河道底泥的环境研究简介

王雪莲 张晓文

摘 要：笔者首先介绍了河道底泥的污染成因以及治理的必要性。后重点介绍了国内外对河道底泥的研究现状，特别是黄河流域以及长江流域的底泥情况。并结合国外的河道底泥研究进行了介绍。有助于提高我们对河道底泥水污染的认识，找到解决河道底泥污染的方法。为流域内水环境综合整治提供污染源的基础数据，为科学制定流域水体达标方案提供数据支撑，对可能发生的污染进行提前预测和防范，对未来环保治理具有重要的知道意义。文章最后介绍了河道底泥比较通用的处理方法，为底泥的资源化无害利用提供了有益的借鉴。

关键词：底泥；环境保护；预测；污染物

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0005-02

1 概述

河流是地球表面淡水资源循环的重要路径，对地球物质以及能量的传输送起着极其作用。伴随着人口增加以及环境污染的加剧，河流中含沙量逐渐增多，与此同时，大量的污染物也进入到河流中，河水中污染物会沉积到底泥中。泥沙对河流水环境的质量会产生正反两方面的影响：一方面泥沙是面源污染物進入水体的主要携带者；另一方面在含沙高的水体中，大部分污染物被底泥和悬浮物所吸附，有利于改善水体质量。但是，当河道底泥在外部条件改变时，其吸附的污染物会被重新释放再次进入到水体环境，造成河流水体的二次污染。

重金属污染物环境中普遍存在的污染物，具有难降解以及可累积性等特点。其中：铅、镉、汞是重要的环境内分泌干扰物；砷是目前环境中最普遍的致癌物之一。重金属污染物通过降水径流、工业废水以及生活污水的排放等途径进入到水体。由于底泥具有比表面大以及活性官能团多等特点。因此，底泥成为重金属污染物的重要载体。在特定的条件下，底泥吸附的重金属污染物会被再次释放，从而造成水体环境的二次污染。而且底泥中的重金属可通过各种渠道对水体中的动植物以及微生物产生毒性作用，并通过生物富集、食物链放大等作用最终影响人类健康。因此，河道底泥是水体中金属的重要来源之一，而我国部分地区（如华东、华南等地河流）的底泥重金属污染情况更是不容乐观。因此，对河流底泥中的重金属污染情况进行监测和评价具有重要意义。

为了贯彻落实国家生态环境部“水十条”等有关要求，全面掌握我国重点流域水环境质量与污染特征，彻底摸清境内各类污染源的数量、类型以及空间分布、排放去向等情况，核定入河的主要污染物负荷量分配数据，为流域内水环境综合整治提供污染源的基础数据，为科学制定流域水体达标方案提供数据支撑。

2 国内研究进展

目前，河流依旧是泥沙从陆地输送至海洋的主要通道。然而，由于客观条件所限人类出现在历史舞台之前的污染物排放情况我们对此并不太清楚，据专家估算可以认为占目前沉积物总量的30%-50%左右。中国境内的河流由于受到人类活动及其沉积物影响较大，流量在过去5000年里发生了较大变化。因此，为了研究人类活动对河流和流域的长期影响，中国的主要河流将提供很好的素材。因为对黄河和长江这两条大河三角洲的演变过程以及沉积过程，我们有连续的历史记录详细的记录。

长江三角洲和黄河三角洲在海岸环境、三角洲叶发育格局、水沙流量、沉积物厚度等方面存在着较大差异。长江三角洲具有水量大、水位变化大的特点。黄河三角洲则具有泥沙浓度高、输沙量大等特点。

根据近5000年囤积三角洲沉积物的泥沙量测算：黄河1000年前的排沙量为1亿吨/年，为目前水平的10%。在大约1100年前，由于人类在黄土高原上的活动，1100年前黄河三门峡站的泥沙负荷估算值为3.7亿吨/年，约为目前平均水平的20%。而根据我们最新的研究：长江2000年以前的含沙量约为2亿吨/年。

黄河流域约占全球各水系泥沙负荷的5-7%。目前，我国有超过15%的人口被该流域直接供养着。因此，研究黄河流域的水文变化具有重要意义。自1954年开始采用M-K检验方法对黄河流域的15个监测站数据进行整理。结果表明：除上游个别区域排水量和含沙量有显著下降外。下游距离越大，其下降趋势越大，排水面积对下降速率有着重要影响。

珠江口流域是由华南地区流入南海的相关水系冲积而成。近年来，由于该地区经济的快速发展导致了污染物爆发式排放，累积的沉积物中污染物对周边地区造成严重的环境危害。对沉积物剖面的研究可以为重金属污染历史以及长期潜在的环境影响提供大量资料。在珠江口流域我们采集了30个岩心样品，对每个岩心的约25个亚样本进行了含水量、L.O.I、重金属和主要元素浓度等进行分析。分析结果表明：与历史背景值相比较，近30年来沉积物金属含量均有所增加，尤其铅的含量更为明显。珠江西部河口污染程度比较严重，由于污染物的输入主要支流和的不同沉积条件。沉积物中锌、铅的含量综合反映了地球化学背景以及人为影响的综合作用特征。同时，沉积物中铅的分布受大气输入的影响较大，应该与该地区的燃煤活动较多有关。

3 国外研究进展

近年来，业内专家对人类活动的水生沉积环境的底泥记录越来越感兴趣。目前，化学、生物和形态研究主要侧重于调查沉积物和水质，以提高对人为污染物清单的了解。

历史监测值能够衡量过去和现在环境法规的有效性。根据历史污染趋势，可以有效的预测沉积物污染未来发展进程。此外，研究结果也可以用做指导进一步限制或监测具有重大排放风险的已核算区域的必要性。

在具有历史监测价值的水生系统中，主要有以下三个主要沉积区：

（1）河流环境：包括河流内的水下未扰动沉积物和古代陆地沉积物档案，如洪泛区平原和湿地滩涂；（2）海洋环境：暴扣湖泊、海岸和河流入海口等档案；（3）湖泊环境：包括自然和人工湖泊及其洪泛区的沉积物档案。

大多数调查都是在选定的聚集区进行的，涉及到各种输入源以及在预见期内诱发的不同污染物种的影响。关于自然背景值以及持续性污染物的沉积物积累，这些研究主要用于反映整个水生环境在时间以及空间维度中的历史污染负荷，并允许识别主要污染途径。

河流系统中与沉积物结合的污染物主要来自点源或扩散源。在这几项研究中，需要对下游污染物扩散速率进行预测以及对地球化学和地貌进行长期监测。

除了河流滞水区内细颗粒沉积物的水下积累和沉积之外，在洪水或暴雨期间，颗粒污染物大概率会沉积在邻近的陆地区域内。有学者将洪泛平原、河道和小概率在河流上修建的水坝水库定义为河流环境中重金属、污染物和养分沉积和存贮的最重要的汇集区。

河流洪泛区因洪水或暴雨悬浮沉积物的沉积而上升。与此同时，颗粒相关污染物与悬浮沉积物共同沉积，并在冲积环境下存储多达数百年。因此，它们被认为河流系统中重要的沉积学档案，用于记录沉积过程以及评估人为污染物。

3.1 环境污染物的输入源

环境污染物的输入源可分为两大类。第一类是指特定目的生产的化合物，例如杀虫剂以及工业化学品等污染物。第二类物质是指作为其他生产过程中的副产品、燃烧残留物或人类活动无意间形成的污染物。

一般来讲，人为污染物通常是从点源或扩散源扩散排放的。对于污染物而言，比较典型的扩散污染途径是土壤侵蚀和沉积物迁移、大气迁移以及沉积物中污染物的迁移过程。除了关于附近输入源的信息之外，关于化学成分或同位素比率等一些普通的信息可以用于输入源识别。

确定污染源以及运输途径是降低环境污染程度的重要步驟。由于污染物浓度的变化不确定性位于生产区内外的运输通道周围，因此必须指定相应的水生系统。

沉积物档案中的沉积物污染物和浓度剖面可作为污染物的来源以及传输路径指标。Worren等人详细研究了沉积的淡水环境中农药的生物、化学和/或物理过程。

合适沉积物污染物的光谱和一般排放曲线由不同输入源排入河流和沿海地区的污染物的光谱将由代谢物补充。因此，对污染物的调查必须考虑其原始化合物形态以及其后续衍生物。生活以及工业废水处理厂的外流包括许多输入来源产生的各种化合物。

“污染混合物”的出现有时会阻碍原始化学成分或单一化学产品的重建。此外，工业制剂通常还包括活性物质和副产物的混合物。因此，这些成分对沉积物显示出迥异的亲和力以及不同的降解率。

3.2 总体排放趋势

人类活动产生的污染物历史记录已经在淡水流域的众多沉积物核心中得到了深入研究。但是在某些情况下，19世纪和20世纪初工业化导致的沉积物污染增加。特别是重金属、多环芳烃和营养物等天然成分组，以及不断增长的异源物组都表明：从背景的水平值来看，其排放量还是处于增加态势。从20世纪60年代开始，业内相关研究人员对环境的认识和敏感性正在不断的提高。

此外，我们应该区分“传统”和“现代”人为污染物，特别是对有机氯化合物以及农药群体而言。“传统”人为污染物包括农药、多氯联苯、氯苯以及多环芳烃或重金属等化合物。其中许多化合物已经被逐步淘汰或者被限制使用。自1979以来，特别是自1990年代末以来欧美禁用的多氯联苯和滴滴涕。对于大多数这些“传统”的人为污染物，它们的生态毒理学潜力是显而易见的，被许多实验室和现场研究得到证实。

4 改善措施

4.1 控制外界污染物

外源污染物的大量输入是造成河流底泥污染的最重要原因，要从根本上解决污染问题我们首先就要断掉污染源。

实现流域内工业废水的达标排放，生活污水集中处理。从根本上切断外部的输入源。

为河道建设污染缓冲带。缓冲带是指河道本体与陆地的交接区域，在缓冲区域内种植植被阻挡污染物进入河流，作为最后的屏障使易溶解的和颗粒状的营养物生物群落被消耗或转化。

4.2 植被修复

在不破坏土壤结构前提下，利用自然生长或经过遗传培育筛选的植物对土壤中的污染物进行固定、转移、富集和根滤作用，使土壤中的污染物得以消除，或将土壤中的污染物浓度降到可接受程度。针对我国华南河流域河道现状，建议采用植物提取的方式将底泥中的重金属污染物转移、贮存到植物茎、叶等地上部位。通过收割地上部分并后进行集中处理，从而达到去除或降低土壤中重金属污染物的目的。自然界中可以净化环境的植物有90多种，比较常见的植物有水葫芦、芦苇、浮萍、灯芯草和凤眼莲等。在选择用于水体净化环境的植物时，应当提前进行生物多样性分析。此外，由于某些水生植物繁殖速度过快，易使大面积污染水面，降低水体环境的自净能力，会对水体形成二次污染。因此，需要仔细考虑。

4.3 对底泥进行资源化利用

对于河道底泥，我们可以利用底泥制砖、水泥等建材。是一种比较常见变废为宝的处理方法，不但可以减少占地，同时可以减轻砖厂、水泥厂和对农田的破坏，社会效益显著。

由于建材行业利用对底泥的预处理要求较高，必须对底泥进行的除臭除毒处理。将底泥中腐败的有机物腐殖质进行无害无味分解，然后用理化方法把底泥中的重金属转化为水不溶物质实现稳定化处理，并通过脱水处理降低底泥的含水率，最后经过处理的底泥才可以用来制造建材。