張蕭漢，劉文龍，劉琳，高如楓

河道底泥處理的研究

張蕭漢，劉文龍，劉琳，高如楓

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

河道底泥作為水體的重要組成部分，累積了大量的污染物，尤其是當外源污染得到有效控制后，沉積在底泥中的氮、磷、重金屬等污染物會再次從底泥釋放到上覆水體中來，對水體造成嚴重的污染。因此，良好的底泥生態(tài)環(huán)境對于水環(huán)境污染控制具有重要意義。主要從底泥異位處理和原位處理兩大方面，列舉了一些底泥修復方式，并對未來的河道底泥處理提出了一些建議和展望。

底泥修復；原位處理；環(huán)保疏浚

河流是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，具有良好的景觀效果以及實際應用價值，是城市化建設中的一部分。但隨著城市化進程的加快，大量的工業(yè)廢水和生活污水未得到有效的處理排入水體，對水生態(tài)環(huán)境以及周圍的土壤、地下水造成嚴重污染，甚至會影響到周邊居民的飲用水安全。底泥作為水體的重要組成部分，累積了大量的污染物，尤其是當外源污染得到有效控制后，沉積在底泥中的氮、磷、重金屬等污染物會再次從底泥釋放到上覆水體中來，對水體造成嚴重的污染。因此，良好的底泥生態(tài)環(huán)境對于水環(huán)境污染控制具有重要意義。

1 底泥異位處理技術

底泥異位處理技術主要指清淤和疏浚，通常是將受污染的底泥從河道中挖除，做固化填埋或是物理、化學、生物再處理。河道污染底泥處理技術對于污染過于嚴重的底泥，原位處理技術一般不能起到顯著的效果，修復難度較大[1]。傳統(tǒng)意義上的疏浚工程在實際應用中工程量過大、成本高，而且對水體生態(tài)環(huán)境的破壞較為嚴重，容易造成二次污染。因此需要進行環(huán)保疏浚工程，或者采取異位化學處理技術，對受污染的底泥疏浚后，采取無害化、資源化處理，現(xiàn)階段的底泥資源化處理方式主要有填埋堆肥、土地利用和建材利用等[2]，研究證實底泥中含有大量與建筑材料相似的黏土成分，可用于制作環(huán)保墻磚、陶粒以及水處理材料等，并已在實際生產中得到了廣泛應用[3]。除此之外，根據(jù)底泥的不同理化性質采取不同的資源化方案也成了近些年來的研究方向，蔡家璇等比較了不同工藝條件下污泥中蛋白質的提取效果，結果表明鹽析沉淀法和等電點沉淀法可回收底泥中85%以上的蛋白質，并提出將污泥提取蛋白質用作動物飼料添加劑和肥料是提取純化出的蛋白質最有前景的應用方式[4]。

環(huán)保疏浚不同于傳統(tǒng)意義上的工程疏浚，環(huán)保疏浚是指在保證環(huán)境效益的基礎上，最大程度地清除底泥污染物、避免二次污染的疏浚工程。因此，在進行環(huán)保疏浚前，需要對底泥的性質、受污染程度以及水文特征等進行勘察，進而確定疏浚范圍以及深度，制定相應的疏浚方案。

異位化學處理技術是指在清淤和疏浚工程后，投加化學藥劑。多數(shù)化學藥劑在投加進入水體后，可能會對水體生態(tài)系統(tǒng)造成影響，造成水生動植物及微生物的大量死亡，造成二次污染，而且對于投加量的把控一般也較為嚴格，這使得異位化學處理技術的穩(wěn)定性和安全性更高。

2 底泥原位處理技術

2.1 物理法

物理法主要包括底泥覆蓋、曝氣、電動力處理技術、底泥洗脫等。底泥的原位覆蓋技術是指在底泥的表面覆蓋一層有機質材料，其中包括天然材料、改性黏土材料、活性覆蓋材料和土工材料等，通過吸附或阻隔的形式防止底泥中的污染物釋放到上覆水體。張華俊[5]等使用沸石分別與硝酸鈣和過氧化鈣混合的方式，探究其對底泥污染物釋放的抑制效果，結果表明各種組合對底泥污染物的釋放均有一定的抑制效果，但因后期覆蓋層被破壞以及吸附作用飽和后，抑制效果會減弱。底泥覆蓋的使用材料性狀一般比較穩(wěn)定，環(huán)境危害較小，但由于覆蓋材料的加入，會造成水體庫容減少，而且底泥中的污染物并未得到根本上的去除。溶解氧在水生態(tài)環(huán)境中是至關重要的，通常在受污染的河道中，通過曝氣復氧以提高水體自凈能力已經成為了較為常用的手段。底泥曝氣初期會造成底泥再懸浮，使底泥中的污染物釋放到上覆水體中，水體透明度急劇下降，但底泥曝氣可以使水體內部的溶解氧化環(huán)境發(fā)生變化，下方水體的厭氧壞境得到顯著改善，隨著水體溶解氧濃度逐漸升高，水體中的污染物濃度會快速下降。李大鵬[6]等通過對底泥進行曝氣使水體中的溶解氧得到了恢復，并有效地抑制了底泥中有機物和磷的釋放。底泥的電動力處理技術是指在污染底泥中施加電場，在電場作用下帶電荷金屬離子定向移動，累積在電極附近，定期清理電極附近底泥即可降低目標淤泥的重金屬含量。PEDERSEN[7]等采用優(yōu)化的隔室電滲析方法去除港口底泥中的Pb、Cu、Zn，去除率可達73%～96%。楊磊[8]等研究了不同電極板間電壓、化學增強劑種類和電極材料對底泥含水率、重金屬Cd含量的影響，結果表明將陽離子聚丙烯酰胺作為化學增強劑，多孔碳作為電極，施加極板間電壓30 V，在0.05 MPa的壓力下抽濾，5 h內可使底泥含水率由75.00%降至34.17%，Cd質量分數(shù)由2.000 mg·kg-1下降至0.178 mg·kg-1，脫除率達到91%。電動力學方法具有快速、高效、低廉、使用化學藥劑少、適用于原位修復等特點，具有很好的發(fā)展前景。

底泥原位洗脫技術是近些年來在國內興起的一項新技術，該技術通過對表層污染底泥進行物理的機械或曝氣攪動，從而使污染物質進入水相并將其用泵抽走作后續(xù)處理，同時攪動沖洗過的清潔底泥，重新覆蓋形成新覆蓋層[9]，于2018年開展的北京涼水河亦莊段現(xiàn)場洗脫工程就是該項技術在國內應用的典型案例。該工程用底泥洗脫船作為水上移動式底泥處理平臺，通過進行洗脫、進水、混凝、出水的流程對長達5 km的河道進行洗脫施工，在長達 5個月的修復施工后，檢測點的有機質、TP、TN均得到了顯著的降低，水體環(huán)境得到了明顯的改善。

2.2 化學法

化學法是指根據(jù)水體受污染的類型不同以投加不同種類的化學藥劑。常見的原位修復化學氧化劑有過氧化鈣、硝酸鈣、氫氧化鈣、過氧化氫、無機混凝劑及有機助凝劑等[10]。高錳酸鹽是一種氧化性不強的氧化劑，其半衰期較長，因其反應產生羥基的速率較慢，所以通常高錳酸鹽都可在水中與污染物接觸的時間較長。過硫酸鹽氧化的最大優(yōu)勢在于其不會對微生物種群造成影響，適合與其他生物法聯(lián)用，但其反應后產生大量的硫酸鹽，在去除污染物的同時也及易造成二次污染。采用過氧化氫和過氧化鈣進行化學修復的原理有一定共性，二者都可以在酸性條件下，在二價鐵離子催化過程中釋放出大量羥基自由基，從而產生強氧化性，即類芬頓反應。相比之下，過氧化鈣是一種效果更好的H2O2源。過氧化氫的釋放效率與CaO2的溶解速率密切相關，且CaO2的溶解度較低，因此反應時間一般較長，有效地避免了H2O2在歧化反應過程中的提前消耗，且不會產生有毒的副產物。KAO[11]等最早提出將CaO2粉末制成混凝土顆粒，以避免釋氧材料的過早消耗（混凝劑、過氧化鈣、沙子、粉煤灰、氯化銨、磷酸鉀、水），釋氧周期長達3個月，成功用于地下水污染的現(xiàn)場修復，但有效氧損失率高達17%以上。王英秀[12]等利用硬脂酸對過氧化鈣粉末進行包埋，并添加少量聚乙二醇加強黏合，為水體提供了一種長期高效的供氧源。但生石灰或過氧化鈣一類的強堿性藥劑會使底泥的堿度大幅上升，水生植物尤其是沉水植物將無法成活[13]。在另一方面，過氧化鈣即便是兼具氧化性和釋氧性的底泥修復藥劑，但對底泥中氮的釋放并無明顯的抑制效果，針對黑臭底泥氮磷釋放的問題，陳曦[14]在底泥上方鋪設化學氧化層、物理吸附層和植物吸收層3層材料，并探究其不同組成條件的修復效果，結果表明過氧化鈣+沸石+金魚藻的組合控制底泥氮磷釋放效率明顯優(yōu)于其他組合。

2.3 生物法

生物法主要是指水生植物的凈化作用以及微生物處理技術，原位生物修復河道底泥一般對于環(huán)境影響較小，處理效果好，目前已經得到了廣泛的應用。植物修復是指向水中引入具有一定凈化效果的水生植物以及藻類，沉水植物對于水中的氮磷有著較好的吸收效果，使用沉水植物凈化水體時，不會引入外來的污染物，除此之外還可以改善底泥中微生物的生活環(huán)境，增強微生物活性[15]。引入植物的過程中應當考慮當?shù)氐乃w環(huán)境和氣候條件，因地制宜。水生植物通過根系的吸收及微生物分解等，將水中的氮磷等污染物轉化為用于自身生長發(fā)育所用的營養(yǎng)物質，同時植物也可以在光合作用下增加水體中的溶解氧，提供良好的水體環(huán)境，增強水體的自凈能力。研究發(fā)現(xiàn)，黃菖蒲和再力花對重金屬Cd和Pb有著較強的吸收能力，且能固定重金屬避免其產生遷移引起更多的危害。相比之下，微生物處理技術的應用更為廣泛，底泥微生物修復技術主要包括兩種類型：一類是通過修復底泥環(huán)境，促進微生物對污染物的降解，也叫生物促生技術；另一類是投加微生物菌劑來削減底泥污染[16]。生物強化技術是指通過向傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)中添加具有一定功能的微生物，增加微生物的總濃度，從而提高降解速度和對污染物的去除率[17]。生物法處理含油污泥是通過培養(yǎng)、馴化能夠降解底泥中污染物的優(yōu)勢菌種，將其投加到底泥中，或改變污水的水體環(huán)境，針對特定的污染物來創(chuàng)造適宜微生物生長的條件，在好氧條件下底泥中的有機污染物被微生物降解成CO2、H2O等無機物，或者將游離態(tài)的重金屬離子轉化為穩(wěn)定態(tài)固定在底泥中使其不易向上覆水體中釋放[18]。陳志強[19]等的研究表明，在傳統(tǒng)污水凈化處理的基礎上，采用微生物強化技術，會使微生物具有較高的代謝效率，能有效去除黑臭水體中的氮磷元素。

除了傳統(tǒng)意義上的植物修復或微生物修復之外，人工濕地、生態(tài)浮島、生態(tài)護坡等環(huán)境友好型修復技術也是近年來國內外的研究熱點。劉建林[20]等的研究發(fā)現(xiàn)，微納米曝氣結合生物膜技術可以有效實現(xiàn)黑臭底泥的原位消減，并顯著改善水質指標。WANG[21]等通過改良膨潤土顆粒吸附與枯草根系吸收的協(xié)同作用有效去除了西湖底泥中各類形態(tài)的磷。徐熊鯤[22]等的研究表明，投加土著微生物功能菌并結合底泥曝氣能夠明顯改善上覆水水質，加快底泥的修復。

3 結束語

現(xiàn)階段河道底泥修復的實際應用中，尤其對于污染較為嚴重的區(qū)域，清淤仍然是最直接應用最廣泛的修復手段。采取環(huán)保疏浚并配合后期的生態(tài)修復工程，可有效地避免大規(guī)模清淤之后的二次污染。對于疏浚后的淤泥處置應分類進行，對不同污染類型的淤泥采取不同的穩(wěn)定化、資源化處理方式。在針對水流流速較慢的河流或湖庫的底泥修復時，更適合采用原位修復，例如生物淋濾、曝氣生態(tài)浮島等物理化學生物法相互結合的新型處理方法成為了國內外的研究熱點，但這其中大多仍處于實驗室研究階段，在實際應用中需要考慮不同的水體條件、地質條件以及工程成本，針對不同污染類型污染程度的底泥以匹配不同的處理方式。

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Brief Introduction of Research on River Sediment Treatment

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（School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110168, China）

Rivers are an important part of the ecosystem, with good landscape effects and practical application value, and are part of the urbanization construction. However, with the acceleration of urbanization, a large amount of industrial wastewater and domestic sewage have not been effectively treated and discharged into water bodies, causing serious pollution to the aquatic ecological environment, surrounding soil and groundwater, and even affecting the drinking water safety of surrounding residents. As an important part of the water body, sediments accumulate a large number of pollutants, especially when the external source pollution is effectively controlled, the nitrogen, phosphorus, heavy metals and other pollutants deposited in the sediments will be released from the sediments to the upper surface again to cause serious pollution to the water body. Therefore, a good sediment ecological environment is of great significance to the control of water environment pollution. In this article, ex-situ treatment and in-situ treatment of sediments were introduced, some sediment repair methods were discuused, and some suggestions and prospects for the future river sediment processing were put forward.

Sediment restoration; In-situ treatment; Environmental protection dredging

2021-03-19

張蕭漢（1997-），男，遼寧省沈陽市人，碩士研究生，2019年畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學給排水科學與工程專業(yè)，研究方向：黑臭水體治理技術。

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A

1004-0935（2021）10-1511-04