by environment after water transfer law，detection of different repair period of water and sediment heavy metal cadmium content，analysis the effect of remediation for heavy metal in the process operation mode.The results showed that：（1）significantly reduce the content of cadmium in water will reach the target through the water diversion by spraying lime；（2）repair after the repair water concentration of cadmium，cadmium content in sediments of lakes after the repair is greatly reduced. The water transfer drainage repair method to repair in the lake water and sediment pollution has remarkable effect，has the certain the feasibility，can provide an important basis and experience for the treatment and remediation of heavy metal pollution in small lakes emergency events.
Key words：Heavy metal contamination；Cadmium pollution；Emergency management；In-situ remediation
湖泊是人类赖以生存和发展的重要物质基础，是地球上重要的淡水蓄积库，地表可利用的淡水资源90%都蓄积在湖泊里。我国是一个多湖泊的国家，在内陆湖泊星罗棋布，点多面广，加强对湖泊水质的管理与保护，是水资源管理与保护的重要任务之一[1]。在我国部分地区，有着丰富的矿产资源，矿产资源的开发利用在带来了巨大的经济效益的同时，也会产生许多令人担忧的环境问题。如采矿、冶炼等行业会产生含高浓度重金属的废水，这些废水如果未经处理就直接排入湖泊中，则对湖泊内及周边动植物产生巨大危害，甚至威胁到人类的生命安全与健康。
水体重金属污染主要是指生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr，另外还包括具有毒性的Zn、Cu、Co、Ni、Sn、V等[2]。它们在土壤和生物体内富集，污染土壤和作物，对作物的生长、产量和品质均有较大危害，并且还能被作物富集吸收进入食物链，具有损害人类及动物健康的潜在危险[3]。其中，重金属Cd是环境中重要的污染物，在自然界中常常共同存在构成复合污染，其多为非降解型有毒物质，不具备自然净化能力，一旦进入水体就很难从中去除[4]。目前，利用植物进行土壤重金属修复的研究较多[5-8]，但由于底泥在水体深处，所以用于底泥重金属修复的应用还不是很多。近年来，随着城市化、工业化进程的发展，重金属元素对环境的污染和对生态的破坏日益严重，尤其是突发性重金属污染，严重威胁着人类的生存与发展。
本文通过研究对重金属污染应急处理后采用环境调水法修复小型湖泊重金属污染，检测不同修复时间段内的底泥重金属含量，分析在该工艺运行模式下对重金属的修复效果，讨论了该修复方法对应急处理小型湖泊重金属污染作用意义，为同类应急事件的修复治理提供重要依据与经验。
1 研究背景
1.1 湖泊概况 用于研究的湖泊面积约为5.2万m2，水体深度为3～5m，其平面形状如图1所示。其属于浅水型湖泊，主要功能为游乐、养殖、灌溉，是附近居民生活环境和风貌的核心组成部分，具有极其重要的生态服务功能。该湖泊集雨面积小，所在地区平均月降水量约为80mm，主要降水季集中在夏季，交换与汇水量相对较少，环境容量小，生态系统较脆弱，抗外界污染能力相对较弱。
1.2 调查分析 2013年1月份某地突发一重大镉污染事故，给当地生活的居民带来了极大的不便。以当地附近的一家农家乐为例，往年因为该湖泊中的水产品吸引了大量的游客前往观光旅游，给其带来了非常好的经济效益。但自从污染事件发生后，该农家乐面临倒闭的局面。同时，周边的蔬菜种植基地，不能使用该湖泊的水灌溉，这更给他们的生活和生产带来了一系列的安全隐患。经有关部门调查得知，在湖泊上游有一家金属提炼厂，该厂的废水经检测，其中的镉含量高达860mg/L，且未经过任何处理就通过雨水管的形式排向该湖泊，使得该湖泊内镉含量大量增加，造成严重污染。 2 修复研究
2.1 样品采集与分析 因为事件发生后对该湖泊及周边的污染情况尚不明确，所以需要先对该湖泊周边的污染情况进行检测调查，分别对湖泊水和湖泊底泥进行分析比对研究。湖泊水和湖泊底泥的检测分析：底泥受污染程度差异可能较大，同时其污染情况受水流向影响较大，所以分别在3个出水口的左右两侧各设一采样点。在3个出水口的两侧分别采集水样，同时为了初步了解污泥污染随深度的影响，对每个采样地点的采样，分别采取表层0～5cm泥样、中层8～13cm泥样以及底层16～21cm泥样，作为上、中、下泥样的样品。采样完毕后，各采样点1L水样中加入10mL浓HNO3（HJ 493-2010 水质采样样品的保存与管理技术规定）保存，和污泥样一起送回实验室进行检测分析。其中，水样的测定采用火焰原子吸收分光光度法（GB 7475-1987），底泥样采用KI-MIBK萃取原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997）。
2.2 修复工艺与运行 水体的污染治理采用化学沉淀法，其原理是在含重金属废水中加入混凝剂石灰，形成絮凝体，使重金属共沉淀析出。该污染事件发生后，当地部门采取紧急措施，向湖泊中投放大量的生石灰[9]，在湖底形成4～8cm的石灰层，使污染的底泥与水体分开。一方面使湖水中的重金属镉形成沉淀析出，另一方面则改变湖水和底泥的pH，使之呈微碱性，抑制底泥中镉的析出[10]。修复水体通过投放生石灰，湖泊水质可以达到修复目标。
修复河道底泥通过原位修复原理，通过出水阀控制出水流量，使湖泊水质达到排水要求，同时缓慢降低底泥中镉含量。底泥的治理通过稳定化，改变污染底泥的物化性质，减少污染区的释放。具体通过投入改良剂、抑制剂，增加底泥有机质、阳离子交换量和粘粒的含量，改变pH和电导率等理化性质，使底泥中重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，降低其生物有效性。
人工调整上游来水量和自身3个出水口的开关，控制每个月出水流量大体相同，步骤1：1～2月份，闸阀1打开，闸阀2、闸阀3关闭。步骤2：3～4月份，闸阀1关闭，闸阀2打开，闸阀3关闭。步骤3：5～6月份，闸阀1关闭，闸阀2关闭，闸阀3打开。
3 结果与分析
3.2 水体修复 经应急处理后按照修复流程进行调水引流修复。图3所示为连续6个月的修复期内的每月的镉浓度监测结果。从图3可以看出，随着修复时间的推移，各检测点水体中镉浓度均有所下降。监测点3修复效果最明显，水体中镉浓度由第1个月末的9.8μg/L降低为第6个月的4.4μg/L。其修复效益监测点依次3、5、1、4、6、2。图3中虚线为国家Ⅲ类水镉的标准限值为5.0μg/L，可以看出，经3个月修复，有一半的监测点镉浓度在国家限定值以下，其中监测点2距离污染源较远，初始镉浓度较低，因而在修复初级即达到标准要求；经5个月修复全部监测点镉浓度在国家限定值以下，表面湖泊水体镉浓度已基本达到国家限值要求。结果表明，使用调水引流修复小型湖泊重金属镉污染效果明显，具有一定的可行性。
3.3 底泥修复 对湖泊调水引流修复前污泥中镉浓度进行监测，监测结果如图4所示。从图4检测结果可知，该湖泊底泥的污染主要集中在0～5cm的表层，其中湖泊的缓冲沉积区的3、4号监测点污染较为严重，分别达到19.29mg/kg，21.46mg/kg；5～10cm的中层底泥的镉含量在1.59～4.08mg/kg，远高于土壤环境质量标准（GB 15618-1995）中Ⅱ类标准0.6mg/kg；深度大于10cm的下层底泥的镉含量相对一致，处于0.96～1.67mg/kg。因此，该湖泊底泥中重金属污染较为严重，急需对其进行修复全部进过调水引流修复，以减少重金属污染对水中动植物及周边人类生活生产产生的影响。
根据土壤环境质量标准（GB 15618-1995），该湖泊中的底泥为Ⅱ类标准，镉含量为0.60mg/kg。采用对湖泊调水引流修复，底泥中镉含量都有不同程度的降低，结果如图5所示。经过湖水冲击，底泥中镉能得到良好的自净作用。从图5可以看出，表层底泥的镉修复效果最为明显，而中层和下层底泥中镉也有不同程度的修复效果，湖泊底泥镉平均含量降为0.60mg/kg以下。由此得出，在湖水冲击下这说明调水引流修复方法对修复湖泊中底泥污染有显著效果。
4 结论
通过对小型湖泊重金属污染采用应急处理后再利用环境调水法修复小型湖泊重金属污染进行研究，结果表明：（1）通过向受污染水体中喷洒生石灰进行应急处理，处理前后重金属镉含量变化明显后，水体中镉含量会明显减少；（2）通过调水修复后水体中镉浓度达到国家III类标准，表明使用调水引流修复小型湖泊水体中重金属镉污染效果明显，具有一定的可行性；（3）底泥中镉重金属经修复后也大幅度减少，说明调水引流修复方法对修复湖泊中底泥污染有显著效果。该应急处理与修复方法对紧急情况下处理修复小型湖泊重金属污染具有重要意义，为同类应急事件的修复治理提供重要依据与经验。
参考文献
[1]朱阳春.湖泊污染特征及其生物修复[J].广东化工，2011（03）：259-262.
[2]王艳杰.晚近10年来土壤重金属污染植物修复研究[J].首都师范大学学报（自然科学版），2004，25（1）：141-144.
[3]庄家尧.城市土壤重金属污染与植物修复技术研究进展[J].林业科技开发，2009（4）：6-12.
[4]周启星.复合污染生态学[M].北京：中国环境科学出版社，1995.
[5]Wei Shuhe，Li Yunmei，Zhou Qixing，et，al.Effect of fertilizer amendments on phytoremediation of Cd-contaminated soil by a newly discovered hyperaccumulator Solanum nigrum L[J].Journal of Hazardous Materials，2010，176（1-3）：269-273.
[6]Sun Yuebing，Zhou Qixing，Diao Chunyan.Effects of cadmium and arsenic on growth and metal accumulation of Cd-hyperaccumulator Solanum nigrum L[J].Bioresource Technology，2008，99（5）：1103-1110.
[7]Sun Yuebing，Zhou Qixing，Wang Lin，et al.Cadmium tolerance and accumulation characteristics of Bidens pilosa L.as a potential Cd-hyperaccumulator[J].Journal of Hazardous Materials，2009，161（2-3）：808-814.
[8]Joonki Y，Cao Xinde，Zhou Qingxing，et al.Accumulationof Pb，Cu，and Zn in native plants growing on a contaminated Florida site[J].Science of The Total Environment，2006，368（2-3）：456-464.
[9]程毅，黄剑明.生石灰在污泥重金属钝化中的应用[J].环境工程，2012，30（2）：325-326.
[10]华玉妹，陈英旭，田光明，等.初始pH值对污泥中重金属生物沥滤的影响[J].农业环境科学学报，2006，25（1）：128-131.
（责编：张宏民）