基于重金属污染来源、国内外重金属污染研究现状等方面，论述了重金属在包气带—饱和带迁移与转化的特征以及不同环境条件对重金属离子在包气带—饱和带迁移转化的影响。由于前人的研究只涉及重金属在包气带中的迁移速度与离子浓度变化，而未涉及其在包气带中的迁移与转化机理研究。因此，在前人研究的基础上，提出了目前地下水重金属污染研究主要存在的问题及发展趋势。

　　关键词：重金属 包气带 地下水污染迁移转化 含水层

　　前言

　　随着经济社会的不断发展，人类活动对自然的影响日益严重，使地表水、土壤和地下水遭受不同程度的污染。每种污染物都有其特点，大部分污染物都可以随着时间的推移而逐渐降解。然而重金属却是一种特殊的污染物，由于其不可降解性、生物累积性、低浓度下仍有较大毒性的特点，成为备受人们关注的一种污染物。污染物到达地下水的过程主要分为两个阶段：包气带中的垂向运移阶段和进入含水层后的侧向运移阶段，重金属对地下水的污染与土壤污染密不可分，如果土壤一旦遭受污染，那么随着时间的推移，在淋滤、灌溉、大气降水等作用下，重金属离子就可能会逐渐转移到地下水中而导致整个含水层遭受污染[1]。这里需要强调的是：虽然砷、硒是非金属元素，但是其毒性与重金属类似，所以在进行地下水水质评价时，将砷、硒作为类金属元素处理，它们也是需要被重点关注的污染物。环境污染方面指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷、硒，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。在这些重污染物中，毒性很大且较易被生物吸收的这一类重金属显然应成为我们重点关注的对象[3]。

包气带水文地质结构复杂，其气相、液相、固相共存，是地下水参与水文地质循环所必须经过的场所，也是保护地下水不受污染的一道重要的屏障。由于包气带处于地表以下，其动态难以进行原位监测，而且重金属污染具有污染发现滞后性[2]。因此，重金属在包气带—饱和带中的迁移与转化机理是解决包气带和地下水污染必须面对的问题。作者简介：张兆迪(1992—)，男，硕士研究生，从事水工环技术与科学方面研究，通讯地址：河北省石家庄市槐安东路136号，TEL：18230015395.E—mail:zzd0904@163.com.

　　通讯作者：于开宁(1965—)，男，教授，从事水文地质方面研究，E—mail:yukn2000@sjzue.edu.cn.

　　1重金属的来源

　　重金属来源广泛：工业废弃物排放、化肥农药使用等都可以造成重金属污染，目前以铅、镉、铬(Ⅵ)、砷(Ⅴ)为主要研究对象。就目前我国的发展情况来说，人类活动影响所产生的重金属污染占主要地位，而岩石风化、火山作用所产生的重金属污染居于次要地位。在人类活动造成的重金属污染中，又可分为工业废弃的排放、污水灌溉、大气沉降[1]。以上作用所产生的重金属进入土壤或地表水体中，随着降水淋溶作用的进行或含水层与已被污染的地表水有着密切的水利联系时，重金属就会逐渐迁移到含水层中污染地下水;滞留在土壤中的重金属离子还可对植物生长造成影响;由于重金属离子具有累积和传递效应，因此重金属离子可以通过食物链进行逐级传递、富集，最终危害人体健康[4]。

　　2国内外研究现状

　　重金属污染物在包气带—饱和带中迁移转化是一个非常复杂的系统。目前，各国学者分别从表土层、包气带、饱和带三方面进行了重金属的迁移转化研究，但是大多数研究都是进行独立的研究，而对于重金属在非饱和—饱和土壤中迁移转化的整体模拟研究不多[6]。此外，大部分研究仅仅真对污染物迁移速率的研究，关于污染物迁移过程与土壤作用机理的研究相对较少。因此，面对这种研究现状，各国急需开展重金属在非饱和—饱和土壤中迁移转化的整体研究、污染物在迁移过程中与土壤介质的作用机制以及研究环境因素对重金属在地下环境中迁移转化的影响[5]。

　　就国内来说，目前仅有少量人士进行研究。聂永丰、刘兆昌等通过包气带透水性能、土壤水运移及参数测定以及室内迁移模拟试验，研究了污染物在下包气带饱水和非饱水条件下的迁移转化;阎先良通过室内淋滤试验，研究了酚、氰、砷、汞、铬在粉质轻亚粘土和中砂土中的积累、运移规律[1]。但是，有关地下水重金属污染的研究大大滞后于其污染的速度，这种滞后不仅直接导致了地下水和土壤环境的恶化，更引发了许多环境、生态、社会问题。

　　通过自然沉降和淋滤作用进入到土壤中的重金属污染物，主要以工矿企业、废渣堆为中心，向周围扩散，形成污染晕。如此频繁爆发的重金属污染事件对我们的生存环境构成极大的威胁，与此同时也为我们敲响了环境保护的警钟，对重金属污染成因及现状合理评价并对重金属污染进行预测和风险分析已经迫在眉睫。

　　3重金属在不同含水介质中的行为特征

　　构成土壤表层至含水层范围内的物质成分复杂，其中各组分之间的相互作用对重金属离子的行为特征有直接影响;进入到含水介质中的重金属离子能够与其中的各组分结合而形成不同的结合形态。重金属对地下水环境的危害除了与重金属的迁移能力有关外，还与重金属的结合形态有关。根据重金属萃取程度的难易程度，把土壤中的重金属分为不同的结合形态。重金属的结合形态不相同，就表明其在地质环境中的迁移能力和对周围环境的影响也不相同。重金属的结合形态大致可分区为：可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态。不同结合形态的重金属的毒理性质是不同的，可交换态的重金属活动性最强，因此成为评价土壤重金属污染的重要指标，这也是需要我们重点关注的[7]。

　　此外，地下水系统的氧化—还原条件对重金属的迁移与转化也有显著的影响，如在氧化条件下，Ⅲ价铬易转化为Ⅵ价铬，其毒性就可升高100倍!除此之外，铬的迁移能力也会提高，这无疑会对地下水环境造成严重影响。而像砷等类金属污染物则与铬离子相反，Ⅲ价砷可以使机体内的酶失去活性，影响细胞的正常代谢，导致细胞的死亡，因此Ⅲ价砷具有较强的毒性;而Ⅴ价砷对机体的毒性却较小。也就是说，只有当Ⅴ价砷离子在体内被还原成Ⅲ价砷离子时，才会才会产生毒性作用[1][8]。因此，地下水系统的氧化还原条件对于污染物的迁移与转化有着重要的影响。

　　重金属离子在迁移过程中，也经常会发生溶解—沉淀以及吸附—解析作用，这是由于不同性质的污染物混合时发生化学变化或者地下环境中氧化还原条件的改变，当污染物的溶解度大于最大允许含量时，就会产生沉淀[10]。因此就可以利用不同离子的溶解度不同这一原理，人为地制造适宜重金属离子沉淀的环境，从而将重金属离子从包气带中分离出来[9]，例如在碱性或氧化条件下，三价铬能氧化成六价铬而形成络阴离子，又由于六价铬在水中的迁移能力强于三价铬，若土壤或包气带处于氧化状态，那么六价铬离子污染地下水的风险则会大大增加[11]。因此，将包气带的PH调节到微酸或还原状态，就可以形成含三价铬离子的螯合物，从而降低六价铬离子的迁移能力[12]。

 1/2    1 2 下一页 尾页