水体沉积积物重金属生物有效性及评价方法

在研究以重金属为主要污染的水本中，通常把沉积物视为探索环境重金属污染的工具。由于沉积物重金属化学为和生态效应的复杂性，对沉积物中重金属生物有效性的研究是当前学术界的热点研究课题。本文就沉积物中重金属的生物有效性及沉积物质量评价方法作了简要评述。包括沉积物对水生生物的作用机理，孔隙水重金属浓度的估算沉积物质量评价方法，沉积物质基准。     

淡水沉积物中重金属生物有效性的研究进展

淡水重金属污染已成为全球关注的热点环境问题之一。沉积物作为重金属的重要储库与污染内源,可对水环境质量及水生态系统产生严重危害。生物有效性是评价重金属生物可利用性及其毒性效应的关键指标,研究淡水沉积物中重金属的生物有效性与调控机制,有助于阐明重金属的污染机理及其生态环境效应,可为重金属的污染防治提供科技支撑。本文回溯了沉积物重金属生物有效性的定义内涵、发展历史,重点介绍了重金属生物有效性评价的主要方法、适用性及其优缺点,归纳了影响重金属生物有效性的主要因素与内在机制,概述了目前国内外典型河流、湖泊和水库等淡水水体沉积物中相关研究的最新进展。本文进一步指出,在今后研究中亟需整合现有分析方法,形成统一的沉积物重金属生物有效性评价指标与方法体系,并开展权威实验室比对研究。同时,应考虑不同淡水生态系统的区域差异性,采用生物监测方法与原位被动采样技术相结合,将生物配位体模型纳入重金属的生态毒理效应研究中。最终,依据不同淡水环境的特性,尽快建立相应的沉积物重金属质量基准,加强重金属环境污染的科学管理。     

太湖表层沉积物重金属赋存形态分析及污染特征

为了解太湖表层沉积物中重金属的污染状况,对太湖表层沉积物中4种重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）的含量及空间分布分别进行了对比研究,并采用BCR三步分级提取法分析了太湖表层沉积物中4种重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）不同赋存形态的含量,评估了这4种重金属的生物有效性,最后采用潜在生态危害指数法对重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价.结果表明,太湖表层沉积物中4种重金属元素均有一定程度的富集,其中Cd的富集程度最为严重;赋存形态分析表明4种金属均主要以可提取态形式存在,各元素生物有效性即可提取态含量排序为：Cd〉Pb〉Zn〉Cu;潜在生态危害指数法评价结果表明,元素Cd为太湖表层沉积物中最主要的污染元素,且具有较强的生态危害.其次是Pb,Cu和Zn则较为轻微.4种重金属潜在生态危害由大到小排序为：Cd〉Pb〉Cu〉Zn.     

长江口邻近海域表层沉积物重金属赋存形态及生态危害评估

为探究长江口东南支海域表层沉积物重金属形态分布特征及污染状况,本研究于2019年12月在长江口邻近海域采集了18份表层沉积物样品,使用微波消解法以及改进后的沉积物重金属形态分析的连续提取法分别分析了沉积物中7种重金属（Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、As、Ni）的总量和各形态含量,结合沉积物质量基准（SQG）、风险商（HQ）等方法初步探讨了长江口邻近海域表层沉积物中重金属的赋存形态特征,并评估了其生态风险。结果显示,从近岸到近海,重金属含量梯度逐渐减小,除Cd、Cr属于Ⅱ级标准,其余重金属平均含量均达到海洋沉积物质量Ⅰ级标准。长江口邻近海域沉积物呈中性?弱碱性,属还原环境;Zn、Pb、Cd以次生相为主要赋存形态,对环境条件变化较为敏感,其中Cd次生相的质量分数最高（74.2%）,且以可还原态为主要赋存形态,Cu、Cr、As、Ni以原生相为主要赋存形态,性状相对稳定。生态风险评估结果表明,长江口邻近海域表层沉积物重金属的组合生物效应对水生生物产生危害的概率较低。As与Cd元素的生态风险较高,尤其是Cd,易被生物利用,对环境危害性更强,需要引起重视。     

疏浚对梅粱湾表层沉积物重金属赋存形态及其生物毒性的影响

选择太湖梅梁湾未疏浚、疏浚后1周和疏浚后半年的表层沉积物为研究对象,测定其中重金属的含量及其不同赋存形态所占比例,开展沉积物间隙水中重金属毒性试验,据此探讨疏浚对沉积物中重金属含量及其赋存形态所占比例和生物毒性的影响. 结果表明:太湖梅梁湾调查区未疏浚沉积物重金属含量明显高于疏浚区,重金属的生物毒性占沉积物综合毒性的25%～35%. 疏浚后1周沉积物重金属含量急剧降低32%～51%,但对重金属生物毒性影响较大的吸附态及碳酸盐结合态重金属比例由未疏浚时的未检出或含量极低增加到40%～83%,生物毒性相应增加17%～38%;疏浚后半年,沉积物中重金属的总量略有回升,吸附态及碳酸盐结合态重金属比例下降,生物毒性下降并低于未疏浚时水平.      

柘林湾海水养殖区底泥中重金属生物有效性及生态风险评价

采集柘林湾海水养殖区8个位点表层沉积物样品,考察了沉积物样品中重金属含量、生物有效性和形态分布,并分别利用基于总量的Hakanson指数法和基于形态的风险评价指数(RAC)评价了沉积物中重金属的生态危害风险.结果表明,柘林湾海水养殖区大部分位点沉积物中重金属含量符合海洋沉积物质量Ⅰ类标准限值,少数位点Zn和Pb含量超过Ⅰ类限值但低于Ⅱ类限值.沉积物中重金属的薄膜扩散梯度技术(DGT)测定浓度(C_(DGT))与间隙水中的浓度(C_(IW))对重金属生物可利用性评估状况基本一致,Zn、Ni和Pb生物可利用性较高.沉积物中Cr、Ni、Zn和Cu以残渣态为主,Cd和Pb以弱酸提取态为主.柘林湾沉积物中重金属总体存在轻度到中度生态危害风险,Cd和Pb生态危害风险较高.沉积物中Cr、Ni、Zn、Cu和Cd的C_(DGT)与其弱酸提取态含量明显正相关,重金属弱酸提取态能较好反映其生物可利用性.     

重金属形态与其生物有效性的相关性研究

通过对大型蚤的急性毒性试验,用多元回归分析方法,研究了河流沉积物中重金属铜等的形态与其生物有效性的关系,试验结果表明:重金属的直接可给态对大型蚤的毒性最大,缓冲态次之,惰性态没有表现出毒性作用,反而降低了其它有害形态对大型蚤的毒性.     

渤海湾海岸带开发对近岸沉积物重金属的影响

为了解渤海湾围填海造成的生境变化趋势及重金属污染状况,对2003年和2011年渤海湾表层沉积物4种重金属(Cd、Pb、Cu、Zn)的含量及空间分布分别进行了研究,并采用BCR三步分级提取法分析了2011年渤海湾表层沉积物中这4种重金属不同赋存形态的含量,评估了这4种重金属的生物有效性,最后分别采用富集系数法和潜在生态危害指数法对2011年重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价.结果表明,2011年渤海湾沉积物中Cu、Cd、Pb的含量均比2003年偏高,重金属污染形势趋于严峻.Cu、Zn、Cd的空间分布趋势基本相似,其高值区均集中在渤海湾的中部海域.Pb的高值区主要集中在近岸河口和渤海湾中部及南部.4种重金属相互之间相关性显著,说明它们之间可能具有一定的同源性.形态分析表明Cu、Zn、Cd主要以残渣态存在,Pb主要以可还原态存在,各元素生物有效性排序为:Cd>Pb>Cu>Zn.Cd为渤海湾表层沉积物中最主要的污染元素,且具有较强的生态危害.Cu、Zn、Pb污染程度较低,生态危害轻微.     

湿地中胶体态重金属与形态监测技术研究现状

湿地沉积物间隙水中无机、有机以及生物胶体普遍存在且迁移活性强,这些土壤胶体对重金属的环境污染行为及其地球生物化学循环过程具有重要的调节作用。目前有关湿地环境中胶体态组分耦合重金属形态转化及其相应的形态监测技术逐渐引起人们的关注。文章重点分析了有关沉积物及其间隙水中胶体-重金属形态及相关原位监测方面的研究现状,阐述了国内外高分子凝胶基重金属形态监测技术的研究态势,指出传统原位采样技术存在的问题,并对新型湿地采样技术在胶体态重金属原位监测方面的发展前景进行了展望。     

湘江表层沉积物重金属的赋存形态及其环境影响因子分析

采用BCR三步分级提取法分析了湘江衡阳段与岳阳段表层沉积物中4种重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）不同赋存形态的含量,阐述了重金属赋存形态及其环境影响因子的关系,评估了这4种重金属的生物有效性.结果表明,4种元素均以弱酸溶解态、可还原态和可氧化态3种可提取态为主,各元素生物有效性即可提取态含量排序为：Cd〉Pb〉Zn〉C...     

黄河包头段沉积物中生物可给态重金属分布研究

结合沉积物孔隙水,对黄河包头段柱状沉积物中重金属元素(Cu,Pb,Zn,Cd和Cr)生物可给态的分布特征作了探讨.结果表明:深度不同,重金属元素生物可给性不同;黄河包头段沉积物中重金属污染在以一定的速率迭加;沉积物中重金属的直接危害程度较小,潜在危害程度较大.      

挥发及半挥发性有机物污染场地异位修复技术的二次污染及其防治

欧洲和美国的污染场地修复实践表明:60%~90%的被污染场地存在有机物污染问题,其中挥发与半挥发性有机物(VOC/SVOC)是常见的土壤污染物。针对VOC/SVOC污染场地,采用异位修复技术符合现阶段的中国国情,但污染场地修复工程实践中可能存在二次污染问题。主要介绍了土壤气提、土壤机械通风、热脱附、土壤淋洗、生物堆和水泥窑协同处置6种污染土壤异位修复技术的原理,重点讨论了异位修复技术过程中共通的土壤挖掘、清运、堆放等中间环节产生的以及不同技术自身可能存在的二次污染问题,并给出了相应的防治措施,以期能够为中国和其他发展中国家的VOC/SVOC污染场地修复提供参考和建议。     

清淤底泥处置中添加粉煤灰/炉渣对重金属生物有效性及毒性的影响

在清淤底泥中添加碱性粉煤灰、燃煤炉渣进行钝化处理后,通过浸出毒性实验、重金属形态分级实验及植物生长实验对底泥基质中重金属的活性及生物有效性进行了研究.结果表明:清淤底泥中添加粉煤灰、燃煤炉渣等碱性物质后显著降低了底泥基质中可溶态重金属含量,其中,交换态、有机结合态Pb、Zn所占比例显著降低;碱性物质的加入缓解了重金属的浸出危害,钝化底泥基质中粉煤灰、炉渣对Cu的稳定率可达90.34%~96.88%;与此同时也抑制了底泥中重金属在植物体内的富集与迁移,降低了重金属的生物有效性.相关性分析表明,底泥基质中交换态重金属含量、浸出浓度、植物茎叶中重金属含量及植物根伸长抑制率之间存在显著正相关关系(p0.01).     

北运河流域沙河水库沉积物重金属分布及生态风险评估

以北运河流域沙河水库为研究对象,选择19个点采集表层(0-20 cm)沉积物,并选择其中3个点采集沉积物柱芯,分析沉积物中As、Cd、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn共7种重金属的空间分布特征,采用地累积指数法、潜在生态风险指数法和风险评价编码法对重金属污染进行评价,结合表层沉积物的重金属形态分析其潜在生态风险.结果表明,...     

太湖梅梁湾与五里湖沉积物活性硫和重金属分布特征及相关性研究

对太湖梅梁湾和五里湖表层及柱状沉积物中的酸性可挥发性硫化物(AVS)、同步可提取金属(SEM)及重金属总量的分布特征进行研究.分析发现,表层沉积物中的AVS与SEM具有相同的分布特征,其浓度均自河口稳定沉降区至湾(湖)心方向减小.表层沉积物中AVS/SEM<1,说明表层重金属具有潜在的生物有效性.AVS浓度在沉积深度上具有先增加后减小的趋势,且波动幅度较大,而SEM的浓度保持相对稳定.比较SEM与重金属总量得知:Cu和Ni的提取量有自表层至下层逐渐降低的趋势,表明硫结合态的Cu、Ni在逐渐增加;Pb和Zn的提取量与硫态沉积物相比较低,说明太湖AVS对Pb和Zn的控制作用较小.由AVS与活性铁的摩尔比可知,重金属在研究湖区沉积物中变化较强.     

曼谷湾沉积物重金属元素的富集效应与生物有效性

2010年在曼谷湾(泰国湾北部)及其北部主要河口(湄干河、拉塞河、湄南河和邦巴功河)采集了46个表层沉积物样品,分析了样品中重金属元素(Cd、Co、Cu、Pb、Zn)的含量水平,并用Al均一化数据,获得消除了粒度效应的重金属地球化学特征.利用1mol/L的HCl对该区沉积物进行了处理,通过分析沉积物重金属在酸溶相和残渣相的分布,揭示其生物有效性.结果表明,曼谷湾周边河流沉积物中重金属元素含量明显高于曼谷湾;曼谷湾沉积物中重金属(Co、Cu、Pb、Zn)从北向南随着离岸距离的增加而增加,Cd没有明显分布规律;地累积指数显示Cd和Pb存在显著的地球化学富集特征.Cd和Pb在酸溶相中的比例相对较高,表明其生物有效性较高,易引发二次污染.     

大辽河水系表层沉积物中重金属的迁移特征及生物有效性研究

为了研究大辽河水系表层沉积物中重金属的迁移特征和生物有效性,采集了9个表层沉积物样品,测定了沉积物的理化性质、重金属Cu、Pb、Zn和Ni的总量及化学形态,并利用DGT方法和离心方法测定了沉积物孔隙水中Cu、Pb、Zn和Ni的浓度.结果表明,沉积物中Cu、Pb、Zn和Ni的总含量分别为16.8～49.2、 12.9～55.8、 38.7～152.8和18.1～39.0 mg/kg;DGT测定的孔隙水中重金属的浓度c(DGT)与离心方法测定的孔隙水中重金属浓度的比值低于0.5,表明沉积物中重金属从固相到液相的再补给能力和生物有效性比较低.相关分析表明,碳酸盐结合态Cu对DGT测定的Cu的浓度c(DGT)的贡献较大(r=0.633,p<0.05);对于Pb,可交换态含量对c(DGT)的贡献较大（r=0.617,p<0.05）;而对于Ni,可交换态、锰氧化物结合态、有机质结合态和铁氧化物结合态对c(DGT)浓度的贡献都比较大(r>0.650,p<0.05).此外,pH也是影响重金属元素从固相到液相的释放重要因素.     

填埋场酸可挥发硫测定及对重金属迁移性的影响

酸可挥发硫(AVS)对于控制重金属在沉积物-间隙水中的分配和重金属的生物可利用性及迁移性有重要意义.填埋场环境与海洋底泥中相似,因此参考沉积物中AVS和SEM的测定方法来研究填埋垃圾中重金属的迁移性.测定了填埋垃圾AVS的最佳反应条件,并在该条件下测定了杭州天子岭垃圾处理处置总场不同填埋深度垃圾的AVS与同步浸提金属(SEM),发现AVS随着填埋深度的增加而增加,但是n(SEM)/n(AVS)远远大于1,为25～45,说明填埋场中AVS不是重金属的主要结合相,AVS不是影响填埋场中重金属迁移性的主要因素.      

磷灰石-零价铁对底泥铜、铅释放的抑制效果及机理研究

以磷灰石-零价铁作为添加物,强化混凝应急处置Cu、Pb污染河道水体,并模拟构建产生沉积物,通过静态释放实验方式,研究了其对沉积物中Cu、Pb释放的影响和机理.结果表明:磷灰石复合零价铁介入应急混凝处置显著减少了沉积物中Cu、Pb的释放;45 d释放实验后,与对照组相比,添加磷灰石复合零价铁的沉积物中,Cu和Pb从生物有效性高的酸可提取态向生物有效性相对较低的可还原态、可氧化态、残渣态转化.投加磷灰石复合零价铁有利于应急混凝处置重金属产生沉积物的稳定,且零价铁掺杂比例越高,效果越好.