河道底泥的環(huán)境研究簡介

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。后重點介紹了國內(nèi)外對河道底泥的研究現(xiàn)狀，特別是黃河流域以及長江流域的底泥情況。并結(jié)合國外的河道底泥研究進(jìn)行了介紹。有助于提高我們對河道底泥水污染的認(rèn)識，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，對可能發(fā)生的污染進(jìn)行提前預(yù)測和防范，對未來環(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；污染物

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，大量的污染物也進(jìn)入到河流中，河水中污染物會沉積到底泥中。泥沙對河流水環(huán)境的質(zhì)量會產(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，其吸附的污染物會被重新釋放再次進(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。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。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各種渠道對水體中的動植物以及微生物產(chǎn)生毒性作用，并通過生物富集、食物鏈放大等作用最終影響人類健康。因此，河道底泥是水體中金屬的重要來源之一，而我國部分地區(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觀。因此，對河流底泥中的重金屬污染情況進(jìn)行監(jiān)測和評價具有重要意義。

為了貫徹落實國家生態(tài)環(huán)境部“水十條”等有關(guān)要求，全面掌握我國重點流域水環(huán)境質(zhì)量與污染特征，徹底摸清境內(nèi)各類污染源的數(shù)量、類型以及空間分布、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出現(xiàn)在歷史舞臺之前的污染物排放情況我們對此并不太清楚，據(jù)專家估算可以認(rèn)為占目前沉積物總量的30%-50%左右。中國境內(nèi)的河流由于受到人類活動及其沉積物影響較大，流量在過去5000年里發(fā)生了較大變化。因此，為了研究人類活動對河流和流域的長期影響，中國的主要河流將提供很好的素材。因為對黃河和長江這兩條大河三角洲的演變過程以及沉積過程，我們有連續(xù)的歷史記錄詳細(xì)的記錄。

長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。長江三角洲具有水量大、水位變化大的特點。黃河三角洲則具有泥沙濃度高、輸沙量大等特點。

根據(jù)近5000年囤積三角洲沉積物的泥沙量測算：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，由于人類在黃土高原上的活動，1100年前黃河三門峽站的泥沙負(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，我國有超過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年開始采用M-K檢驗方法對黃河流域的15個監(jiān)測站數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。結(jié)果表明：除上游個別區(qū)域排水量和含沙量有顯著下降外。下游距離越大，其下降趨勢越大，排水面積對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，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周邊地區(qū)造成嚴(yán)重的環(huán)境危害。對沉積物剖面的研究可以為重金屬污染歷史以及長期潛在的環(huán)境影響提供大量資料。在珠江口流域我們采集了30個巖心樣品，對每個巖心的約25個亞樣本進(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，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)的燃煤活動較多有關(guān)。

3 國外研究進(jìn)展

近年來，業(yè)內(nèi)專家對人類活動的水生沉積環(huán)境的底泥記錄越來越感興趣。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)，以提高對人為污染物清單的了解。

歷史監(jiān)測值能夠衡量過去和現(xiàn)在環(huán)境法規(guī)的有效性。根據(jù)歷史污染趨勢，可以有效的預(yù)測沉積物污染未來發(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)測具有重大排放風(fēng)險的已核算區(qū)域的必要性。

在具有歷史監(jiān)測價值的水生系統(tǒng)中，主要有以下三個主要沉積區(qū)：

（1）河流環(huán)境：包括河流內(nèi)的水下未擾動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?？诘葯n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水生環(huán)境在時間以及空間維度中的歷史污染負(fù)荷，并允許識別主要污染途徑。

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

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，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，用于記錄沉積過程以及評估人為污染物。

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。第一類是指特定目的生產(chǎn)的化合物，例如殺蟲劑以及工業(yè)化學(xué)品等污染物。第二類物質(zhì)是指作為其他生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品、燃燒殘留物或人類活動無意間形成的污染物。

一般來講，人為污染物通常是從點源或擴(kuò)散源擴(kuò)散排放的。對于污染物而言，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別。

確定污染源以及運輸途徑是降低環(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)外的運輸通道周圍，因此必須指定相應(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/或物理過程。

合適沉積物污染物的光譜和一般排放曲線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充。因此，對污染物的調(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源產(chǎn)生的各種化合物。

“污染混合物”的出現(xiàn)有時會阻礙原始化學(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

人類活動產(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)芳烴和營養(yǎng)物等天然成分組，以及不斷增長的異源物組都表明：從背景的水平值來看，其排放量還是處于增加態(tài)勢。從20世紀(jì)60年代開始，業(yè)內(nèi)相關(guān)研究人員對環(huán)境的認(rèn)識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，特別是對有機氯化合物以及農(nóng)藥群體而言?！皞鹘y(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，特別是自1990年代末以來歐美禁用的多氯聯(lián)苯和滴滴涕。對于大多數(shù)這些“傳統(tǒng)”的人為污染物，它們的生態(tài)毒理學(xué)潛力是顯而易見的，被許多實驗室和現(xiàn)場研究得到證實。

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題我們首先就要斷掉污染源。

實現(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，利用自然生長或經(jīng)過遺傳培育篩選的植物對土壤中的污染物進(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?。針對我國華南河流域河道現(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。自然界中可以凈化環(huán)境的植物有90多種，比較常見的植物有水葫蘆、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，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快，易使大面積污染水面，降低水體環(huán)境的自凈能力，會對水體形成二次污染。因此，需要仔細(xì)考慮。

4.3 對底泥進(jìn)行資源化利用

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

由于建材行業(yè)利用對底泥的預(yù)處理要求較高，必須對底泥進(jìn)行的除臭除毒處理。將底泥中腐敗的有機物腐殖質(zhì)進(jìn)行無害無味分解，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)實現(xiàn)穩(wěn)定化處理，并通過脫水處理降低底泥的含水率，最后經(jīng)過處理的底泥才可以用來制造建材。