河流底泥污染控制与修复

范洪凯，张晓蕊，董 姣，周国锋，胡 喆

（1.山东省环科院环境工程有限公司，山东 济南 250000；2.中国环境科学研究院，北京 100012）

1 河流底泥污染概述

1.1 河流底泥污染现状

近年来，我国部分地区陆续出现了大规模的河流底泥污染问题，由此引发了水质恶化、水面覆盖繁茂藻类植物、水生动物缺氧死亡等一系列问题，这对当地的生态环境造成了严重破坏。因此，我国提高了对河流底泥污染治理工作的重视程度。例如，在全国水资源综合规划专项项目中，对全国水系范围内的906个监测断面进行了调查，其中，重点监测评价了底泥污染问题，其调查范围涵盖了国内超过85%的大型集中式水源地，并根据调查结果编制了《全国河流湖泊水库底泥污染状况调查评价报告》，共计发现732个监测断面存在底泥重金属超标的问题，已临近或超过当地生态风险阈值。而在906个监测断面中，镉、砷、汞、锌、铜的污染超标率分别为27%、5.8%、10.5%、6.7%和7.2%。由以上数据可以看出，全国多数地区都面临着严峻的底泥污染情况[1]。

1.2 河流底泥污染物的种类

根据相关调查结果显示，河流底泥的主要污染物种类包括重金属、难降解有机物、营养物质和持久性污染物共四种。

（1）重金属污染物，主要是由相对密度超过4.0或5.0的金属元素组成，如汞、铜、镉等金属，在河流水体中普遍以金属残片、碳酸盐结合态等形态存在，是经过吸附、沉淀而沉积到河流底泥中，而且，在环境条件改变时容易进入上覆水体，又由于水体具有流动性，从而会造成污染范围扩大的后果。

（2）难降解有机物，主要包括油脂、多氯联苯等。这些有机物有着疏水性强、持续性好的特性，且在微生物的作用下也不易被降解，会大量沉积到河流底泥中，并在生物富集作用下对生物体造成毒害[2]。

（3）营养物质，主要包括氮、磷、氮磷化合物等。虽然水生植物可以吸收一定的营养物质，但在营养物质浓度过高时，还可能会引发水体富营养化、加剧藻类繁殖等问题。

（4）持久性污染物。这类污染物简称为PTS，具备在多介质环境中迁移转化的特性，且会对生物体造成毒害，并通过生物体向外传播扩散。

1.3 河流底泥污染的危害

（1）在养殖鱼类等水生生物时，如果河流底部淤积污染底泥，就会对水生生物的生长情况造成明显影响，容易出现延缓水生生物生长速度的问题，并由此引发各类疾病出现，严重时会造成水生生物的大规模中毒死亡，同时，还会伴随着水体富营养化现象的出现。例如，在养殖虾类时，若存在投喂量不足，虾类会习惯性地啃食底部泥皮，而底泥中的有毒污染物会随之进入虾类体内，造成毒害。

（2）对于上覆盖水质，如果有底泥污染现象形成，其中的重金属离子等有毒污染物会在底泥、上覆水间进行交换，由此会改变上覆水的物理化学性质，进而引发细菌滋生、破坏水体、水体富营养化、水质恶化等一系列问题出现。此外，由于河流底泥与上覆水存在着明显的浓度差，且在浓度差的作用下，底泥中沉积、粘附的污染物会持续向上释放，而当污染物溶于水中时，就会造成上覆水体中污染物的浓度有所提升。

2 河流底泥污染的控制方法

2.1 外源污染物控制

通常情况下，外源污染物是河流底泥污染的主要来源，是指各种类污染物在河道、陆地的交界处会持续排入河流水域当中，或是直接向河流水域中排放超标污染物、未经处理的生活污水与工业废水，而且，排放的污染物数量会远超过河流水环境的自我净化能力极限，从而导致部分污染物沉淀、吸附至河底污泥中。对此，为了杜绝河流底泥污染问题的反复出现，以及把河流底泥的污染程度控制在可接受的范围内，必须要采取控制外源污染物的方法，主要包括建设污染缓冲带、污废水排放控制两项措施。其中，建设污染缓冲带是在河流、陆地交界面修建混凝土挡墙，以阻隔垃圾杂物、受污土壤流入河流，或是在河道沿线种植绿化植物，凭借植物根系、叶片来阻挡污染物，同时，植物在生长期间还会从污染物中汲取自身所需的营养物质。而污废水排放控制是指在排水口安装自动检测设备，持续检测排放水体的水质组分，且在水质不达标时会发送预警信号，并控制阀件、闸门来关闭排水口，待问题得到解决、水质达标后，再开放排水口[3]。

2.2 环保疏浚

（1）环保疏浚是一项成熟的河流底泥污染控制技术，如图1所示。具体的工程流程是，工作人员在现场安装疏挖设备与布置管路，操纵绞吸式挖泥船来挖掘河流底部污泥，在离心式吸泥泵作用下，把河底污泥经由输泥管持续排到河道旁规划的堆场，再把所挖掘污泥运输至特定场地进行处理，如卫生填埋处理、建材利用、底泥堆肥或是底泥低温热解处理，从而实现控制河流水体的污染程度、避免底泥污染情况持续加剧。

图1 河流底泥环保疏浚现场图

（2）在采取环保疏浚控制方法时，要重点关注管路检查、疏浚深度设定和底泥处置方法选用的问题。其中，对于管路检查问题，是指在底泥疏浚作业开展前，工作人员必须对管路结构质量进行详尽检查，要开展试抽水试验，以更换状态不佳、质量不达标的管路，避免因管路破裂而造成二次污染。而对于疏浚深度设定，要根据实际的底泥层厚度来设定深度值，且把河流底泥的挖掘深度误差控制在10 cm以内，避免因底泥欠挖而遗留污染物，或是因底泥超挖而影响到底栖生物。对于底泥处置方法选用的问题，是指要根据底泥的污染特性、组分进行选择，要最大程度提高底泥的剩余使用价值，如底泥中含有的大量有机物可进行堆肥处理[4]。

2.3 原位钝化

（1）该方法是采取阻止底泥污染物向上覆水体持续释放的方法来控制水质的恶化程度，以截断河流内源污染，属于化学控制方法的一种，控制原理如图2所示。在实际治理过程中，工作人员会向河流中投放铁盐、铝盐等作为钝化剂，用于捕捉水体中分布的颗粒物与各类污染物，并将这类物质吸附在河流底泥中形成钝化层。这样，钝化层会阻隔下部底泥中的污染物向上释放，所以，也可将形成的钝化层视为一种特殊的压实浮泥层。

图2 河流底泥磷钝化原理图

（2）需要注意的是，在采取原位钝化方法时，要重点关注钝化剂的选用、用量设定两项问题。其中，对于钝化剂选用的问题，可根据河流环境条件、水质组分与底泥组分进行选择，如水体pH值不小于6时，应选用铝盐作为钝化剂，这是因为铝盐在经过水解后会产生Al(OH)3絮凝体，可去除水体中的颗粒物并在底泥表面形成Al(OH)3絮状体毯子。通常，对于用量设定问题，要根据所选用的钝化剂品种而定，如在选用铝盐时要把投药量控制在20 mgAl/L左右，在选用铁盐时要把投药量控制在2.0～3.5 mgFe3+/L区间内，而在选用钙盐时要把投药量设定为10 mgCa/L。

3 河流底泥污染的常用修复技术

3.1 物理修复技术

常用的物理修复技术主要包括引水冲污、水力调度、上覆水充氧三项技术。

3.1.1 引水冲污技术

该技术是指在受底泥污染的河流水域中引入其他水系的水体，或是在沿线布置若干提升泵站，在压力的作用下将其他水系的洁净水体排入受污河流当中，通过稀释污水的方式改善水质、减轻河流底泥污染的程度。但这种方法却无法彻底根除河流底泥污染的问题，因此，可作为一项短期改善水质的方法，也可以与其他修复技术搭配使用。

3.1.2 水力调度技术

该技术是根据生态水力特性与现场环境情况，采取人工调节水流速、水系连通等措施，来为微生物营造适宜生长的水流环境，从而充分发挥出微生物的降解作用，并起到抑制藻类繁殖等额外作用。但这种方法的实际修复效果有限，所以，需要在调度期间重点关注防污染迁移、防沙等问题。

3.1.3 上覆水充氧法

该方法也被称为水体曝气技术，是工作人员持续向河流水体中充入氧气，以确保微生物在充足溶解氧的支持下，持续降解底泥中的易降解有机物，最终起到提高微生物活性、强化河流自净化能力的作用。但需要注意的是，应用该方法时要避免因溶解氧消耗完毕而出现释放恶臭气体、恶化水质的问题。在实际应用中，北京市清河、福州市白马支河等水系中都采取了此项技术。

3.2 化学修复法

在河流底泥污染治理项目中，常用的化学修复技术主要包括投加除藻剂、絮凝沉淀、稳定固化、化学淋洗四项方法。

3.2.1 投加除藻剂

该方法是将西玛三嗪或硫酸铜作为除藻剂，向河流中适量投放，然后在化学作用下杀灭水体中繁殖生长的藻类。因此，该方法适用于治理含磷量超标、藻类大量繁殖的河流，但需要严格控制除藻剂的投加量，避免过量投加，造成二次污染。

3.2.2 絮凝沉淀法

该方法是向河流中投放钙盐、铝盐、三氯化铁等药剂作为絮凝剂，且在药剂完全溶解于水后，促使水体和底泥中的分散颗粒与胶体形成絮状体，然后，再把水体中的絮状体捞出，以实现治理河流底泥污染的目的。同时，该方法还可以有效去除水体中的放射性物质与致病微生物。

3.2.3 稳定固化法

该方法主要是用于去除河流中的重金属离子，是向水体中投加钢渣、石灰等碱性物质来调节水体、底泥的pH值，且在碱性环境下促使重金属离子形成难溶性沉淀物，从而在河流底部形成稳定固化状态的污泥，然后，再将污泥挖出后进行卫生填埋或资源化利用。

3.2.4 化学淋洗法

该方法是固相分离技术中的一种，也是工作人员向河流水体中投加化学药剂，且在药剂的作用下促使底泥中的污染物迁移至水体当中，然后，再对河流水体进行淋洗处理，以去除水体中的污染物。

3.3 生物修复法

河流底泥污染常用的生物修复技术主要包括微生物修复、生物调控、人工湿地以及植物修复四项方法。

3.3.1 微生物修复法

在实际应用植物修复方法时，要提前对水质组分与河流底泥组分进行检测，然后根据污染物的种类及浓度，选择性的向河流水体中投放微生物，并为其营造适宜生长的水体环境。其中，自养类和异养类微生物在生长繁殖期间，会持续降解水体和底泥中分布的有机污染物等多种类污染物。例如，可通过投放硝化细菌来调节水体中的氮含量；可通过投放光合细菌来分解有机污染物与残留排泄物；还可以通过投放蛭弧菌来抑制有害细菌生长，以及提升水体的透明度。

3.3.2 生物调控法

该方法是指在人为干预下，来调节河流水域中的水生动物、水生植物和微生物的数量及密度，从而最大程度强化水环境的自净能力。该技术的原理是通过对水生植物密度进行调控，在去除水体中污染物的同时，又有效避免因水生植物无序繁殖而造成的生态灾难扩散至相邻水域。

3.3.3 人工湿地法

该方法是指在河流周边区域人为建造与沼泽地类似的地面，或是在条件允许的前提下选用天然湿地，以在人为干预的情况下控制河流水体、污泥沿特定方向在人工湿地区域内流动，同时，凭借土壤的物理作用、人工介质的化学作用和微生物的生物作用，持续去除水体、污泥中含有的各类污染物质，最后再把处理后的水体排入河流当中，以实现水体环境修复目的。该技术的实际原理是，由人工湿地下方的土壤来吸附、过滤重金属离子，然后再由微生物来降解有机污染物。

3.3.4 植物修复法

该方法是通过在河流水域中栽植水葫芦、灯芯草、凤眼莲等水生植物，并在植物生长期间充分发挥植物的提取、挥发、固化、根系过滤四重作用，从而持续去除水体中的污染物。在实际应用中，植物修复有着治理成本低廉、美化环境、长期修复水体环境的优点，但短期效果不明显，所以，比较适用于修复期限要求宽泛的河流底泥污染治理项目。其中，植物提取作用是指在植物生长期间把水体、底泥中的重金属离子提取到植物水上部分，再通过定期修剪水上植物实现去除重金属元素的目的。而植物挥发是通过植物把水体中的重金属元素等污染物转为可挥发态，从而在植物表面进行持续挥发、释放到大气环境当中。植物固化是通过栽种高耐性多年生常绿植物，然后由植物根部吸收、沉淀污染物，以暂时稳住污染物的毒性。根系过滤是指通过植物根系吸附水体中流动的污染物，以达到去除底泥中污染物的目的，如可通过栽植水葫芦来吸附底泥中的Cu、Se等污染物。

4 结语

综上所述，底泥作为河流水域生态体系的重要组成部分，如果底泥污染物浓度超标，将会造成水质恶化、水体二次污染、水资源短缺等一系列后果，会严重危及人们的用水安全与各行业领域生产活动的正常开展。因此，相关职能部门与工作人员必须提高对河流底泥污染问题的重视程度，且通过深入了解底泥污染物的种类、来源和造成的危害，并根据实际污染情况来选用合理地控制方法、环境修复技术，从而为有效控制与修复河流底泥污染提供有力保障。