Sed CaN等底泥修復技術在北海仔河流域綜合整治項目中的應用

盧敬斌

（廣州資源環保科技股份有限公司，廣東 廣州528300）

1 工程概況

東莞北海仔河流域綜合整治項目共涉及北海仔河及13條支流，河長61.13km，流域面積約25.5km2。根據《東莞市河涌水環境綜合治理攻堅戰三年行動計劃（2019-2021）》《中堂鎮全面加強水污染防治工作的實施方案》要求，結合流域內已建、在建和擬建河涌治理工程情況，項目的水質目標為北海仔河干流2019年年底前消除黑臭、2020年年底前達到地表水V類；北海仔河13條支流，2020年年底前消除黑臭、2021年全部消除劣V類，流域水環境得到徹底改善。

該項目內容包括：控源截污工程、生態護岸工程、生態修復工程、內源治理工程、水系連通工程、活水補水工程、景觀提升工程、在線監測工程及其他配套工程。圍繞項目的內源治理工程，針對北海仔河流域底泥污染現狀，從項目的待治理河涌中篩選確定東泊涌、大窩洲涌和上氹北涌3處典型河涌斷面，采用專項的底泥修復技術開展應用示范，確定適用于項目的產品用量，支撐項目后續施工。

2 底泥修復在黑臭河涌治理工程中的重要性

城鎮生活和生產活動產生的污染物不斷進入到河涌，并在底泥與上覆水中不斷積累，最終超過了河涌的自凈能力，導致了黑臭河涌的產生。雖然通過雨污分流或沿岸截污改造等手段，可以削減部分外源污染物進入河涌，但河涌底泥的污染物成分復雜，主要有重金屬、POPs（持續性有機污染物）、營養鹽等[1]，重金屬污染物容易擴散并影響到上覆水的水質，如鐵錳污染在缺氧的水體中被還原成二價鐵和二價錳，在與硫元素結合成黑色顆粒[2]，導致水體發黑；有機污染物在厭氧條件中降解，同樣會釋放出臭味物質；營養鹽直接造成水體富營養化，引起嚴重的水華、浮萍泛濫、水葫蘆爆發等次生災害，加速了河涌黑臭的形成。由此可見，對黑臭河涌進行底泥修復，對消除河涌的黑臭是非常重要的。

3 常用的底泥修復工程方案

對于黑臭河涌的底泥修復工程方案，可以分為異位修復和原位修復兩大類。

3.1 異位修復

異位修復指的是通過工程手段，對黑臭河涌進行清淤疏浚，清淤疏浚工程方案包括干挖清淤、水力沖挖清淤和清淤船清淤等方式。底泥清掏上岸后需要進行固化填埋或物理、化學、生物等后續處理處置。清淤疏浚對于黑臭河涌，尤其是重度黑臭河涌，能夠快速降低黑臭水體的內源污染負荷，避免底泥污染物向水體釋放。但需合理控制疏浚深度，過深容易破壞河底水生生態，過淺不能徹底清除底泥污染物；高溫季節疏浚后容易導致形成黑色塊狀漂泥；底泥運輸和處理處置難度較大，存在二次污染風險，需要按規定安全處理處置。因此，雖然異位修復技術在黑臭河涌底泥修復工程中有見效較快的優點，但缺點也比較明顯，主要是工程量較大，投資成本較高，且清淤疏浚處理效果難以達到預期目標。

3.2 原位修復

原位修復則主要指不采用清淤疏浚的工程手段，就地進行底泥污染物治理的技術。原位修復主要分為原位化學處理技術、原位生物修復技術、原位物理覆蓋技術等。

3.2.1 原位化學處理技術

原位化學處理技術是指通過向河涌底泥投加化學藥劑的方式，進行原位治理底泥污染。其中包括原位化學氧化技術、原位化學鈍化技術等。原位化學氧化技術主要是指投加氧化劑，如硝酸鈣。硝酸鈣與河涌底泥接觸之后，一方面在厭氧條件下，反硝化微生物利用硝酸鈣作為氧化劑，對有機物產生氧化反應并完成有機污染物的降解；另一方面是硝酸鈣能夠抑制厭氧硫還原微生物從而避免臭味的產生。而原位化學鈍化技術則是向河涌底泥投加鋁鹽、鐵鹽等混凝沉淀藥劑，既能控制河涌上覆水中的磷污染，同時能提高水體的透明度，鈍化底泥，并在底泥表面形成隔離層，有效阻止底泥污染物的釋放。

3.2.2 原位生物修復技術

原位生物修復技術主要分為沉水植物修復法和微生物修復法。沉水植物修復法是指在河涌的底泥上種植沉水植物，植物的生長可以吸收底泥中的污染物質，抑制營養物質向上覆水釋放[3]。雖然沉水植物能夠較好地消除底泥中的污染物，但是植物對污染物的吸收速度較慢，需要較長時間才能達到治理目標。微生物修復法主要是向底泥中投加土著微生物或者人工強化微生物，利用微生物的生長代謝作用，消耗降解底泥中的污染物質。但如果投加微生物未能在底泥找到附著點，容易被流動的河水帶走從而影響了底泥污染物的降解效果。

3.2.3 原位物理覆蓋技術

原位物理覆蓋技術是指在底泥表面覆蓋一層或者多層覆蓋物，使得受到污染的底泥與上覆水隔離，防止污染物向上覆水擴散遷移的一種工藝技術。覆蓋層可采用干凈的底泥、礫石、河沙或不易降解的填料。覆蓋層能夠有效避免底泥再懸浮，隔開了底泥與上覆水的接觸，控制了污染物的釋放。但正因為物理覆蓋技術僅僅是對底泥中的污染物進行了封閉處理，并未真正實現污染物的降解消耗。

4 典型河涌示范斷面的底泥修復方案

根據前期調研結果，確定在北海仔河流域開展的3處典型河涌示范斷面分別位于東泊涌、大窩洲涌和上氹北涌，斷面位置和示范規模見表1。

表1 典型河涌示范斷面相關參數匯總表

由于該流域整治項目時間緊、任務重，而底泥修復技術各有優缺點，為了確保能夠達到北海仔河流域整治的預期目標，決定采用原位化學氧化技術+原位物理覆蓋技術作為本次示范斷面底泥修復的組合工藝，并以SedCaN環保顆粒產品和Sedblock底泥污染阻斷產品作為主要藥劑進行投加。

4.1 SedCaN環保顆粒的性能特點

SedCaN環保顆粒是利用水體底泥本身作為修復劑輔料，改性富集大量黑臭消除功能微生物，配加微生物代謝營養，結合緩釋工藝，形成高效、環保的水生態修復產品。SedCaN基于原位微生物生態調控原理，激發修復對象原生微生物的功能活性達到全方位自組織消除污染的效果，對比市場上常用的外加人工菌劑，本產品有更強的適應性和穩定性，符合黑臭水體修復市場需求。產品采用底泥作為天然的粘土，配合傳統的粘合劑聚乙烯醇和海藻酸鈉進一步提升對硝酸鈣的緩釋效果；同時經反硝化馴化的底泥富集了大量反硝化細菌（經風干轉化為休眠體），為SedCaN在投入底泥后快速發揮氧化底泥硫化物提供菌種資源。產品優勢在于：

（1）采用底泥為天然粘土，具有較強的粘合能力，是良好的造粒劑，其使用方式是物歸原處，避免了以往用異質材料如水泥等帶來的二次污染。

（2）經反硝化馴化的底泥富集了大量反硝化細菌，為SedCaN在投入底泥后快速發揮氧化底泥硫化物作用提供菌種資源。

（3）海藻酸鈉為天然產物，能顯著提升顆粒的物理特性；聚乙烯醇屬于可降解材料，其形成致密的分子網格能顯著提升緩釋效果，且不為原位修復現場帶來二次污染。

（4）活性炭是天然的底質改良劑，被廣泛用于環境修復。

（5）SedCaN投入到水體中能快速下沉并接觸底泥，避免硝酸鈣在上層水相中的無效釋放，既避免其污染水體，也降低了硝酸鹽的使用量，克服了以往以液態形式投放的弊端。

（6）緩慢釋放的硝酸鹽不僅能刺激底泥中的異養反硝化菌降解底泥中的有機物，同時也刺激自養反硝化菌氧化底泥中的硫化物，從而緩解黑臭污染。

4.2 Sedblock底泥污染阻斷產品的性能特點

Sedblock內源阻斷顆粒是利用粘土礦物的低滲透特性，特別是用于自然水體的底泥內源污染控制的專用粘土聚合物復合產品，旨在水合并在受污染的沉積物上形成連續且高度不可滲透的隔離層，阻斷和控制底泥（內源）污染物。顆粒通常是包括粘土礦物、聚合劑和致密骨料的組合，每個顆粒都包括：（1）基于粘土的密封劑層形成外殼；（2）與聚合劑固定的由砂石或其他礦粒組成的致密核心。

Sedblock有助于有效輸送反應性粘土組分（如膨潤土）到污染底泥層，反應性組分在1天時間內水合并膨脹，最終顆粒在污染底泥與上覆水之間聚結成均勻而黏著的粘性屏障，從而有效阻止污染底泥向上覆水釋放氨氮、總磷等污染物質，推動水體水質良性改善。

4.3 藥劑投加量及實施方法

根據相近污染程度的佛山市和東莞市多條河涌底泥治理的應用案例，確定SedCaN產品的投加量為10kg/m2，確定Sedblock產品（堆積密度=1.78g/cm3）的覆蓋厚度為3cm。本次示范斷面的藥劑投加量匯總見表2。

表2 典型河涌示范斷面藥劑投加量匯總表

藥劑投加的實施方法為自下而上分層鋪設，首先最下層為人工攤鋪含有SedCaN的化學氧化藥劑修復層，該層主要作用是對底泥環境中的有機物、磷和硫化物均有降解或抑制作用，并且不容易影響水體生物；然后在化學氧化藥劑修復層的上方鋪設承載層，承載層選用無紡土工布縱向平鋪，土工布規格為200g/m2，10m×5m，搭接時，上游土工布壓在下游土工布上，搭接寬度＞30cm；最后鋪設含有Sedblock的物理覆蓋層，物理覆蓋層采用機械攤鋪和人工攤鋪相結合的形式進行，攤鋪完后，適當撒5-10mm的河沙作為防護層，讓河沙由水流推力作用下鋪平施工造成的瑕疵，同時又可以作為保護層。

4.4 典型河涌示范斷面的底泥修復成果

示范斷面的底泥修復工程完成30天后，再次檢測河涌的部分指標：COD從78mg/L下降到45mg/L，氨氮從18mg/L下降到6mg/L，基本消除了河涌黑臭，而且整個底泥修復工程的攤鋪厚度控制在3-5cm，整體成本控制在30元/m2以內，并無二次污染風險。

5 結束語

該項目的示范斷面的底泥修復工程采用原位化學氧化技術+原位物理覆蓋技術組合工藝，能夠在較短的時間內，消除河涌的黑臭，并且對河床標高影響較少，費用投資也較合理，并無二次污染的風險。但在工程實施后發現，在下雨天排水水流量過大（流速＞1.2m/s）時，攤鋪在排口處的覆蓋顆粒容易被沖走，另外在底泥中污染物發生氧化反應后，會產生氮氣等氣體上升到水面，容易局部破壞攤鋪層。針對以上問題需要對工藝進一步改良。