河道底泥处理技术成效分析

钱 丹，张金鹏，王宏丽，赵双喜

(天津江河弘元环境技术研究有限公司，天津 300000)

河道污染包含外源污染和内源污染两方面。近年来，在水处理领域深入发展的背景下，我国在流域治理、工业废水处理、生活污水处理等众多领域上的发展迅速，外源污染得到控制，而对于河道底泥无害化处理的重视远不及污水治理，从而导致水处理市场“重水轻泥”现象严重。目前来说，造成河流污染的主要原因为河道底泥内的污染物引发的内源污染[1]，要消除水体富营养化现象，需彻底整治河道底泥污染，使其减量化、无害化、资源化。

1 河道底泥主要污染物

河道底泥构成复杂，力学性质差、含水率高且难以脱水，主要污染物质为难降解有机污染物、有害重金属及N、P等营养元素。作为河流、湖泊污染物的主要营养库，底泥中的各种有机和无机污染物通过与水体间的物理、化学、生物分解等作用，重新进入到上覆水体中，不仅对水体质量及水生生态系统构成严重威胁，还可通过食物链富集过程，进一步影响陆地生物和人类健康[2-3]。

1.1 河道底泥重金属特性

底泥中的常见重金属主要包括Cu、Pb、Cr、Ni，Cd、Hg、Zn及类金属As、Se等，这些重金属元素通过吸附、络合、絮凝、沉淀等作用沉积到底泥中，并与上覆水体保持吸附与释放的动态平衡[4]。一旦河道水动力条件发生变化，沉积在底泥中的重金属便会再次进入水体，影响上覆水体的水质，造成二次污染[5]。

1.2 河道底泥N、P特性

经各种途径进入水体的N、P等营养元素，是造成水体富营养化的主要原因。水体自净过程中，水生植物的生长会吸收部分营养成分，但仍有相当一部分营养物质沉积到底泥中，并通过物质和能量交换缓慢释放至上覆水体中，对水体生态系统造成极大破坏[6]。

1.3 河道底泥有机物特性

底泥有机污染物长期厌氧分解产生H2S等臭气以及FeS等有色金属硫化物，是造成河道黑臭的主要原因[7]。底泥中难以降解的有机污染物通过富集作用进入生物体，并通过食物链迁移至人和动物体内，产生较强的毒害作用。

2 国内外河道底泥处理技术

河道底泥因其成分复杂、浓度较高且毒害作用较大，而成为环境治理中的技术难题。由于城市河道水深较浅、流速较慢，污染物质更容易沉积到河道底泥中，因此对底泥污染的处理处置是城市河道污染综合整治不可忽视的内容。目前污染底泥无害化处理技术有物理修复技术、化学修复技术和生物—生态修复技术，这些方法可以单独使用，也可以联合使用[8]。

2.1 物理修复技术

物理修复技术是借助工程措施消除底泥中污染物的修复方法，主要包括以掩蔽为主的原位修复法和以疏浚为主的异位修复法[9]。

2.1.1 原位掩蔽

掩蔽是在污染底泥上放置覆盖物，使污染底泥与水体隔离，防止底泥污染物向水体迁移的物理修复方法。原位掩蔽对持久性有机污染物(POPs)污染底泥的修复效果较明显，成本较低，且能够较好地防止底泥中的有机物、氮磷营养盐及重金属污染物等进入水体，从而起到改善水质的作用[10]。

覆盖层是原位掩蔽技术的核心，所采用的掩蔽材料会直接影响修复的效果，如土壤、沙子、砂砾等都是天然掩蔽材料，这类材料本身并不具有降解作用，主要依靠物理化学反应和水力阻滞作用，减缓污染物的迁移和扩散，修复效率较低。随着研究的不断深入，改性黏土、土工材料、钙质膨润土、方解石与磷灰石等活性掩蔽材料的应用也逐渐增加，显著提高了原位掩蔽技术的修复效果[11]。但是，掩蔽会增加底泥的体量、改变河底坡度、减小水体容量，还有可能导致河流改道，不适合在水动力较强或水流速度较快的区域，只适用于深海底泥修复。

2.1.2 底泥疏浚

底泥疏浚因能将污染底泥永久性去除，而被广泛应用于国内外河道底泥的处理处置。底泥疏浚是通过挖除表层一定厚度的污染底泥，起到增加水体容积、维持航道深度的作用，从而为水体水质的好转和稳定创造条件。然而，对挖出的大量河道底泥如何进行妥善处理，是后续工作中急需重视的问题[12]。目前，对疏浚底泥的处理处置方法主要为填埋与焚烧。

填埋主要是利用自然界的代谢功能，并结合完善的环保措施和工程手段，通过少则几年多则几十年的厌氧分解过程，使底泥逐步达到稳定无害的处置效果，其优点是投资少、容量大[13]。但是填埋既占用土地，又浪费资源，且填埋不当还会对地下水和土壤造成二次污染。焚烧适用于含有较多矿物质或持久性有机物的底泥，已广泛被土地资源紧张的大中城市所采用。在焚烧过程中，所有的病原微生物均被杀灭，有毒有害物质被氧化分解，除了汞等少数重金属通过挥发去除外，其他重金属均被固定在底泥中[14]，但投资大、能耗和后期维护费用高，且会产生二噁英等致癌、致畸物质，因而在发展中国家应用比较受限。

2.2 化学修复技术

化学修复是一个人工的化学修复过程，主要通过向水体中投加化学试剂，使化学修复剂与底泥中的污染物发生化学反应，从而降低污染物的毒性[15]。聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等通过絮凝沉淀作用将污染物稳定在底泥中，对于磷的控制效果较好[16]。Murphy等[17]的研究认为：将上述药剂投放到水体中，会形成一层新的活性层沉积在污染物质表面，这些化学物质很容易与沉积物中释放出的磷形成沉淀，从而抑制磷向水体中扩散。有研究证实，将硝酸钙投入到底泥中，能够有效氧化底泥中的有机污染物，还可以有效消除底泥的黑臭现象[18]。化学处理技术成本相对较低，操作简单，但用量需谨慎，过量易造成鱼虾类死亡，破坏水体生态系统。因此，一般不建议采用。

2.3 生物修复技术

原位生物修复技术是指在对水体底泥自然环境基本不做干扰的情况下，加入能够降解污染物的微生物，也可以采用栽种水生植物的方式来促进污染物降解。与传统底泥处理处置方法不同，原位生物修复技术主要利用微生物、水生植物等的生命代谢活动，吸收水体及底泥中的N、P及有机物，并通过改善水体理化环境促进有益微生物大量繁殖，加速底泥污染物的分解和释放，从而实现对水体中污染物的降解、吸附、转移等。

2.3.1 植物修复技术

通过栽种去污能力强的沉水植物、浮水植物、挺水植物，其发达的根系既可以降解水体中的富营养物质，也可以为微生物提供生长繁殖的场所，有利于形成水生植物及微生物互利共生的微环境，加速水体及底泥中的污染负荷转移。

张蕾等[19]研究了黑麦草对河道疏浚底泥的修复情况。试验发现，种植黑麦草后的底泥中，重金属的存在形态和晶格结构发生了变化，且根部积累了大量重金属，表明黑麦草对重金属有较强的富集能力；黑麦草对底泥中有机污染物的降解率达到72.6%，矿物油由原来的4.86%降为1.56%，且大部分有机物被炭化为CO2和H2O，其中部分难降解的大分子有机污染物也被植物降解为小分子、易吸收的形态，种植黑麦草后底泥的多酚氧化酶和脲酶活性均得到提高，证明黑麦草是修复重金属—有机物复合污染的良好植株。

2.3.2 微生物修复技术

微生物是水体和底泥污染物去除的主要力量。技术筛选针对污染物的强势微生物，在生物酶及微量元素的刺激下，强势菌群可在较差的水环境中迅速增殖，并利用水体及底泥中的有机污染物等作为自身生长繁殖的营养物质，从而净化污水、分解淤泥、消除恶臭。

有研究学者通过使用土著微生物培养液与底泥生物氧化复合剂对受污染底泥进行处理发现，其修复效果较好，底泥中的有机碳含量显著降低，而且底泥对上覆水体的净化能力也得到极大提高。由此可见，土著微生物的激活，有助于提高原位生物处理技术的修复效果[20]。

3 植物—微生物联合修复技术

植物—微生物联合修复技术是一种具有广阔发展前景的原位修复技术，植物的根系能够为微生物提供良好的生长环境，而微生物对污染物的强化降解给植物创造了更优化的生长空间。因此，由植物与微生物组成的生态系统，能够对难降解污染物进行有效去除和降解。该技术有利于增加生物多样性，同时也可以阻止底泥反向污染水体，是一种新型底泥修复技术，能有效降低悬浮物浓度，提高水体透明度及溶解氧，从而恢复水体自净能力。

4 结 论

随着底泥修复技术的不断改进，各种原位修复技术开始应用于受污染底泥的处理。物理修复虽可在短时间内去除污染物，但由于投资高、工程量大，难以广泛应用；化学修复效果显著，但易对环境造成二次污染；生物修复技术难以应对复杂的底泥污染；而植物—微生物联合修复技术成本低、实用性强、适用范围广，是一条符合环境资源化、可持续发展道路的优良途径，应用前景广阔。