受污染河流底泥的治理研究進(jìn)展

＊羅霞娟 騰曉旭＊ 時(shí)建偉

（長江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 重慶 408100）

受污染河流底泥的治理研究進(jìn)展

＊羅霞娟 騰曉旭＊ 時(shí)建偉

（長江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 重慶 408100）

介紹了河流底泥重金屬污染的現(xiàn)狀，對(duì)國內(nèi)外河流底泥的重金屬污染治理進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。在進(jìn)行污染河流的治理減少污染源的同時(shí)，選擇合適的方法對(duì)河流底泥污染進(jìn)行綜合治理，是從根本上解決水污染的有效途徑。

受污染底泥；異地處理；就地處理；發(fā)展現(xiàn)狀

河流底泥是由砂、粘土等礦物質(zhì)在水體中混合成的泥狀物，隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，人們長期的污染造成大量有機(jī)污染物、重金屬殘留在河流底泥中。有機(jī)物較易除去，難點(diǎn)在于重金屬不會(huì)被生物降解，還會(huì)經(jīng)過不同類型的吸附、沉淀等在底泥中沉積起來，然后通過一定的交換作用重新釋放，是影響和制約上覆水質(zhì)的主要二次污染源，由此可形成持久的二次污染，對(duì)水體的污染影響很大。

要從根本上解決河流受污染底泥重金屬的污染問題，不僅要切斷外部污染源，最重要的就是要處理受污染底泥。在進(jìn)行污染河流的治理減少污染源的同時(shí)，選擇合適的方法對(duì)河流底泥污染進(jìn)行治理，是從根本上解決水污染的有效途徑。

1.異地處理技術(shù)

異地處理就是將受污底泥從污染地取出在其他地方進(jìn)行處置，在工程實(shí)踐中，考慮到技術(shù)和所需成本費(fèi)用等問題，輸送技術(shù)單元、疏浚技術(shù)單元和最終處置技術(shù)單元中的隔離處置場(chǎng)技術(shù)在處理受污染底泥中應(yīng)用比較廣泛。

(1)疏浚技術(shù)

常說的疏浚過程就是受污染底泥的異地處理技術(shù)。把疏浚后的受污染底泥進(jìn)行焚燒、固化填埋或用作植物培土以達(dá)到有效利用。底泥的疏浚主要有水力疏浚和機(jī)械疏浚。疏浚后的底泥處理主要有隔離處理，資源化利用和水下棄置等三種方法。

①隔離處理。對(duì)于隔離處理，可以單獨(dú)為處置受污染底泥建設(shè)隔離處置場(chǎng)，也可以讓受污染底泥與其它固體廢物一起在填埋場(chǎng)填埋處置。因?yàn)槭杩＿^程要求受污染底泥必須具有較低的含水率，所以必須經(jīng)過脫水處理。

②資源化利用方法。可以用底泥制造建筑墻體材料或硅酸鹽膠凝材料，對(duì)于固體類的廢物可以經(jīng)脫水等處理過程用作城市垃圾填埋場(chǎng)的覆蓋土，把處理過的受污染底泥可以用作園林綠化的植物培植土。

③水下棄置方法。水下棄置主要是將受污染的底泥排至海洋的底部，再用一層潔凈的材料覆蓋以達(dá)到隔離污染的目的。

疏浚工藝過程雖然操作相對(duì)來說比較方便易行，所需成本費(fèi)用也可以接受，但是疏浚過程也存在著弊端，比如受污染底泥中還存在難分解的物質(zhì)，釋放到水體后會(huì)又加重水體污染。

(2)隔離處置場(chǎng)技術(shù)

隔離處置場(chǎng)技術(shù)就是把受污染底泥和水體進(jìn)行隔離的工程技術(shù)。其主要過程就是為了防止受污染底泥中的污染物釋放造成二次污染，把受污染底泥隔離開，并且可以自然干化。目前國內(nèi)外很多地方都采用此方法處理受污染底泥。例如，美國五大湖自上世紀(jì)60年代就采用了岸邊隔離堆放的處理方法來處置疏浚的底泥，無錫五里湖、杭州西湖等底泥疏浚也采用了此方法。

雖然隔離處置場(chǎng)技術(shù)實(shí)施起來比較簡(jiǎn)單，但是隔離處置場(chǎng)容量有限，在如今土地資源日趨緊缺的情況下建造隔離處置場(chǎng)越發(fā)困難。并且受污染底泥中還存在大量的性質(zhì)復(fù)雜的污染物，有可能會(huì)再次釋放到水體中造成二次污染。

2.就地處理技術(shù)

(1)概念及其分類

受污染底泥原地處理技術(shù)也就是把受污染底泥在原處進(jìn)行處理，以減少受污染底泥的容積和降低污染物質(zhì)的毒性為目的的處理方法。根據(jù)所采用方法原理的不同，可分為三類：

就地化學(xué)處理，就是通過向水體中投加化學(xué)藥劑，以此來有效降低受污染物質(zhì)的毒性，達(dá)到凈化水體，處理受污染底泥的方法。對(duì)于水體富營養(yǎng)化用此類方法比較有效。

就地生物修復(fù)處理，為了有效降解受污染底泥的危害性，可以向受污染底泥中加入可以起降解作用的微生物，利用這些微生物分解污染物質(zhì)，達(dá)到處理受污染底泥的效果。

就地固化/穩(wěn)化處理，對(duì)于重金屬等底泥污染可以采用此方法，主要為降低受污染底泥中污染物質(zhì)的溶解性為目的，來處理受污染底泥的處理技術(shù)。

清除湖泊水體中的受污染底泥，與此同時(shí)給水生生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造條件來恢復(fù)。這就是環(huán)保疏浚技術(shù)的工作原理。環(huán)保疏浚主要從幾個(gè)方面考慮疏浚工藝設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

①疏浚深度。河流底泥沉積物中污染物的積累不均勻，淤泥的疏浚要精確，疏浚設(shè)備的精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般河道疏浚或清淤。不同流域的受污染底泥的疏挖都存在不同的差異性，所以我們要根據(jù)實(shí)際的河流來判斷疏浚的深度。

②疏浚設(shè)備。對(duì)于受污染的小區(qū)域，可采用螺旋式清淤裝置、封閉式旋轉(zhuǎn)斗輪疏通設(shè)備、氣動(dòng)泵挖泥機(jī)等。一般的河流大多采用挖泥船設(shè)備，隨著設(shè)備的完善，現(xiàn)在常用的挖泥船有絞吸式挖泥船、鏈斗挖泥船、抓斗挖泥船、鏟斗挖泥船等，這些經(jīng)過改造后的設(shè)備能更精確的疏挖河流底泥。

(2)就地處理方法

①就地化學(xué)處置方法

就地化學(xué)處理也就是通過向受污染底泥中投加化學(xué)藥劑，用來加強(qiáng)微生物的降解能力，以此來降解受污染底泥中的污染物。就地化學(xué)處理過程由于存在著微生物的作用和化學(xué)作用，所以兩者往往是同時(shí)對(duì)污染物起作用，這樣更有利于加速污染物的降解。由于投加的化學(xué)藥劑和受污染底泥中的污染物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致受污染物質(zhì)一些性狀會(huì)改變，這樣就有利于后來的微生物降解。

加拿大漢密爾頓港位于安大略湖，是北美五大湖地區(qū)受污染比較嚴(yán)重的地區(qū)，特別是重金屬和各種多環(huán)芳烴的污染。為了改善人們的環(huán)境和有效的處理受污染的底泥，國家有關(guān)部門高度重視并進(jìn)行相關(guān)的研究，采用原地處理技術(shù)取得了比較好的效果，選取了一個(gè)叫Dofasco Boatslip港內(nèi)進(jìn)行。研究的主要過程是向受污染底泥中加入化學(xué)氧化劑或有利于微生物降解的藥劑使受污染底泥中的微生物降解。

②就地生物處理

原地生物處理包括植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)就是通過植物的吸收作用和根系區(qū)一些微生物的代謝過程來分解受污染底泥中的污染物質(zhì)，以達(dá)到消除污染物質(zhì)危害的處理技術(shù)。在現(xiàn)在的環(huán)境污染處理過程中有比較好的應(yīng)用前景。植物在此過程中起的作用就是通過根系分泌生物物質(zhì)或者通過植物的吸收作用來分解受污染底泥中的污染物質(zhì)。微生物修復(fù)技術(shù)主要是利用微生物的氧化、還原、水解的作用把受污染底泥中的污染物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化成CO2和H2等無毒的物質(zhì)。

就地生物處理不需耗能或低耗能、工程造價(jià)低、所需成本較低、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，最大的優(yōu)點(diǎn)在于不向水體投加化學(xué)藥劑，不會(huì)對(duì)水體形成二次污染，所以近年來也在努力推廣此技術(shù)。但是在處理過程中原地生物修復(fù)技術(shù)要求受污染底泥中的污染物和反映劑充分反應(yīng)，但受污染底泥是因地而異的，所以處理效果會(huì)有很大差異。

③就地穩(wěn)定化方法

就地穩(wěn)定化方法是將底泥污染物與水體環(huán)境進(jìn)行物理化學(xué)作用的隔離，并對(duì)底泥中的污染物進(jìn)行穩(wěn)定化處理，包括物化作用的固化和生物化學(xué)作用的分解和氧化等一系列作用。就地穩(wěn)定化方法的作用機(jī)理就是用一些隔離物（如泥、沙）放在受污染的底泥上，這樣就可以把受污染底泥進(jìn)行隔離，以此來防止污染物質(zhì)進(jìn)入水體進(jìn)行污染。

相比別的修復(fù)技術(shù)，就地穩(wěn)定化所需費(fèi)用低，適合有機(jī)、無機(jī)處理，對(duì)環(huán)境的潛在危害小，現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛的普及，是處理河流底泥的一種經(jīng)濟(jì)、有效的方法。就地穩(wěn)定化方法在工程技術(shù)上也存在一定的缺點(diǎn)，一方面由于要覆蓋一層或多層隔離物，會(huì)導(dǎo)致底泥的量加大，水體庫容就會(huì)相應(yīng)的減少；另一方面對(duì)于隔離物質(zhì)需要大量的清潔泥沙并且運(yùn)輸工作量大，底泥中也有些污染物質(zhì)并未被清除，從而對(duì)水體造成二次污染。

3.就地穩(wěn)定化帽封技術(shù)

(1)帽封技術(shù)概念及發(fā)展概況

受污染底泥就地穩(wěn)定化帽封技術(shù)就是通過用一些隔離物質(zhì)鋪在受污染的底泥上，目的就是讓受污染底泥與水體進(jìn)行隔離，阻止受污染底泥中的污染物進(jìn)入水體，以此來達(dá)到受污染底泥中污染物質(zhì)對(duì)水體產(chǎn)生的污染。就地穩(wěn)帽封技術(shù)可以穩(wěn)定含有耗氧有機(jī)物、重金屬等污染物質(zhì)的底泥，通過物理阻隔以及吸附、氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化使這些污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低毒性、低遷移性、低溶解性的物質(zhì)，不再釋放到水體中。

在河流受污染底泥治理方面，采用就地穩(wěn)定化帽封技術(shù)進(jìn)行處理國外已經(jīng)有許多成功的修復(fù)案例。19世紀(jì)60年代始，加拿大和美國針對(duì)五大湖流域水體底泥普遍存在的重金屬（Zn、Cr、Cd、Pb等）和有毒有害有機(jī)污染物（PAHs和PCBs等），分別開展了受污染底泥綜合整治項(xiàng)目，其他國家也相應(yīng)開展了有關(guān)研究工作。美國和加拿大的五大湖、紐約、洛杉磯、香港等對(duì)于污染底泥的帽封就地穩(wěn)定化已經(jīng)進(jìn)入了示范工程階段。

John H． Hull H在2002年uS6386796 B1專利中提出了AQuABLOKTM帽封材料的制作和使用，改進(jìn)了William A在1992年申請(qǐng)的uS5112665中提出的毯式帽封的創(chuàng)意，結(jié)合了Thomas J．Nachtman和他在1996年和1999年申請(qǐng)的專利中的方法，創(chuàng)造出了AQuABLOKTM帽封材料，該材料在水體環(huán)境下不會(huì)對(duì)水生生態(tài)環(huán)境造成任何影響。Eivind Bratteland教授認(rèn)為無論是從保持生態(tài)的穩(wěn)定性、效果的持久性、工程實(shí)施的可操作性還是從經(jīng)濟(jì)的可行性來說，都是帽封就地處理較疏浚更優(yōu)。

就地穩(wěn)定化帽封技術(shù)在我國處理受污染底泥方面的應(yīng)用有少數(shù)研究報(bào)道。如上海大學(xué)錢光人等（2006年）曾采用碎石塊、鈣基膨潤土和丙烯酸樹脂材料復(fù)合而成的帽封材料對(duì)蘇州河底泥進(jìn)行帽封處理，得到的控制底泥中的污染效果好于使用相同厚度的清潔沙粒作為帽封層。此外，錢光人等人（2007年）還利用新興的環(huán)境礦物質(zhì)材料氟磷灰石作為帽封材料的主體，以蘇州河底泥中的重金屬污染物為主要目標(biāo)，探究了這種新的帽封材料對(duì)受污染底泥中重金屬的穩(wěn)定效果。

帽封材料的發(fā)展大致也經(jīng)歷了三個(gè)階段：

①用砂子作帽封材料，在受污染底泥的上面鋪設(shè)一層砂子，用來作為隔離物，防止受污染底泥中的污染物質(zhì)釋放。通過對(duì)砂子帽封工程的監(jiān)測(cè)表明，砂子作為帽封材料有很多優(yōu)點(diǎn)：工程操作性強(qiáng)、水體底泥面傾斜時(shí)穩(wěn)定性較強(qiáng)、具有可生物居住性等。

②為了提高帽封效果，專家研究了多層材料帽封，用不同粒徑大小的砂子、礫石等分層覆蓋在受污染底泥的上方。這樣雖然可以增加其穩(wěn)定性，但是工作量太大，所需成本費(fèi)用也高。

③具有化學(xué)吸附性的粘土類物質(zhì)被應(yīng)用于帽封材料中，作為新型的活性帽封材料。活性帽封材料有著較強(qiáng)的黏性不易被外力沖蝕，并且不易被穿透，吸附穩(wěn)定污染物質(zhì)的能力較強(qiáng)。

(2)帽封材料的選擇和發(fā)展

雖然，就地穩(wěn)定化帽封技術(shù)在治理河流受污染底泥方面得到了一定的應(yīng)用，但是，它的應(yīng)用具有一定的局限性。在國外的一些應(yīng)用實(shí)例中，這種治理底泥的污染技術(shù)大都應(yīng)用在流動(dòng)性較緩或者是靜態(tài)條件下的河流中。此外，由于帽封材料比較單一，對(duì)底泥中重金屬的二次污染有一定的效果，但對(duì)于受污染底泥中的有機(jī)物治理并不樂觀。復(fù)合帽封材料提出并應(yīng)用，但價(jià)格比較昂貴，提高了處理受污染底泥的治理費(fèi)用。并且，由于不同地區(qū)受污染底泥中的污染物組成不同，使用就地穩(wěn)定化技術(shù)處理底泥，對(duì)帽封材料的選擇也存在著差異。

新型活性復(fù)合帽封材料是采用原位帽封原位處理的方法，通過運(yùn)載工具或?qū)Ｓ幂斔凸艿缹㈩w粒帽封材料投加到需要處理的受污染底泥的表面，一定時(shí)間后，帽封材料會(huì)膨脹粘連，自形成一層阻隔吸附層，使受污染底泥和上層水體隔離，通過物理化學(xué)吸附、離子交換和晶格穩(wěn)定、有機(jī)物物理化學(xué)降解和催化分解、物理包裹等方式抑制污染物質(zhì)的上遷。新型帽封材料主要有磷灰石、膨潤土和螯合纖維。磷石灰是指以晶質(zhì)磷灰石形式出現(xiàn)在巖漿巖中的磷礦石。膨潤土在我國儲(chǔ)量比較豐富，其具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的吸附能力。膨潤土經(jīng)過改性可以提高其吸附性能，并能有效吸附污染水體中的有機(jī)物、重金屬等污染物質(zhì)。螯合纖維主要由兩個(gè)部分組成，即基體纖維和與其連接的螯合基團(tuán)，聚丙烯、聚乙烯醇等是主要的基體纖維，而酰胺、胺基等是主要的螯合基團(tuán)。螯合纖維的吸水性好，耐性也好，并且具有強(qiáng)力高、模量大等優(yōu)點(diǎn)，用螯合纖維作新型帽封材料有很大的應(yīng)用前景，所以現(xiàn)在國內(nèi)外科學(xué)家都在不斷努力研究。

4.受污底泥的治理方法評(píng)述

在河流受污染底泥范圍不是特別廣的情況下建議采用生物修復(fù)技術(shù)加強(qiáng)對(duì)疏浚底泥的處理效果，對(duì)疏浚底泥進(jìn)行有效治理達(dá)到無害化，然后利用它變廢為寶。因?yàn)榈啄嘤兄伤苄愿摺⒔Y(jié)合力強(qiáng)、顆粒細(xì)等特點(diǎn)，用它做材料所生產(chǎn)的磚瓦質(zhì)量高，用作路基材料或建筑材料是一種極好的用途。

把受污染底泥進(jìn)行疏浚處理然后再利用，既可以充分利用污泥，減少處置費(fèi)用，又可以節(jié)省粘土的用量，減少對(duì)土地資源的利用。如受污染河區(qū)域面積比較大，用疏浚方法工程巨大，所需成本費(fèi)用將會(huì)很高，處理效果不明顯。此外，在確定受污染水體是否能夠疏浚，怎樣疏浚及疏浚后是否會(huì)影響生態(tài)等問題還存在著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

對(duì)于原地處理技術(shù)，大部分還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有廣泛用于實(shí)踐，但此方法最大的特點(diǎn)就是可以阻止受污染底泥釋放污染物質(zhì)產(chǎn)生二次污染，并且投資小所需費(fèi)用較低，是今后各國所提倡的方法。穩(wěn)定化帽封技術(shù)是目前國內(nèi)外比較先進(jìn)的方法，可以有效的隔離重金屬和有機(jī)污染物等有害物質(zhì)，以防止受污染底泥中的污染物質(zhì)二次污染水體。但是帽封材料的選擇和發(fā)展還在研究和探索中，并且如果受污染區(qū)域面積比較大時(shí)，對(duì)隔離物的覆蓋工程產(chǎn)生了很大的困難，并且所需成本也很高，所以此方法還有待發(fā)展。

受污染底泥中的污染物質(zhì)種類廣泛，每一種污染物質(zhì)的物理化學(xué)和生物性質(zhì)都有很大區(qū)別，如果只單單采用一種處理方法的話并起不到顯著的效果。

5.結(jié)語

河流底泥重金屬污染治理是從根本上解決水污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但治理河流底泥重金屬污染工程的工程量巨大，而且國內(nèi)取得成功的例子還不多見。一是疏浚需要花費(fèi)大量資金，生物修復(fù)技術(shù)耗時(shí)較長，難以短期取得效果；二是化學(xué)修復(fù)比較容易造成二次污染，不利于環(huán)境治理的可持續(xù)性發(fā)展。對(duì)于流動(dòng)性較緩或者是靜態(tài)條件下的河流，就地穩(wěn)定化帽封技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，其中的先進(jìn)帽封材料的制備是帽封技術(shù)的關(guān)鍵問題。在實(shí)際操作中，只有集多種修復(fù)手段優(yōu)點(diǎn)為一體, 積極開發(fā)重金屬污染河流底泥協(xié)同修復(fù)新技術(shù)，才是從根本上解決水污染的有效途徑。

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Rivers Contaminated Sediment Control Technology and Development

Luo Xiajuan,Teng Xiaoxu, Shi Jianwei

（School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing, 408100）

This paper introduces the present situation of river sediment of heavy metal pollution of river sediment of heavy metal pollution treatment progress at home and abroad are summarized. In the pollution of the river to reduce pollution at the same time, choose the appropriate method of river sediment pollution comprehensive treatment, and an effective way to fundamentally solve the water pollution.

contaminated sediment；easy to handle；situ treatment；development status

X5

A

羅霞娟（1994～)，女，長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院學(xué)生；研究方向：河流底泥中重金屬的處理。

(責(zé)任編輯：孔凡念)

長江師范學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目（20130015），重慶市三峽庫區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)和災(zāi)害防治工程技術(shù)中心資助。

騰曉旭（1978～），女，長江師范學(xué)院；研究方向：高分子材料。