河流底泥污染控制與修復

范洪凱，張曉蕊，董 姣，周國鋒，胡 喆

（1.山東省環科院環境工程有限公司，山東 濟南 250000；2.中國環境科學研究院，北京 100012）

1 河流底泥污染概述

1.1 河流底泥污染現狀

近年來，我國部分地區陸續出現了大規模的河流底泥污染問題，由此引發了水質惡化、水面覆蓋繁茂藻類植物、水生動物缺氧死亡等一系列問題，這對當地的生態環境造成了嚴重破壞。因此，我國提高了對河流底泥污染治理工作的重視程度。例如，在全國水資源綜合規劃專項項目中，對全國水系范圍內的906個監測斷面進行了調查，其中，重點監測評價了底泥污染問題，其調查范圍涵蓋了國內超過85%的大型集中式水源地，并根據調查結果編制了《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調查評價報告》，共計發現732個監測斷面存在底泥重金屬超標的問題，已臨近或超過當地生態風險閾值。而在906個監測斷面中，鎘、砷、汞、鋅、銅的污染超標率分別為27%、5.8%、10.5%、6.7%和7.2%。由以上數據可以看出，全國多數地區都面臨著嚴峻的底泥污染情況[1]。

1.2 河流底泥污染物的種類

根據相關調查結果顯示，河流底泥的主要污染物種類包括重金屬、難降解有機物、營養物質和持久性污染物共四種。

（1）重金屬污染物，主要是由相對密度超過4.0或5.0的金屬元素組成，如汞、銅、鎘等金屬，在河流水體中普遍以金屬殘片、碳酸鹽結合態等形態存在，是經過吸附、沉淀而沉積到河流底泥中，而且，在環境條件改變時容易進入上覆水體，又由于水體具有流動性，從而會造成污染范圍擴大的后果。

（2）難降解有機物，主要包括油脂、多氯聯苯等。這些有機物有著疏水性強、持續性好的特性，且在微生物的作用下也不易被降解，會大量沉積到河流底泥中，并在生物富集作用下對生物體造成毒害[2]。

（3）營養物質，主要包括氮、磷、氮磷化合物等。雖然水生植物可以吸收一定的營養物質，但在營養物質濃度過高時，還可能會引發水體富營養化、加劇藻類繁殖等問題。

（4）持久性污染物。這類污染物簡稱為PTS，具備在多介質環境中遷移轉化的特性，且會對生物體造成毒害，并通過生物體向外傳播擴散。

1.3 河流底泥污染的危害

（1）在養殖魚類等水生生物時，如果河流底部淤積污染底泥，就會對水生生物的生長情況造成明顯影響，容易出現延緩水生生物生長速度的問題，并由此引發各類疾病出現，嚴重時會造成水生生物的大規模中毒死亡，同時，還會伴隨著水體富營養化現象的出現。例如，在養殖蝦類時，若存在投喂量不足，蝦類會習慣性地啃食底部泥皮，而底泥中的有毒污染物會隨之進入蝦類體內，造成毒害。

（2）對于上覆蓋水質，如果有底泥污染現象形成，其中的重金屬離子等有毒污染物會在底泥、上覆水間進行交換，由此會改變上覆水的物理化學性質，進而引發細菌滋生、破壞水體、水體富營養化、水質惡化等一系列問題出現。此外，由于河流底泥與上覆水存在著明顯的濃度差，且在濃度差的作用下，底泥中沉積、粘附的污染物會持續向上釋放，而當污染物溶于水中時，就會造成上覆水體中污染物的濃度有所提升。

2 河流底泥污染的控制方法

2.1 外源污染物控制

通常情況下，外源污染物是河流底泥污染的主要來源，是指各種類污染物在河道、陸地的交界處會持續排入河流水域當中，或是直接向河流水域中排放超標污染物、未經處理的生活污水與工業廢水，而且，排放的污染物數量會遠超過河流水環境的自我凈化能力極限，從而導致部分污染物沉淀、吸附至河底污泥中。對此，為了杜絕河流底泥污染問題的反復出現，以及把河流底泥的污染程度控制在可接受的范圍內，必須要采取控制外源污染物的方法，主要包括建設污染緩沖帶、污廢水排放控制兩項措施。其中，建設污染緩沖帶是在河流、陸地交界面修建混凝土擋墻，以阻隔垃圾雜物、受污土壤流入河流，或是在河道沿線種植綠化植物，憑借植物根系、葉片來阻擋污染物，同時，植物在生長期間還會從污染物中汲取自身所需的營養物質。而污廢水排放控制是指在排水口安裝自動檢測設備，持續檢測排放水體的水質組分，且在水質不達標時會發送預警信號，并控制閥件、閘門來關閉排水口，待問題得到解決、水質達標后，再開放排水口[3]。

2.2 環保疏浚

（1）環保疏浚是一項成熟的河流底泥污染控制技術，如圖1所示。具體的工程流程是，工作人員在現場安裝疏挖設備與布置管路，操縱絞吸式挖泥船來挖掘河流底部污泥，在離心式吸泥泵作用下，把河底污泥經由輸泥管持續排到河道旁規劃的堆場，再把所挖掘污泥運輸至特定場地進行處理，如衛生填埋處理、建材利用、底泥堆肥或是底泥低溫熱解處理，從而實現控制河流水體的污染程度、避免底泥污染情況持續加劇。

圖1 河流底泥環保疏浚現場圖

（2）在采取環保疏浚控制方法時，要重點關注管路檢查、疏浚深度設定和底泥處置方法選用的問題。其中，對于管路檢查問題，是指在底泥疏浚作業開展前，工作人員必須對管路結構質量進行詳盡檢查，要開展試抽水試驗，以更換狀態不佳、質量不達標的管路，避免因管路破裂而造成二次污染。而對于疏浚深度設定，要根據實際的底泥層厚度來設定深度值，且把河流底泥的挖掘深度誤差控制在10 cm以內，避免因底泥欠挖而遺留污染物，或是因底泥超挖而影響到底棲生物。對于底泥處置方法選用的問題，是指要根據底泥的污染特性、組分進行選擇，要最大程度提高底泥的剩余使用價值，如底泥中含有的大量有機物可進行堆肥處理[4]。

2.3 原位鈍化

（1）該方法是采取阻止底泥污染物向上覆水體持續釋放的方法來控制水質的惡化程度，以截斷河流內源污染，屬于化學控制方法的一種，控制原理如圖2所示。在實際治理過程中，工作人員會向河流中投放鐵鹽、鋁鹽等作為鈍化劑，用于捕捉水體中分布的顆粒物與各類污染物，并將這類物質吸附在河流底泥中形成鈍化層。這樣，鈍化層會阻隔下部底泥中的污染物向上釋放，所以，也可將形成的鈍化層視為一種特殊的壓實浮泥層。

圖2 河流底泥磷鈍化原理圖

（2）需要注意的是，在采取原位鈍化方法時，要重點關注鈍化劑的選用、用量設定兩項問題。其中，對于鈍化劑選用的問題，可根據河流環境條件、水質組分與底泥組分進行選擇，如水體pH值不小于6時，應選用鋁鹽作為鈍化劑，這是因為鋁鹽在經過水解后會產生Al(OH)3絮凝體，可去除水體中的顆粒物并在底泥表面形成Al(OH)3絮狀體毯子。通常，對于用量設定問題，要根據所選用的鈍化劑品種而定，如在選用鋁鹽時要把投藥量控制在20 mgAl/L左右，在選用鐵鹽時要把投藥量控制在2.0～3.5 mgFe3+/L區間內，而在選用鈣鹽時要把投藥量設定為10 mgCa/L。

3 河流底泥污染的常用修復技術

3.1 物理修復技術

常用的物理修復技術主要包括引水沖污、水力調度、上覆水充氧三項技術。

3.1.1 引水沖污技術

該技術是指在受底泥污染的河流水域中引入其他水系的水體，或是在沿線布置若干提升泵站，在壓力的作用下將其他水系的潔凈水體排入受污河流當中，通過稀釋污水的方式改善水質、減輕河流底泥污染的程度。但這種方法卻無法徹底根除河流底泥污染的問題，因此，可作為一項短期改善水質的方法，也可以與其他修復技術搭配使用。

3.1.2 水力調度技術

該技術是根據生態水力特性與現場環境情況，采取人工調節水流速、水系連通等措施，來為微生物營造適宜生長的水流環境，從而充分發揮出微生物的降解作用，并起到抑制藻類繁殖等額外作用。但這種方法的實際修復效果有限，所以，需要在調度期間重點關注防污染遷移、防沙等問題。

3.1.3 上覆水充氧法

該方法也被稱為水體曝氣技術，是工作人員持續向河流水體中充入氧氣，以確保微生物在充足溶解氧的支持下，持續降解底泥中的易降解有機物，最終起到提高微生物活性、強化河流自凈化能力的作用。但需要注意的是，應用該方法時要避免因溶解氧消耗完畢而出現釋放惡臭氣體、惡化水質的問題。在實際應用中，北京市清河、福州市白馬支河等水系中都采取了此項技術。

3.2 化學修復法

在河流底泥污染治理項目中，常用的化學修復技術主要包括投加除藻劑、絮凝沉淀、穩定固化、化學淋洗四項方法。

3.2.1 投加除藻劑

該方法是將西瑪三嗪或硫酸銅作為除藻劑，向河流中適量投放，然后在化學作用下殺滅水體中繁殖生長的藻類。因此，該方法適用于治理含磷量超標、藻類大量繁殖的河流，但需要嚴格控制除藻劑的投加量，避免過量投加，造成二次污染。

3.2.2 絮凝沉淀法

該方法是向河流中投放鈣鹽、鋁鹽、三氯化鐵等藥劑作為絮凝劑，且在藥劑完全溶解于水后，促使水體和底泥中的分散顆粒與膠體形成絮狀體，然后，再把水體中的絮狀體撈出，以實現治理河流底泥污染的目的。同時，該方法還可以有效去除水體中的放射性物質與致病微生物。

3.2.3 穩定固化法

該方法主要是用于去除河流中的重金屬離子，是向水體中投加鋼渣、石灰等堿性物質來調節水體、底泥的pH值，且在堿性環境下促使重金屬離子形成難溶性沉淀物，從而在河流底部形成穩定固化狀態的污泥，然后，再將污泥挖出后進行衛生填埋或資源化利用。

3.2.4 化學淋洗法

該方法是固相分離技術中的一種，也是工作人員向河流水體中投加化學藥劑，且在藥劑的作用下促使底泥中的污染物遷移至水體當中，然后，再對河流水體進行淋洗處理，以去除水體中的污染物。

3.3 生物修復法

河流底泥污染常用的生物修復技術主要包括微生物修復、生物調控、人工濕地以及植物修復四項方法。

3.3.1 微生物修復法

在實際應用植物修復方法時，要提前對水質組分與河流底泥組分進行檢測，然后根據污染物的種類及濃度，選擇性的向河流水體中投放微生物，并為其營造適宜生長的水體環境。其中，自養類和異養類微生物在生長繁殖期間，會持續降解水體和底泥中分布的有機污染物等多種類污染物。例如，可通過投放硝化細菌來調節水體中的氮含量；可通過投放光合細菌來分解有機污染物與殘留排泄物；還可以通過投放蛭弧菌來抑制有害細菌生長，以及提升水體的透明度。

3.3.2 生物調控法

該方法是指在人為干預下，來調節河流水域中的水生動物、水生植物和微生物的數量及密度，從而最大程度強化水環境的自凈能力。該技術的原理是通過對水生植物密度進行調控，在去除水體中污染物的同時，又有效避免因水生植物無序繁殖而造成的生態災難擴散至相鄰水域。

3.3.3 人工濕地法

該方法是指在河流周邊區域人為建造與沼澤地類似的地面，或是在條件允許的前提下選用天然濕地，以在人為干預的情況下控制河流水體、污泥沿特定方向在人工濕地區域內流動，同時，憑借土壤的物理作用、人工介質的化學作用和微生物的生物作用，持續去除水體、污泥中含有的各類污染物質，最后再把處理后的水體排入河流當中，以實現水體環境修復目的。該技術的實際原理是，由人工濕地下方的土壤來吸附、過濾重金屬離子，然后再由微生物來降解有機污染物。

3.3.4 植物修復法

該方法是通過在河流水域中栽植水葫蘆、燈芯草、鳳眼蓮等水生植物，并在植物生長期間充分發揮植物的提取、揮發、固化、根系過濾四重作用，從而持續去除水體中的污染物。在實際應用中，植物修復有著治理成本低廉、美化環境、長期修復水體環境的優點，但短期效果不明顯，所以，比較適用于修復期限要求寬泛的河流底泥污染治理項目。其中，植物提取作用是指在植物生長期間把水體、底泥中的重金屬離子提取到植物水上部分，再通過定期修剪水上植物實現去除重金屬元素的目的。而植物揮發是通過植物把水體中的重金屬元素等污染物轉為可揮發態，從而在植物表面進行持續揮發、釋放到大氣環境當中。植物固化是通過栽種高耐性多年生常綠植物，然后由植物根部吸收、沉淀污染物，以暫時穩住污染物的毒性。根系過濾是指通過植物根系吸附水體中流動的污染物，以達到去除底泥中污染物的目的，如可通過栽植水葫蘆來吸附底泥中的Cu、Se等污染物。

4 結語

綜上所述，底泥作為河流水域生態體系的重要組成部分，如果底泥污染物濃度超標，將會造成水質惡化、水體二次污染、水資源短缺等一系列后果，會嚴重危及人們的用水安全與各行業領域生產活動的正常開展。因此，相關職能部門與工作人員必須提高對河流底泥污染問題的重視程度，且通過深入了解底泥污染物的種類、來源和造成的危害，并根據實際污染情況來選用合理地控制方法、環境修復技術，從而為有效控制與修復河流底泥污染提供有力保障。