河道底泥處理技術成效分析

錢 丹，張金鵬，王宏麗，趙雙喜

(天津江河弘元環境技術研究有限公司，天津 300000)

河道污染包含外源污染和內源污染兩方面。近年來，在水處理領域深入發展的背景下，我國在流域治理、工業廢水處理、生活污水處理等眾多領域上的發展迅速，外源污染得到控制，而對于河道底泥無害化處理的重視遠不及污水治理，從而導致水處理市場“重水輕泥”現象嚴重。目前來說，造成河流污染的主要原因為河道底泥內的污染物引發的內源污染[1]，要消除水體富營養化現象，需徹底整治河道底泥污染，使其減量化、無害化、資源化。

1 河道底泥主要污染物

河道底泥構成復雜，力學性質差、含水率高且難以脫水，主要污染物質為難降解有機污染物、有害重金屬及N、P等營養元素。作為河流、湖泊污染物的主要營養庫，底泥中的各種有機和無機污染物通過與水體間的物理、化學、生物分解等作用，重新進入到上覆水體中，不僅對水體質量及水生生態系統構成嚴重威脅，還可通過食物鏈富集過程，進一步影響陸地生物和人類健康[2-3]。

1.1 河道底泥重金屬特性

底泥中的常見重金屬主要包括Cu、Pb、Cr、Ni，Cd、Hg、Zn及類金屬As、Se等，這些重金屬元素通過吸附、絡合、絮凝、沉淀等作用沉積到底泥中，并與上覆水體保持吸附與釋放的動態平衡[4]。一旦河道水動力條件發生變化，沉積在底泥中的重金屬便會再次進入水體，影響上覆水體的水質，造成二次污染[5]。

1.2 河道底泥N、P特性

經各種途徑進入水體的N、P等營養元素，是造成水體富營養化的主要原因。水體自凈過程中，水生植物的生長會吸收部分營養成分，但仍有相當一部分營養物質沉積到底泥中，并通過物質和能量交換緩慢釋放至上覆水體中，對水體生態系統造成極大破壞[6]。

1.3 河道底泥有機物特性

底泥有機污染物長期厭氧分解產生H2S等臭氣以及FeS等有色金屬硫化物，是造成河道黑臭的主要原因[7]。底泥中難以降解的有機污染物通過富集作用進入生物體，并通過食物鏈遷移至人和動物體內，產生較強的毒害作用。

2 國內外河道底泥處理技術

河道底泥因其成分復雜、濃度較高且毒害作用較大，而成為環境治理中的技術難題。由于城市河道水深較淺、流速較慢，污染物質更容易沉積到河道底泥中，因此對底泥污染的處理處置是城市河道污染綜合整治不可忽視的內容。目前污染底泥無害化處理技術有物理修復技術、化學修復技術和生物—生態修復技術，這些方法可以單獨使用，也可以聯合使用[8]。

2.1 物理修復技術

物理修復技術是借助工程措施消除底泥中污染物的修復方法，主要包括以掩蔽為主的原位修復法和以疏浚為主的異位修復法[9]。

2.1.1 原位掩蔽

掩蔽是在污染底泥上放置覆蓋物，使污染底泥與水體隔離，防止底泥污染物向水體遷移的物理修復方法。原位掩蔽對持久性有機污染物(POPs)污染底泥的修復效果較明顯，成本較低，且能夠較好地防止底泥中的有機物、氮磷營養鹽及重金屬污染物等進入水體，從而起到改善水質的作用[10]。

覆蓋層是原位掩蔽技術的核心，所采用的掩蔽材料會直接影響修復的效果，如土壤、沙子、砂礫等都是天然掩蔽材料，這類材料本身并不具有降解作用，主要依靠物理化學反應和水力阻滯作用，減緩污染物的遷移和擴散，修復效率較低。隨著研究的不斷深入，改性黏土、土工材料、鈣質膨潤土、方解石與磷灰石等活性掩蔽材料的應用也逐漸增加，顯著提高了原位掩蔽技術的修復效果[11]。但是，掩蔽會增加底泥的體量、改變河底坡度、減小水體容量，還有可能導致河流改道，不適合在水動力較強或水流速度較快的區域，只適用于深海底泥修復。

2.1.2 底泥疏浚

底泥疏浚因能將污染底泥永久性去除，而被廣泛應用于國內外河道底泥的處理處置。底泥疏浚是通過挖除表層一定厚度的污染底泥，起到增加水體容積、維持航道深度的作用，從而為水體水質的好轉和穩定創造條件。然而，對挖出的大量河道底泥如何進行妥善處理，是后續工作中急需重視的問題[12]。目前，對疏浚底泥的處理處置方法主要為填埋與焚燒。

填埋主要是利用自然界的代謝功能，并結合完善的環保措施和工程手段，通過少則幾年多則幾十年的厭氧分解過程，使底泥逐步達到穩定無害的處置效果，其優點是投資少、容量大[13]。但是填埋既占用土地，又浪費資源，且填埋不當還會對地下水和土壤造成二次污染。焚燒適用于含有較多礦物質或持久性有機物的底泥，已廣泛被土地資源緊張的大中城市所采用。在焚燒過程中，所有的病原微生物均被殺滅，有毒有害物質被氧化分解，除了汞等少數重金屬通過揮發去除外，其他重金屬均被固定在底泥中[14]，但投資大、能耗和后期維護費用高，且會產生二噁英等致癌、致畸物質，因而在發展中國家應用比較受限。

2.2 化學修復技術

化學修復是一個人工的化學修復過程，主要通過向水體中投加化學試劑，使化學修復劑與底泥中的污染物發生化學反應，從而降低污染物的毒性[15]。聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等通過絮凝沉淀作用將污染物穩定在底泥中，對于磷的控制效果較好[16]。Murphy等[17]的研究認為：將上述藥劑投放到水體中，會形成一層新的活性層沉積在污染物質表面，這些化學物質很容易與沉積物中釋放出的磷形成沉淀，從而抑制磷向水體中擴散。有研究證實，將硝酸鈣投入到底泥中，能夠有效氧化底泥中的有機污染物，還可以有效消除底泥的黑臭現象[18]。化學處理技術成本相對較低，操作簡單，但用量需謹慎，過量易造成魚蝦類死亡，破壞水體生態系統。因此，一般不建議采用。

2.3 生物修復技術

原位生物修復技術是指在對水體底泥自然環境基本不做干擾的情況下，加入能夠降解污染物的微生物，也可以采用栽種水生植物的方式來促進污染物降解。與傳統底泥處理處置方法不同，原位生物修復技術主要利用微生物、水生植物等的生命代謝活動，吸收水體及底泥中的N、P及有機物，并通過改善水體理化環境促進有益微生物大量繁殖，加速底泥污染物的分解和釋放，從而實現對水體中污染物的降解、吸附、轉移等。

2.3.1 植物修復技術

通過栽種去污能力強的沉水植物、浮水植物、挺水植物，其發達的根系既可以降解水體中的富營養物質，也可以為微生物提供生長繁殖的場所，有利于形成水生植物及微生物互利共生的微環境，加速水體及底泥中的污染負荷轉移。

張蕾等[19]研究了黑麥草對河道疏浚底泥的修復情況。試驗發現，種植黑麥草后的底泥中，重金屬的存在形態和晶格結構發生了變化，且根部積累了大量重金屬，表明黑麥草對重金屬有較強的富集能力；黑麥草對底泥中有機污染物的降解率達到72.6%，礦物油由原來的4.86%降為1.56%，且大部分有機物被炭化為CO2和H2O，其中部分難降解的大分子有機污染物也被植物降解為小分子、易吸收的形態，種植黑麥草后底泥的多酚氧化酶和脲酶活性均得到提高，證明黑麥草是修復重金屬—有機物復合污染的良好植株。

2.3.2 微生物修復技術

微生物是水體和底泥污染物去除的主要力量。技術篩選針對污染物的強勢微生物，在生物酶及微量元素的刺激下，強勢菌群可在較差的水環境中迅速增殖，并利用水體及底泥中的有機污染物等作為自身生長繁殖的營養物質，從而凈化污水、分解淤泥、消除惡臭。

有研究學者通過使用土著微生物培養液與底泥生物氧化復合劑對受污染底泥進行處理發現，其修復效果較好，底泥中的有機碳含量顯著降低，而且底泥對上覆水體的凈化能力也得到極大提高。由此可見，土著微生物的激活，有助于提高原位生物處理技術的修復效果[20]。

3 植物—微生物聯合修復技術

植物—微生物聯合修復技術是一種具有廣闊發展前景的原位修復技術，植物的根系能夠為微生物提供良好的生長環境，而微生物對污染物的強化降解給植物創造了更優化的生長空間。因此，由植物與微生物組成的生態系統，能夠對難降解污染物進行有效去除和降解。該技術有利于增加生物多樣性，同時也可以阻止底泥反向污染水體，是一種新型底泥修復技術，能有效降低懸浮物濃度，提高水體透明度及溶解氧，從而恢復水體自凈能力。

4 結 論

隨著底泥修復技術的不斷改進，各種原位修復技術開始應用于受污染底泥的處理。物理修復雖可在短時間內去除污染物，但由于投資高、工程量大，難以廣泛應用；化學修復效果顯著，但易對環境造成二次污染；生物修復技術難以應對復雜的底泥污染；而植物—微生物聯合修復技術成本低、實用性強、適用范圍廣，是一條符合環境資源化、可持續發展道路的優良途徑，應用前景廣闊。