Sed CaN等底泥修复技术在北海仔河流域综合整治项目中的应用

卢敬斌

（广州资源环保科技股份有限公司，广东 广州528300）

1 工程概况

东莞北海仔河流域综合整治项目共涉及北海仔河及13条支流，河长61.13km，流域面积约25.5km2。根据《东莞市河涌水环境综合治理攻坚战三年行动计划（2019-2021）》《中堂镇全面加强水污染防治工作的实施方案》要求，结合流域内已建、在建和拟建河涌治理工程情况，项目的水质目标为北海仔河干流2019年年底前消除黑臭、2020年年底前达到地表水V类；北海仔河13条支流，2020年年底前消除黑臭、2021年全部消除劣V类，流域水环境得到彻底改善。

该项目内容包括：控源截污工程、生态护岸工程、生态修复工程、内源治理工程、水系连通工程、活水补水工程、景观提升工程、在线监测工程及其他配套工程。围绕项目的内源治理工程，针对北海仔河流域底泥污染现状，从项目的待治理河涌中筛选确定东泊涌、大窝洲涌和上氹北涌3处典型河涌断面，采用专项的底泥修复技术开展应用示范，确定适用于项目的产品用量，支撑项目后续施工。

2 底泥修复在黑臭河涌治理工程中的重要性

城镇生活和生产活动产生的污染物不断进入到河涌，并在底泥与上覆水中不断积累，最终超过了河涌的自净能力，导致了黑臭河涌的产生。虽然通过雨污分流或沿岸截污改造等手段，可以削减部分外源污染物进入河涌，但河涌底泥的污染物成分复杂，主要有重金属、POPs（持续性有机污染物）、营养盐等[1]，重金属污染物容易扩散并影响到上覆水的水质，如铁锰污染在缺氧的水体中被还原成二价铁和二价锰，在与硫元素结合成黑色颗粒[2]，导致水体发黑；有机污染物在厌氧条件中降解，同样会释放出臭味物质；营养盐直接造成水体富营养化，引起严重的水华、浮萍泛滥、水葫芦爆发等次生灾害，加速了河涌黑臭的形成。由此可见，对黑臭河涌进行底泥修复，对消除河涌的黑臭是非常重要的。

3 常用的底泥修复工程方案

对于黑臭河涌的底泥修复工程方案，可以分为异位修复和原位修复两大类。

3.1 异位修复

异位修复指的是通过工程手段，对黑臭河涌进行清淤疏浚，清淤疏浚工程方案包括干挖清淤、水力冲挖清淤和清淤船清淤等方式。底泥清掏上岸后需要进行固化填埋或物理、化学、生物等后续处理处置。清淤疏浚对于黑臭河涌，尤其是重度黑臭河涌，能够快速降低黑臭水体的内源污染负荷，避免底泥污染物向水体释放。但需合理控制疏浚深度，过深容易破坏河底水生生态，过浅不能彻底清除底泥污染物；高温季节疏浚后容易导致形成黑色块状漂泥；底泥运输和处理处置难度较大，存在二次污染风险，需要按规定安全处理处置。因此，虽然异位修复技术在黑臭河涌底泥修复工程中有见效较快的优点，但缺点也比较明显，主要是工程量较大，投资成本较高，且清淤疏浚处理效果难以达到预期目标。

3.2 原位修复

原位修复则主要指不采用清淤疏浚的工程手段，就地进行底泥污染物治理的技术。原位修复主要分为原位化学处理技术、原位生物修复技术、原位物理覆盖技术等。

3.2.1 原位化学处理技术

原位化学处理技术是指通过向河涌底泥投加化学药剂的方式，进行原位治理底泥污染。其中包括原位化学氧化技术、原位化学钝化技术等。原位化学氧化技术主要是指投加氧化剂，如硝酸钙。硝酸钙与河涌底泥接触之后，一方面在厌氧条件下，反硝化微生物利用硝酸钙作为氧化剂，对有机物产生氧化反应并完成有机污染物的降解；另一方面是硝酸钙能够抑制厌氧硫还原微生物从而避免臭味的产生。而原位化学钝化技术则是向河涌底泥投加铝盐、铁盐等混凝沉淀药剂，既能控制河涌上覆水中的磷污染，同时能提高水体的透明度，钝化底泥，并在底泥表面形成隔离层，有效阻止底泥污染物的释放。

3.2.2 原位生物修复技术

原位生物修复技术主要分为沉水植物修复法和微生物修复法。沉水植物修复法是指在河涌的底泥上种植沉水植物，植物的生长可以吸收底泥中的污染物质，抑制营养物质向上覆水释放[3]。虽然沉水植物能够较好地消除底泥中的污染物，但是植物对污染物的吸收速度较慢，需要较长时间才能达到治理目标。微生物修复法主要是向底泥中投加土著微生物或者人工强化微生物，利用微生物的生长代谢作用，消耗降解底泥中的污染物质。但如果投加微生物未能在底泥找到附着点，容易被流动的河水带走从而影响了底泥污染物的降解效果。

3.2.3 原位物理覆盖技术

原位物理覆盖技术是指在底泥表面覆盖一层或者多层覆盖物，使得受到污染的底泥与上覆水隔离，防止污染物向上覆水扩散迁移的一种工艺技术。覆盖层可采用干净的底泥、砾石、河沙或不易降解的填料。覆盖层能够有效避免底泥再悬浮，隔开了底泥与上覆水的接触，控制了污染物的释放。但正因为物理覆盖技术仅仅是对底泥中的污染物进行了封闭处理，并未真正实现污染物的降解消耗。

4 典型河涌示范断面的底泥修复方案

根据前期调研结果，确定在北海仔河流域开展的3处典型河涌示范断面分别位于东泊涌、大窝洲涌和上氹北涌，断面位置和示范规模见表1。

表1 典型河涌示范断面相关参数汇总表

由于该流域整治项目时间紧、任务重，而底泥修复技术各有优缺点，为了确保能够达到北海仔河流域整治的预期目标，决定采用原位化学氧化技术+原位物理覆盖技术作为本次示范断面底泥修复的组合工艺，并以SedCaN环保颗粒产品和Sedblock底泥污染阻断产品作为主要药剂进行投加。

4.1 SedCaN环保颗粒的性能特点

SedCaN环保颗粒是利用水体底泥本身作为修复剂辅料，改性富集大量黑臭消除功能微生物，配加微生物代谢营养，结合缓释工艺，形成高效、环保的水生态修复产品。SedCaN基于原位微生物生态调控原理，激发修复对象原生微生物的功能活性达到全方位自组织消除污染的效果，对比市场上常用的外加人工菌剂，本产品有更强的适应性和稳定性，符合黑臭水体修复市场需求。产品采用底泥作为天然的粘土，配合传统的粘合剂聚乙烯醇和海藻酸钠进一步提升对硝酸钙的缓释效果；同时经反硝化驯化的底泥富集了大量反硝化细菌（经风干转化为休眠体），为SedCaN在投入底泥后快速发挥氧化底泥硫化物提供菌种资源。产品优势在于：

（1）采用底泥为天然粘土，具有较强的粘合能力，是良好的造粒剂，其使用方式是物归原处，避免了以往用异质材料如水泥等带来的二次污染。

（2）经反硝化驯化的底泥富集了大量反硝化细菌，为SedCaN在投入底泥后快速发挥氧化底泥硫化物作用提供菌种资源。

（3）海藻酸钠为天然产物，能显著提升颗粒的物理特性；聚乙烯醇属于可降解材料，其形成致密的分子网格能显著提升缓释效果，且不为原位修复现场带来二次污染。

（4）活性炭是天然的底质改良剂，被广泛用于环境修复。

（5）SedCaN投入到水体中能快速下沉并接触底泥，避免硝酸钙在上层水相中的无效释放，既避免其污染水体，也降低了硝酸盐的使用量，克服了以往以液态形式投放的弊端。

（6）缓慢释放的硝酸盐不仅能刺激底泥中的异养反硝化菌降解底泥中的有机物，同时也刺激自养反硝化菌氧化底泥中的硫化物，从而缓解黑臭污染。

4.2 Sedblock底泥污染阻断产品的性能特点

Sedblock内源阻断颗粒是利用粘土矿物的低渗透特性，特别是用于自然水体的底泥内源污染控制的专用粘土聚合物复合产品，旨在水合并在受污染的沉积物上形成连续且高度不可渗透的隔离层，阻断和控制底泥（内源）污染物。颗粒通常是包括粘土矿物、聚合剂和致密骨料的组合，每个颗粒都包括：（1）基于粘土的密封剂层形成外壳；（2）与聚合剂固定的由砂石或其他矿粒组成的致密核心。

Sedblock有助于有效输送反应性粘土组分（如膨润土）到污染底泥层，反应性组分在1天时间内水合并膨胀，最终颗粒在污染底泥与上覆水之间聚结成均匀而黏着的粘性屏障，从而有效阻止污染底泥向上覆水释放氨氮、总磷等污染物质，推动水体水质良性改善。

4.3 药剂投加量及实施方法

根据相近污染程度的佛山市和东莞市多条河涌底泥治理的应用案例，确定SedCaN产品的投加量为10kg/m2，确定Sedblock产品（堆积密度=1.78g/cm3）的覆盖厚度为3cm。本次示范断面的药剂投加量汇总见表2。

表2 典型河涌示范断面药剂投加量汇总表

药剂投加的实施方法为自下而上分层铺设，首先最下层为人工摊铺含有SedCaN的化学氧化药剂修复层，该层主要作用是对底泥环境中的有机物、磷和硫化物均有降解或抑制作用，并且不容易影响水体生物；然后在化学氧化药剂修复层的上方铺设承载层，承载层选用无纺土工布纵向平铺，土工布规格为200g/m2，10m×5m，搭接时，上游土工布压在下游土工布上，搭接宽度＞30cm；最后铺设含有Sedblock的物理覆盖层，物理覆盖层采用机械摊铺和人工摊铺相结合的形式进行，摊铺完后，适当撒5-10mm的河沙作为防护层，让河沙由水流推力作用下铺平施工造成的瑕疵，同时又可以作为保护层。

4.4 典型河涌示范断面的底泥修复成果

示范断面的底泥修复工程完成30天后，再次检测河涌的部分指标：COD从78mg/L下降到45mg/L，氨氮从18mg/L下降到6mg/L，基本消除了河涌黑臭，而且整个底泥修复工程的摊铺厚度控制在3-5cm，整体成本控制在30元/m2以内，并无二次污染风险。

5 结束语

该项目的示范断面的底泥修复工程采用原位化学氧化技术+原位物理覆盖技术组合工艺，能够在较短的时间内，消除河涌的黑臭，并且对河床标高影响较少，费用投资也较合理，并无二次污染的风险。但在工程实施后发现，在下雨天排水水流量过大（流速＞1.2m/s）时，摊铺在排口处的覆盖颗粒容易被冲走，另外在底泥中污染物发生氧化反应后，会产生氮气等气体上升到水面，容易局部破坏摊铺层。针对以上问题需要对工艺进一步改良。