曹麗亞

（上海亞新建設(shè)工程有限公司，上海 200436）

水是萬物之源，作為人類生存、國(guó)家發(fā)展的重要資源，水體生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定對(duì)于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展起著重要作用。其具有調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物物種多樣性、維持環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等生態(tài)和經(jīng)濟(jì)功能[1]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)資源的開發(fā)利用逐漸加強(qiáng)，不可避免地對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，水質(zhì)惡化是當(dāng)今面臨的生態(tài)環(huán)境問題之一[2]。底泥作為水體生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，與水質(zhì)密切相關(guān)[3]。

1 河道底泥重金屬污染現(xiàn)狀

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，河道污染問題日益突出。底泥是河流、湖泊等水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是環(huán)境污染物的聚集場(chǎng)所。重金屬與有機(jī)物不同，其無法通過微生物降解，進(jìn)入水環(huán)境的重金屬主要通過吸附、離子交換、沉淀等作用遷移至河床表層底泥中，使底泥沉積物中的重金屬含量遠(yuǎn)高于水相，有研究表明進(jìn)入河流的污染物中只有1%以下的污染物能溶于水中，99%以上的污染物會(huì)沉積在河流沉積物中[4]。外界環(huán)境一旦發(fā)生變化，沉積于底泥中的重金屬很可能被再次釋放，造成二次污染，惡化水質(zhì)，毒害水生生物，并可能通過食物鏈直接或間接影響人類和動(dòng)物的健康[5-6]。

國(guó)內(nèi)大多數(shù)河流、湖泊已經(jīng)遭受不同程度的重金屬污染，表1為國(guó)內(nèi)主要河道、湖泊底泥重金屬的污染狀況。由表可知，河道底泥重金屬污染較普遍，特別是重金屬Cd，太湖、黃河和蘇州河底泥中Cd的平均含量分別超過當(dāng)?shù)乇尘爸档?.67、10.1和42.3倍，因此河道底泥重金屬污染的修復(fù)工作具有重要意義。

表1 國(guó)內(nèi)主要水系底泥重金屬的污染狀況Table 1 Pollution status of heavy metals in sediment of main water systems in China

2 河道底泥重金屬污染的原位修復(fù)技術(shù)研究

2.1 河道底泥重金屬污染的修復(fù)技術(shù)

目前底泥的重金屬污染修復(fù)技術(shù)按處理位置的不同主要分異位修復(fù)和原位修復(fù)。疏浚法是指將重金屬污染底泥從水底挖走，轉(zhuǎn)移至陸地，再對(duì)底泥進(jìn)行處理的技術(shù)，該技術(shù)是目前使用最為廣泛的異位修復(fù)技術(shù)，能夠快速并且較大程度地消減底泥對(duì)上覆水體的二次污染危害，有效改善水質(zhì)，增加河道水體容積。我國(guó)太湖、天津海河和蘇州河等地都進(jìn)行過不同程度的疏浚工程[15-16]。疏浚后的底泥再根據(jù)污染程度不同進(jìn)行物理、化學(xué)和生物修復(fù)處理。劉漢橋等研究發(fā)現(xiàn)，用20%的垃圾焚燒飛灰替代10%的水泥配置的固化劑可有效固定疏浚底泥中的重金屬，其重金屬浸出濃度均遠(yuǎn)低于毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)值[17]。

但是大量工程表明異位修復(fù)技術(shù)不僅會(huì)占用其他土地資源而且疏浚工程對(duì)原有水生態(tài)系統(tǒng)影響較大，不能滿足經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的需求。因此，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注并研究原位處理技術(shù)，原位修復(fù)技術(shù)對(duì)原有生態(tài)環(huán)境影響相對(duì)較小，大大減小工程量。

2.2 河道底泥重金屬污染的原位修復(fù)技術(shù)

原位修復(fù)技術(shù)按修復(fù)機(jī)理不同可分為物理、化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)。

物理方法以底泥覆蓋技術(shù)為主，該技術(shù)是將一種或多種覆蓋材料按比例分層或混合摻雜在一起，并以一定厚度平鋪于污染底泥之上，使底泥中的重金屬與上覆水體隔離，從而減少底泥中重金屬的釋放的修復(fù)方式。目前使用較多的覆蓋材料有清潔沙子、底泥、水泥、鈣質(zhì)膨潤(rùn)土和沸石等，修復(fù)效果也因覆蓋材料的不同而有所差異[18-19]。原位覆蓋能有效防止底泥中重金屬進(jìn)入水體而造成二次污染，對(duì)水質(zhì)有明顯的改善作用，但工程量大，需要大量的清潔泥沙等。同時(shí)覆蓋還會(huì)增加底泥的量，使水體庫容變小，因而不適用于較淺的河流底泥的修復(fù)。

化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是利用一些化學(xué)試劑對(duì)底泥進(jìn)行處理，將底泥中的重金屬固定或轉(zhuǎn)化成無毒、低毒價(jià)態(tài)的修復(fù)方法。有研究指出鐵系物和鋁系物對(duì)污染底泥中重金屬具有較高的固定效率，能夠有效降低重金屬的浸出率[20-21]。該技術(shù)見效快，但是成本高，也可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，被穩(wěn)定的重金屬仍存在于底泥中，一旦外界環(huán)境發(fā)生變化，穩(wěn)定的重金屬也可能被再一次釋放出來。

底泥重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù)還可分為微生物修復(fù)和植物修復(fù)，微生物修復(fù)主要利用底泥環(huán)境中各類微生物的活動(dòng)與代謝過程改變底泥中重金屬的形態(tài)，進(jìn)而控制底泥重金屬污染的釋放[22]。Arwidsson等研究發(fā)現(xiàn)真菌分泌的有機(jī)酸可以與土壤中的銅形成配合物，從而降低銅的毒性[23]。采用微生物修復(fù)對(duì)環(huán)境刺激作用較小，但是它對(duì)修復(fù)條件很嚴(yán)苛，溫度、pH等條件的改變都可能影響到微生物的修復(fù)效果。

植物修復(fù)與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)修復(fù)相比，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、不易引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以減輕重金屬污染，還可以美化環(huán)境[24]。目前運(yùn)用水生植物原位治理修復(fù)重金屬污染底泥是一種較理想的方法，有望被廣泛推廣應(yīng)用。在污染底泥種植水生植物，植物生長(zhǎng)過程中可將重金屬離子吸收富集在體內(nèi)，其體內(nèi)的植物螯合素、有機(jī)酸和金屬硫蛋白等成分可以降低重金屬離子的毒性，通過絡(luò)合形成配位體，使重金屬離子在植物體內(nèi)存留并富集，從而降低底泥中重金屬對(duì)環(huán)境的危害[25]。植物根際還可以有效促進(jìn)底泥中微生物的活性，進(jìn)一步降低重金屬的毒性。表2為國(guó)內(nèi)外底泥重金屬污染的原位植物修復(fù)研究，由表可知部分水生植物對(duì)重金屬有較好的富集能力。

表2 國(guó)內(nèi)外底泥污染的原位植物修復(fù)研究Table 2 Phytoremediation in situ of sediment pollution at home and abroad

3 展望

河道底泥重金屬污染的原位修復(fù)技術(shù)成本較低、對(duì)環(huán)境影響小，且大多數(shù)污染地區(qū)人口眾多，土地資源有限，這就更加凸顯了原位修復(fù)的優(yōu)勢(shì)所在。目前，關(guān)于河道底泥重金屬污染的原位修復(fù)技術(shù)研究較多，有很多也都已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，并取得了較好的修復(fù)效果。但仍有一些方面需要進(jìn)一步探究，具體有以下幾點(diǎn)：

（1）修復(fù)方式的選擇

河道底泥與其他土壤不同，其含水率較大，且與水體關(guān)系密切，因此修復(fù)方式的選擇至關(guān)重要。對(duì)于較嚴(yán)重的底泥重金屬污染可以采用化學(xué)技術(shù)、物理技術(shù)或兩者相結(jié)合的原位修復(fù)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)快速治理的目的，但是原位覆蓋技術(shù)不適用于較淺的河流底泥的修復(fù)。對(duì)于污染程度較輕、短期內(nèi)不會(huì)造成危害的重金屬污染底泥則可以選擇植物原位修復(fù)技術(shù)，用于修復(fù)河流底泥重金屬污染的植物，首先需要很強(qiáng)的重金屬耐性，雖然現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多重金屬超富集植物，但很多植物生長(zhǎng)環(huán)境比較獨(dú)特，不一定能在河道底泥上正常生長(zhǎng)。因此，對(duì)于培育耐性強(qiáng)、適應(yīng)水生環(huán)境的植物將是今后河流底泥重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)的一個(gè)研究方向。

（2）實(shí)際工程應(yīng)用

任何一項(xiàng)治理技術(shù)的研究，最終的目的都是為了能夠運(yùn)用到實(shí)際工程中。目前，對(duì)于重金屬污染底泥的修復(fù)技術(shù)研究已經(jīng)很成熟，很多也都成功運(yùn)用到實(shí)際工程中，但是實(shí)驗(yàn)研究跟實(shí)際環(huán)境畢竟有差異，故從研究階段到實(shí)際應(yīng)用階段我們還需要做很多優(yōu)化調(diào)試。

（3）后期監(jiān)測(cè)

每一項(xiàng)原位修復(fù)工程完成后都應(yīng)該繼續(xù)監(jiān)測(cè)河道底泥及水體的污染情況，觀察是否會(huì)造成其他環(huán)境危害，也對(duì)原位修復(fù)技術(shù)的適用性做一定的考察。