污染底泥化学与生化修复中重金属分布与形态的转化

Sediment is the major sink of aqueous pollutants, and also the importance internal pollution source of water body. Contaminated sediment remediation is an importance way for substantially improving water environment quality. Currently, sediment washing and sediment bioremediation technologies have shown good performance in engineering cases for remediating organics contaminated sediment. Heavy metals are also common non-biodegradable contaminants in sediment. Their mobility and biotoxicity are highly dependent on their speciation. Since the lackness of systematic study on the transformation of heavy metal distribution and speciation during sediment remediation, the sediment washing technology for control heavy metal pollution encounters such problems as complex process, high cost, and difficulty in wide application; and, when using bioremediation technology, the changes of heavy metal speciation and mobililty induced with organic degradation remains unclear. Thus, the application of sediment remediation technologies is much limited. Through lab scale experiments, this study attempts to investigate the influences of washing reagents or sediment microbials on heavy metal distribution and speciation in sediment washing or bioremediation process; elucidate the underlying mechanisms responsible for the transformation of heavy metal distribution and speciation during sediment remediation; examine the changes of heavy metal mobility after sediment remediation. The outcomes of this study would theoretical basis and reference data for applying and modifying relevant remediation technologies and assessing remediation performance.

底泥作为污染物蓄积库，是水体二次污染的重要来源。污染底泥修复是从根本上改善水环境的重要途径。目前，化学淋洗和生化修复技术对治理底泥有机污染已有较好的工程应用。重金属是底泥中普遍存在的非生物降解污染物，迁移性和毒性很大程度上决定于赋存的形态。由于对底泥修复过程中重金属分布与形态转化机制缺乏系统研究，应用化学淋洗技术处理重金属污染时存在处理过程复杂、成本高，难以推广的问题；应用生化修复技术时，对有机物降解同时导致的重金属形态和释放特性变化尚没有清晰的认识。从而使污染底泥修复技术应用受到局限。本项目计划通过实验手段，系统研究污染底泥化学淋洗处理和投加硝酸钙的生化修复过程中淋洗剂/底泥微生物作用对底泥重金属分布和形态的影响；揭示应用这两类修复技术时，底泥重金属分布与形态转化的机制；考察经过修复的底泥重金属迁移性的变化。为相应的污底泥修复技术改进和修复效果评估提供可靠的理论及数据参考。

本课题的研究目的是通过实验室试验手段，系统研究污染底泥异位淋洗处理和原位生化修复过程中，淋洗剂或生化作用对底泥重金属分布和形态的影响及可能引起的后果。课题预定研究内容主要分类两大部分：（1）底泥淋洗处理过程中重金属分布与形态转化机制及迁移性研究；（2）底泥生化修复过程中重金属分布与形态转化机制及迁移性研究。本课题所有研究工作已经全部完成。.通过本课题研究发现重要结果：（1）化学淋洗过程使底泥重金属形态分布发生变化，经淋洗处理后底泥重金属在环境中迁移性不同程度增加。各类淋洗剂淋洗后底泥重金属迁移性大小为：酸类淋洗剂处理后底泥＞螯合剂处理后底泥≈过氧化氢溶液处理后底泥。（2）底泥在投加硝酸钙或过氧化钙修复过程中，底泥重金属总量没有发生明显变化，但重金属形态发生转化。一部分重金属（Cu、Zn）明显由较稳定形态向较不稳定形态转化，底泥重金属的生物可利用性和生物可给性有不同程度的提高。（3）底泥原位注射硝酸钙后，因发生硫自养反硝化反应，将在5-10天内生成并释放氮气。随着氮气从底泥向上覆水释放，外加的硝态氮、自养反硝化中间产物亚硝氮、底泥中原有的氨氮将随着氮气移动，被“吹入”上覆水中。在底泥原有氨氮含量较高的情况下，可能会引起底泥氨氮短期内快速释放。.本研究已经达到了预期的目标。大部分研究成果已经形成科技论文，发表在SCI收录的英文学术期刊或者国际会议。.本课题研究成果的意义在于揭示了这两种污染底泥处理过程引起底泥重金属迁移性增加和底泥无机氮向上覆水短时间内快速释放等后果的可能性及其产生的原因。但是受实验的尺度和时间所限，本研究仍未回答这些后果是否会给河道生态系统带来确实的不良影响。因此，建议今后的研究依托河道污染底泥修复工程实例，对修复工程实施前、实施中、实施后河道生态系统的关键性指标（如水体中氨氮浓度变化、下游底栖生物体内重金属含量、下游底泥重金属含量）进行较为长期、系统的监测，从而可基于长期监测数据作出较为可靠的判断。