河道底泥重金屬污染的原位修復方法綜述

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、國家發(fā)展的重要資源，水體生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定對于經(jīng)濟和社會的發(fā)展起著重要作用。其具有調(diào)節(jié)氣候、保護生物物種多樣性、維持環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等生態(tài)和經(jīng)濟功能[1]。近年來，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人類對資源的開發(fā)利用逐漸加強，不可避免地對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，水質(zhì)惡化是當今面臨的生態(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)境污染物的聚集場所。重金屬與有機物不同，其無法通過微生物降解，進入水環(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高于水相，有研究表明進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物的健康[5-6]。

國內(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?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工作具有重要意義。

表1 國內(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技術(shù)研究

2.1 河道底泥重金屬污染的修復技術(shù)

目前底泥的重金屬污染修復技術(shù)按處理位置的不同主要分異位修復和原位修復。疏浚法是指將重金屬污染底泥從水底挖走，轉(zhuǎn)移至陸地，再對底泥進行處理的技術(shù)，該技術(shù)是目前使用最為廣泛的異位修復技術(shù)，能夠快速并且較大程度地消減底泥對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。我國太湖、天津海河和蘇州河等地都進行過不同程度的疏浚工程[15-16]。疏浚后的底泥再根據(jù)污染程度不同進行物理、化學和生物修復處理。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低于毒性鑒別標準值[17]。

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

2.2 河道底泥重金屬污染的原位修復技術(shù)

原位修復技術(shù)按修復機理不同可分為物理、化學和生物修復技術(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)膨潤土和沸石等，修復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入水體而造成二次污染，對水質(zhì)有明顯的改善作用，但工程量大，需要大量的清潔泥沙等。同時覆蓋還會增加底泥的量，使水體庫容變小，因而不適用于較淺的河流底泥的修復。

化學修復技術(shù)主要是利用一些化學試劑對底泥進行處理，將底泥中的重金屬固定或轉(zhuǎn)化成無毒、低毒價態(tài)的修復方法。有研究指出鐵系物和鋁系物對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，也可能會對環(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技術(shù)還可分為微生物修復和植物修復，微生物修復主要利用底泥環(huán)境中各類微生物的活動與代謝過程改變底泥中重金屬的形態(tài)，進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]。采用微生物修復對環(huán)境刺激作用較小，但是它對修復條件很嚴苛，溫度、pH等條件的改變都可能影響到微生物的修復效果。

植物修復與傳統(tǒng)的物理和化學修復相比，具有經(jīng)濟環(huán)保、不易引起二次污染等優(yōu)點，不僅可以減輕重金屬污染，還可以美化環(huán)境[24]。目前運用水生植物原位治理修復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環(huán)境的危害[25]。植物根際還可以有效促進底泥中微生物的活性，進一步降低重金屬的毒性。表2為國內(nèi)外底泥重金屬污染的原位植物修復研究，由表可知部分水生植物對重金屬有較好的富集能力。

表2 國內(nèi)外底泥污染的原位植物修復研究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技術(shù)成本較低、對環(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的優(yōu)勢所在。目前，關(guān)于河道底泥重金屬污染的原位修復技術(shù)研究較多，有很多也都已經(jīng)應(yīng)用于實際工程中，并取得了較好的修復效果。但仍有一些方面需要進一步探究，具體有以下幾點：

（1）修復方式的選擇

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，因此修復方式的選擇至關(guān)重要。對于較嚴重的底泥重金屬污染可以采用化學技術(shù)、物理技術(shù)或兩者相結(jié)合的原位修復技術(shù)，從而實現(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。對于污染程度較輕、短期內(nèi)不會造成危害的重金屬污染底泥則可以選擇植物原位修復技術(shù)，用于修復河流底泥重金屬污染的植物，首先需要很強的重金屬耐性，雖然現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多重金屬超富集植物，但很多植物生長環(huán)境比較獨特，不一定能在河道底泥上正常生長。因此，對于培育耐性強、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技術(shù)的一個研究方向。

（2）實際工程應(yīng)用

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

（3）后期監(jiān)測

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