污染沉積物原位和異位修復(fù)方法概述

李國新

摘 要：沉積物修復(fù)是治理水體污染的關(guān)鍵之一，目前沉積物的修復(fù)方法按修復(fù)地點(diǎn)可以分為原位和異位修復(fù)。該文從原位和異位的角度概述了目前污染沉積物的主要治理方法，分析了其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺陷，以期給相關(guān)環(huán)保工作者提供參考意見。

關(guān)鍵詞：污染沉積物;原位修復(fù);異位修復(fù);河流治理

中圖分類號(hào) X5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）19-0114-03

Overview of in-situ and Ectopic Remediation Methods for Contaminated Sediments

Li Guoxin

Abstract：Sediment remediation is one of the keys to control water pollution. At present，sediment restoration methods can be divided into in-situ and ectopic restoration according to restoration sites. This paper summarizes the main treatment methods of contaminated sediments from the perspective of in-situ and ectopic，and analyzes its technical advantages and disadvantages，hoping to provide reference for relevant environmental protection workers.

Key words：Polluted sediments;In situ repair;Ectopic repair;River regulation

重金屬可以通過污水排入、地表水入侵、雨水沖刷等作用進(jìn)入到水體中，進(jìn)而累積在沉積物中，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重金屬毒性效應(yīng)和食物鏈累積、放大效應(yīng)[1]。在工業(yè)分布密集的長江流域，重金屬是沉積物中最主要的污染物，王嵐等人對(duì)長江干流表層沉積物中重金屬含量進(jìn)行了測(cè)定與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明Cd平均含量達(dá)到2.46mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于長江流域沉積物背景值0.45mg/kg，Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)平均值164，具有極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[2]。水體富營養(yǎng)化問題也是目前面臨的主要地表水環(huán)境問題。生態(tài)環(huán)境部公布的2019年5月地表水環(huán)境質(zhì)量報(bào)告，總磷仍然是我國主要湖庫的主要污染物、江河的第2污染物。沉積物作為營養(yǎng)鹽的內(nèi)源污染源，對(duì)上覆水中的總磷貢獻(xiàn)足以維持和加速富營養(yǎng)化[3]。

沉積物不僅是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是天然的物質(zhì)貯藏庫。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地表水環(huán)境污染問題日益突出，進(jìn)入水體中的污染物，可以通過擴(kuò)散、被吸附等作用累積在沉積物當(dāng)中。而另一方面，沉積物也可以作為內(nèi)源污染源，向上覆水中釋放污染物，干擾水質(zhì)修復(fù)，甚至加速水體污染[4]。目前，沉積物作為“源”的作用已經(jīng)被人們重點(diǎn)關(guān)注，污染水體沉積物的修復(fù)工作也在迅速發(fā)展。沉積物的修復(fù)方法可以分為原位和異位法，本文從這個(gè)角度概述目前污染沉積物的修復(fù)機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)，以期給相關(guān)工作提供參考。

1 原位修復(fù)技術(shù)

沉積物的原位修復(fù)技術(shù)是指不移動(dòng)污染沉積物，直接在發(fā)生污染的位置進(jìn)行污染治理的方法措施。目前應(yīng)用較多的原位修復(fù)技術(shù)主要有原位覆蓋、化學(xué)鈍化、原位生物修復(fù)、原位曝氣等方法。

1.1 原位覆蓋 原位覆蓋技術(shù)是指在污染沉積物上覆蓋1種或者多種材料，形成物理阻隔來減少沉積物與上覆水的接觸，進(jìn)而阻礙污染物從沉積物中釋放的治理方法。早在上個(gè)世紀(jì)70年代，原位覆蓋技術(shù)就開始應(yīng)用于污染沉積物的治理，其抑制污染物遷移的主要機(jī)理有：（1）在沉積物-上覆水之間形成了物理阻隔，能有效阻隔污染物向上覆水中釋放;（2）覆蓋材料對(duì)污染物具有一定的吸附能力，吸附在材料上的污染物，遷移轉(zhuǎn)化效率降低，同時(shí)可以得到降解;（3）覆蓋材料中含有穩(wěn)定污染物的化學(xué)成分，如磷污染沉積物添加富含鐵離子的紅土作為覆蓋材料，F(xiàn)e3+能有效結(jié)合游離的磷酸根而形成沉淀，使游離的磷酸根穩(wěn)定化。目前，原位修復(fù)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，日本的Akanoi海灣、華盛頓Denny海灣、哈密爾頓海港已經(jīng)采用大規(guī)模的沉積物原位覆蓋工程，對(duì)營養(yǎng)鹽、有機(jī)污染物、重金屬具有較好的控制效果，使用較多的覆蓋材料主要有沙土、土工織物、沸石等[5]。原位覆蓋技術(shù)具有控制污染物種類多、操作簡便、處理成本較低、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，但是存在對(duì)原有底棲生態(tài)系統(tǒng)干擾較大、污染物并未根本去除等問題。

1.2 化學(xué)鈍化 化學(xué)鈍化是指向沉積物中添加化學(xué)藥劑來將污染物轉(zhuǎn)化為沉淀、無毒害的形態(tài)，或者提高原有環(huán)境中的氧化還原電位，通過促進(jìn)氧化反應(yīng)的發(fā)生使得污染物氧化分解的一種治理方法。原位化學(xué)鈍化法于上個(gè)世紀(jì)80年代開始研究并應(yīng)用，在污染物磷和重金屬的治理方面起到良好的效果。以污染物磷為例，目前最為常用的化學(xué)鈍化劑有鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、硝酸鹽，其主要機(jī)理是鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽容易和磷結(jié)合形成沉淀而使磷酸根遷移轉(zhuǎn)化能力下降，硝酸根能提高沉積物的氧化還原電位，抑制Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，進(jìn)而抑制鐵、磷的釋放[6]。West Twin Lake、White Lake等湖泊已經(jīng)采用鋁鹽作為沉積物中磷的鈍化劑，長期實(shí)驗(yàn)記錄表明對(duì)沉積物中磷的鈍化作用可以維持5～12年之久[7]。鈍化劑的使用量難以確定，容易造成二次污染是化學(xué)鈍化技術(shù)發(fā)展的主要限值因素，但因其反應(yīng)迅速，一般作為污染應(yīng)急處理。

1.3 原位生物修復(fù) 原位生物修復(fù)的主要機(jī)理是微生物、植物對(duì)污染物較強(qiáng)的氧化代謝、吸收、富集作用，進(jìn)而達(dá)到污染物凈化的目的。一般是在污染沉積物上種植能夠過量吸收某種污染物的沉水植物或者挺水植物。如利用苦草對(duì)磷具有較強(qiáng)的吸收作用、菹草對(duì)重金屬Zn的強(qiáng)富集性。此外，由于部分微生物能夠耐受重污染物、代謝污染物的較高活性特點(diǎn)，微生物在沉積物修復(fù)中的作用也被重視。一般方法為強(qiáng)化土著微生物的凈化效果、添加能夠分解特種污染物的微生物種群[8]。由于植物根系能給微生物提供良好的生存環(huán)境，故植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)也得到了很好的應(yīng)用。原位生物修復(fù)技術(shù)不僅對(duì)污染物具有較好的凈化效果，而且生長的植物在一定程度上還具有景觀和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。相比于其他修復(fù)方法，生物修復(fù)技術(shù)是最為經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的一種，但是生物生長較為緩慢，生物修復(fù)具有修復(fù)速率慢的缺點(diǎn)[9]。

1.4 原位曝氣 黑臭水體是目前城市中主要的水環(huán)境問題，其發(fā)生的主要原因是大量有機(jī)污染物的涌入，使得水體中溶解氧消耗殆盡，導(dǎo)致相關(guān)底質(zhì)中還原反應(yīng)發(fā)生，生成H2S、NH4等臭氣以及FeS、MnS等黑色沉淀[10]。而在沉積物上設(shè)置原位曝氣裝置，對(duì)水體進(jìn)行人工強(qiáng)化復(fù)氧，可以使有機(jī)污染物迅速徹底降解，同時(shí)在一定程度上也抑制了沉積物中其他污染物。原位曝氣法是一種環(huán)保、高效處理有機(jī)污染物的方法，但處理成本較高。

2 異位修復(fù)

異位修復(fù)法是指采用一定的方法手段將沉積物從原有的位置轉(zhuǎn)移出來后再采取相關(guān)的修復(fù)措施。異位修復(fù)技術(shù)主要包括底泥疏浚、異位淋洗和玻璃化等。

2.1 疏浚 疏浚是指采用機(jī)械的方法清除河流中淤積的污染底泥，目前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用。尤其在我國較為嚴(yán)重的富營養(yǎng)化湖泊和河流的治理中，清淤工作已經(jīng)是修復(fù)方案中重要步驟?！笆濉逼陂g，中國環(huán)境科學(xué)研究院依托太湖“863”項(xiàng)目開展了底泥精確薄層疏浚技術(shù)、細(xì)顆粒防擴(kuò)散技術(shù)與堆場(chǎng)二次污染防治技術(shù)的研究，并建立了污染底泥生態(tài)疏浚示范工程。生態(tài)疏浚技術(shù)在我國也已逐漸成熟，并已取得良好工程實(shí)踐效果。疏浚能夠永久消除污染沉積物對(duì)上覆水水質(zhì)的影響，但耗費(fèi)高，底泥的二次修復(fù)也增加的處理成本，且疏浚過程中會(huì)導(dǎo)致大面積的沉積物再懸浮，這一過程也促使污染物的二次釋放[11]。

2.2 異位淋洗及玻璃化 異位淋洗是指將污染沉積物從河底轉(zhuǎn)移，然后加入淋洗劑，使得污染物從沉積物中分離到淋洗劑，從而達(dá)到凈化沉積物的目的。沉積物的異位淋洗技術(shù)主要去除重金屬，是從土壤淋洗技術(shù)發(fā)展而來，目前在國外應(yīng)用較多，國內(nèi)由于環(huán)境條件不適、沉積物淋洗成本高、設(shè)備技術(shù)不完善等原因暫時(shí)沒有得到應(yīng)用[12]。玻璃化是指對(duì)沉積物進(jìn)行高溫處理，其中有機(jī)以及部分無機(jī)污染物受熱揮發(fā)而去除的過程。玻璃化極易產(chǎn)生二次污染，目前應(yīng)用較少。

3 結(jié)語

隨著地表水體修復(fù)技術(shù)大力發(fā)展，沉積物作為內(nèi)源污染源的治理工作已經(jīng)被重視。沉積物原位修復(fù)技術(shù)相比于異位具有3個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：（1）技術(shù)簡單、處理成本低，可以進(jìn)行大規(guī)模工程化處理;（2）減少了沉積物再懸浮而釋放污染物的可能性;（3）降低了污染物的遷移轉(zhuǎn)化能力，對(duì)污染物具有穩(wěn)定化的效果。但是目前化學(xué)鈍化、原位覆蓋等原位修復(fù)技術(shù)對(duì)底棲生物的影響暫未探明，而且原位修復(fù)技術(shù)從根本上也未消除污染物。異位修復(fù)法雖然能夠較為徹底地消除沉積物對(duì)上覆水水質(zhì)的影響，但是存在操作技術(shù)難度高、成本高、對(duì)底棲生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毀滅性的破壞等缺陷。因此，原位修復(fù)技術(shù)如何能夠高效控制污染物并且加強(qiáng)污染物的自然降解過程，異位修復(fù)技術(shù)如何高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行，值得相關(guān)研究者、工作者深入探討。

參考文獻(xiàn)

[1]方明，吳友軍，劉紅，等.長江口沉積物重金屬的分布、來源及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（02）：563-569.

[2]王嵐，王亞平，許春雪，等.長江水系表層沉積物重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2012，33（08）：2599-2606.

[3]李慧，周易勇，余能智.錦江河沉積物磷形態(tài)與吸附行為及磷釋放風(fēng)險(xiǎn)[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2017，38（04）：27-35.

[4]李乾松，王慶國.黑臭水體底泥原位治理技術(shù)研究[J].人民長江，2018，49（S2）：43-46.

[5]亢增軍，袁林江，孔海霞.3種覆蓋材料對(duì)底泥磷釋放的抑制及影響因素研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，14（03）：202-205.

[6]楊永瓊，陳敬安，王敬富，等.沉積物磷原位鈍化技術(shù)研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2013，28（06）：674-684.

[7]夏蕾.功能土原位覆蓋抑制黑臭水體底泥磷釋放[D].成都：成都理工大學(xué)，2017.

[8]孟范平，劉宇，王震宇.海水污染植物修復(fù)的研究與應(yīng)用[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2009，28（05）：588-593.

[9]劉大海，李彥平，李鐵剛，等.海洋沉積物修復(fù)技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展方向初探[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2017，40（S1）：150-156.

[10]徐敏，姚瑞華，宋玲玲，等.我國城市水體黑臭治理的基本思路研究[J].中國環(huán)境管理，2015，7（02）：74-78.

[11]Perelo L W. 2010. Review： In situ and bioremediation of organic pollutants in aquatic sediments[J]. Journal of Hazardous Materials，177（1-3），81-89.

[12]張文，徐峰，楊勇，等.重金屬污染土壤異位淋洗技術(shù)工藝分析及設(shè)計(jì)建議[J].環(huán)境工程，2016，34（12）：177-182+187.

（責(zé)編：王慧晴）