王雪蓮 張曉文

摘 要：筆者首先介紹了河道底泥的污染成因以及治理的必要性。后重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)河道底泥的研究現(xiàn)狀，特別是黃河流域以及長(zhǎng)江流域的底泥情況。并結(jié)合國(guó)外的河道底泥研究進(jìn)行了介紹。有助于提高我們對(duì)河道底泥水污染的認(rèn)識(shí)，找到解決河道底泥污染的方法。為流域內(nèi)水環(huán)境綜合整治提供污染源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為科學(xué)制定流域水體達(dá)標(biāo)方案提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)可能發(fā)生的污染進(jìn)行提前預(yù)測(cè)和防范，對(duì)未來(lái)環(huán)保治理具有重要的知道意義。文章最后介紹了河道底泥比較通用的處理方法，為底泥的資源化無(wú)害利用提供了有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：底泥；環(huán)境保護(hù)；預(yù)測(cè)；污染物

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0005-02

1 概述

河流是地球表面淡水資源循環(huán)的重要路徑，對(duì)地球物質(zhì)以及能量的傳輸送起著極其作用。伴隨著人口增加以及環(huán)境污染的加劇，河流中含沙量逐漸增多，與此同時(shí)，大量的污染物也進(jìn)入到河流中，河水中污染物會(huì)沉積到底泥中。泥沙對(duì)河流水環(huán)境的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生正反兩方面的影響：一方面泥沙是面源污染物進(jìn)入水體的主要攜帶者；另一方面在含沙高的水體中，大部分污染物被底泥和懸浮物所吸附，有利于改善水體質(zhì)量。但是，當(dāng)河道底泥在外部條件改變時(shí)，其吸附的污染物會(huì)被重新釋放再次進(jìn)入到水體環(huán)境，造成河流水體的二次污染。

重金屬污染物環(huán)境中普遍存在的污染物，具有難降解以及可累積性等特點(diǎn)。其中：鉛、鎘、汞是重要的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物；砷是目前環(huán)境中最普遍的致癌物之一。重金屬污染物通過(guò)降水徑流、工業(yè)廢水以及生活污水的排放等途徑進(jìn)入到水體。由于底泥具有比表面大以及活性官能團(tuán)多等特點(diǎn)。因此，底泥成為重金屬污染物的重要載體。在特定的條件下，底泥吸附的重金屬污染物會(huì)被再次釋放，從而造成水體環(huán)境的二次污染。而且底泥中的重金屬可通過(guò)各種渠道對(duì)水體中的動(dòng)植物以及微生物產(chǎn)生毒性作用，并通過(guò)生物富集、食物鏈放大等作用最終影響人類(lèi)健康。因此，河道底泥是水體中金屬的重要來(lái)源之一，而我國(guó)部分地區(qū)（如華東、華南等地河流）的底泥重金屬污染情況更是不容樂(lè)觀。因此，對(duì)河流底泥中的重金屬污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)具有重要意義。

為了貫徹落實(shí)國(guó)家生態(tài)環(huán)境部“水十條”等有關(guān)要求，全面掌握我國(guó)重點(diǎn)流域水環(huán)境質(zhì)量與污染特征，徹底摸清境內(nèi)各類(lèi)污染源的數(shù)量、類(lèi)型以及空間分布、排放去向等情況，核定入河的主要污染物負(fù)荷量分配數(shù)據(jù)，為流域內(nèi)水環(huán)境綜合整治提供污染源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為科學(xué)制定流域水體達(dá)標(biāo)方案提供數(shù)據(jù)支撐。

2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

目前，河流依舊是泥沙從陸地輸送至海洋的主要通道。然而，由于客觀條件所限人類(lèi)出現(xiàn)在歷史舞臺(tái)之前的污染物排放情況我們對(duì)此并不太清楚，據(jù)專(zhuān)家估算可以認(rèn)為占目前沉積物總量的30%-50%左右。中國(guó)境內(nèi)的河流由于受到人類(lèi)活動(dòng)及其沉積物影響較大，流量在過(guò)去5000年里發(fā)生了較大變化。因此，為了研究人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流和流域的長(zhǎng)期影響，中國(guó)的主要河流將提供很好的素材。因?yàn)閷?duì)黃河和長(zhǎng)江這兩條大河三角洲的演變過(guò)程以及沉積過(guò)程，我們有連續(xù)的歷史記錄詳細(xì)的記錄。

長(zhǎng)江三角洲和黃河三角洲在海岸環(huán)境、三角洲葉發(fā)育格局、水沙流量、沉積物厚度等方面存在著較大差異。長(zhǎng)江三角洲具有水量大、水位變化大的特點(diǎn)。黃河三角洲則具有泥沙濃度高、輸沙量大等特點(diǎn)。

根據(jù)近5000年囤積三角洲沉積物的泥沙量測(cè)算：黃河1000年前的排沙量為1億噸/年，為目前水平的10%。在大約1100年前，由于人類(lèi)在黃土高原上的活動(dòng)，1100年前黃河三門(mén)峽站的泥沙負(fù)荷估算值為3.7億噸/年，約為目前平均水平的20%。而根據(jù)我們最新的研究：長(zhǎng)江2000年以前的含沙量約為2億噸/年。

黃河流域約占全球各水系泥沙負(fù)荷的5-7%。目前，我國(guó)有超過(guò)15%的人口被該流域直接供養(yǎng)著。因此，研究黃河流域的水文變化具有重要意義。自1954年開(kāi)始采用M-K檢驗(yàn)方法對(duì)黃河流域的15個(gè)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。結(jié)果表明：除上游個(gè)別區(qū)域排水量和含沙量有顯著下降外。下游距離越大，其下降趨勢(shì)越大，排水面積對(duì)下降速率有著重要影響。

珠江口流域是由華南地區(qū)流入南海的相關(guān)水系沖積而成。近年來(lái)，由于該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了污染物爆發(fā)式排放，累積的沉積物中污染物對(duì)周邊地區(qū)造成嚴(yán)重的環(huán)境危害。對(duì)沉積物剖面的研究可以為重金屬污染歷史以及長(zhǎng)期潛在的環(huán)境影響提供大量資料。在珠江口流域我們采集了30個(gè)巖心樣品，對(duì)每個(gè)巖心的約25個(gè)亞樣本進(jìn)行了含水量、L.O.I、重金屬和主要元素濃度等進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：與歷史背景值相比較，近30年來(lái)沉積物金屬含量均有所增加，尤其鉛的含量更為明顯。珠江西部河口污染程度比較嚴(yán)重，由于污染物的輸入主要支流和的不同沉積條件。沉積物中鋅、鉛的含量綜合反映了地球化學(xué)背景以及人為影響的綜合作用特征。同時(shí)，沉積物中鉛的分布受大氣輸入的影響較大，應(yīng)該與該地區(qū)的燃煤活動(dòng)較多有關(guān)。

3 國(guó)外研究進(jìn)展

近年來(lái)，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的水生沉積環(huán)境的底泥記錄越來(lái)越感興趣。目前，化學(xué)、生物和形態(tài)研究主要側(cè)重于調(diào)查沉積物和水質(zhì)，以提高對(duì)人為污染物清單的了解。

歷史監(jiān)測(cè)值能夠衡量過(guò)去和現(xiàn)在環(huán)境法規(guī)的有效性。根據(jù)歷史污染趨勢(shì)，可以有效的預(yù)測(cè)沉積物污染未來(lái)發(fā)展進(jìn)程。此外，研究結(jié)果也可以用做指導(dǎo)進(jìn)一步限制或監(jiān)測(cè)具有重大排放風(fēng)險(xiǎn)的已核算區(qū)域的必要性。

在具有歷史監(jiān)測(cè)價(jià)值的水生系統(tǒng)中，主要有以下三個(gè)主要沉積區(qū)：

（1）河流環(huán)境：包括河流內(nèi)的水下未擾動(dòng)沉積物和古代陸地沉積物檔案，如洪泛區(qū)平原和濕地灘涂；（2）海洋環(huán)境：暴扣湖泊、海岸和河流入海口等檔案；（3）湖泊環(huán)境：包括自然和人工湖泊及其洪泛區(qū)的沉積物檔案。

大多數(shù)調(diào)查都是在選定的聚集區(qū)進(jìn)行的，涉及到各種輸入源以及在預(yù)見(jiàn)期內(nèi)誘發(fā)的不同污染物種的影響。關(guān)于自然背景值以及持續(xù)性污染物的沉積物積累，這些研究主要用于反映整個(gè)水生環(huán)境在時(shí)間以及空間維度中的歷史污染負(fù)荷，并允許識(shí)別主要污染途徑。

河流系統(tǒng)中與沉積物結(jié)合的污染物主要來(lái)自點(diǎn)源或擴(kuò)散源。在這幾項(xiàng)研究中，需要對(duì)下游污染物擴(kuò)散速率進(jìn)行預(yù)測(cè)以及對(duì)地球化學(xué)和地貌進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

除了河流滯水區(qū)內(nèi)細(xì)顆粒沉積物的水下積累和沉積之外，在洪水或暴雨期間，顆粒污染物大概率會(huì)沉積在鄰近的陸地區(qū)域內(nèi)。有學(xué)者將洪泛平原、河道和小概率在河流上修建的水壩水庫(kù)定義為河流環(huán)境中重金屬、污染物和養(yǎng)分沉積和存貯的最重要的匯集區(qū)。

河流洪泛區(qū)因洪水或暴雨懸浮沉積物的沉積而上升。與此同時(shí)，顆粒相關(guān)污染物與懸浮沉積物共同沉積，并在沖積環(huán)境下存儲(chǔ)多達(dá)數(shù)百年。因此，它們被認(rèn)為河流系統(tǒng)中重要的沉積學(xué)檔案，用于記錄沉積過(guò)程以及評(píng)估人為污染物。

3.1 環(huán)境污染物的輸入源

環(huán)境污染物的輸入源可分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是指特定目的生產(chǎn)的化合物，例如殺蟲(chóng)劑以及工業(yè)化學(xué)品等污染物。第二類(lèi)物質(zhì)是指作為其他生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品、燃燒殘留物或人類(lèi)活動(dòng)無(wú)意間形成的污染物。

一般來(lái)講，人為污染物通常是從點(diǎn)源或擴(kuò)散源擴(kuò)散排放的。對(duì)于污染物而言，比較典型的擴(kuò)散污染途徑是土壤侵蝕和沉積物遷移、大氣遷移以及沉積物中污染物的遷移過(guò)程。除了關(guān)于附近輸入源的信息之外，關(guān)于化學(xué)成分或同位素比率等一些普通的信息可以用于輸入源識(shí)別。

確定污染源以及運(yùn)輸途徑是降低環(huán)境污染程度的重要步驟。由于污染物濃度的變化不確定性位于生產(chǎn)區(qū)內(nèi)外的運(yùn)輸通道周?chē)?，因此必須指定相?yīng)的水生系統(tǒng)。

沉積物檔案中的沉積物污染物和濃度剖面可作為污染物的來(lái)源以及傳輸路徑指標(biāo)。Worren等人詳細(xì)研究了沉積的淡水環(huán)境中農(nóng)藥的生物、化學(xué)和/或物理過(guò)程。

合適沉積物污染物的光譜和一般排放曲線(xiàn)由不同輸入源排入河流和沿海地區(qū)的污染物的光譜將由代謝物補(bǔ)充。因此，對(duì)污染物的調(diào)查必須考慮其原始化合物形態(tài)以及其后續(xù)衍生物。生活以及工業(yè)廢水處理廠的外流包括許多輸入來(lái)源產(chǎn)生的各種化合物。

“污染混合物”的出現(xiàn)有時(shí)會(huì)阻礙原始化學(xué)成分或單一化學(xué)產(chǎn)品的重建。此外，工業(yè)制劑通常還包括活性物質(zhì)和副產(chǎn)物的混合物。因此，這些成分對(duì)沉積物顯示出迥異的親和力以及不同的降解率。

3.2 總體排放趨勢(shì)

人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的污染物歷史記錄已經(jīng)在淡水流域的眾多沉積物核心中得到了深入研究。但是在某些情況下，19世紀(jì)和20世紀(jì)初工業(yè)化導(dǎo)致的沉積物污染增加。特別是重金屬、多環(huán)芳烴和營(yíng)養(yǎng)物等天然成分組，以及不斷增長(zhǎng)的異源物組都表明：從背景的水平值來(lái)看，其排放量還是處于增加態(tài)勢(shì)。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，業(yè)內(nèi)相關(guān)研究人員對(duì)環(huán)境的認(rèn)識(shí)和敏感性正在不斷的提高。

此外，我們應(yīng)該區(qū)分“傳統(tǒng)”和“現(xiàn)代”人為污染物，特別是對(duì)有機(jī)氯化合物以及農(nóng)藥群體而言。“傳統(tǒng)”人為污染物包括農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、氯苯以及多環(huán)芳烴或重金屬等化合物。其中許多化合物已經(jīng)被逐步淘汰或者被限制使用。自1979以來(lái)，特別是自1990年代末以來(lái)歐美禁用的多氯聯(lián)苯和滴滴涕。對(duì)于大多數(shù)這些“傳統(tǒng)”的人為污染物，它們的生態(tài)毒理學(xué)潛力是顯而易見(jiàn)的，被許多實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究得到證實(shí)。

4 改善措施

4.1 控制外界污染物

外源污染物的大量輸入是造成河流底泥污染的最重要原因，要從根本上解決污染問(wèn)題我們首先就要斷掉污染源。

實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)工業(yè)廢水的達(dá)標(biāo)排放，生活污水集中處理。從根本上切斷外部的輸入源。

為河道建設(shè)污染緩沖帶。緩沖帶是指河道本體與陸地的交接區(qū)域，在緩沖區(qū)域內(nèi)種植植被阻擋污染物進(jìn)入河流，作為最后的屏障使易溶解的和顆粒狀的營(yíng)養(yǎng)物生物群落被消耗或轉(zhuǎn)化。

4.2 植被修復(fù)

在不破壞土壤結(jié)構(gòu)前提下，利用自然生長(zhǎng)或經(jīng)過(guò)遺傳培育篩選的植物對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行固定、轉(zhuǎn)移、富集和根濾作用，使土壤中的污染物得以消除，或?qū)⑼寥乐械奈廴疚餄舛冉档娇山邮艹潭?。針?duì)我國(guó)華南河流域河道現(xiàn)狀，建議采用植物提取的方式將底泥中的重金屬污染物轉(zhuǎn)移、貯存到植物莖、葉等地上部位。通過(guò)收割地上部分并后進(jìn)行集中處理，從而達(dá)到去除或降低土壤中重金屬污染物的目的。自然界中可以?xún)艋h(huán)境的植物有90多種，比較常見(jiàn)的植物有水葫蘆、蘆葦、浮萍、燈芯草和鳳眼蓮等。在選擇用于水體凈化環(huán)境的植物時(shí)，應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行生物多樣性分析。此外，由于某些水生植物繁殖速度過(guò)快，易使大面積污染水面，降低水體環(huán)境的自?xún)裟芰?，?huì)對(duì)水體形成二次污染。因此，需要仔細(xì)考慮。

4.3 對(duì)底泥進(jìn)行資源化利用

對(duì)于河道底泥，我們可以利用底泥制磚、水泥等建材。是一種比較常見(jiàn)變廢為寶的處理方法，不但可以減少占地，同時(shí)可以減輕磚廠、水泥廠和對(duì)農(nóng)田的破壞，社會(huì)效益顯著。

由于建材行業(yè)利用對(duì)底泥的預(yù)處理要求較高，必須對(duì)底泥進(jìn)行的除臭除毒處理。將底泥中腐敗的有機(jī)物腐殖質(zhì)進(jìn)行無(wú)害無(wú)味分解，然后用理化方法把底泥中的重金屬轉(zhuǎn)化為水不溶物質(zhì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化處理，并通過(guò)脫水處理降低底泥的含水率，最后經(jīng)過(guò)處理的底泥才可以用來(lái)制造建材。