河流濕地底泥疏浚與原位處理關(guān)鍵技術(shù)集成

鄭福山 鄭偉 隋靜 盧瑛

摘? 要：我國(guó)的地域廣袤、河流眾多，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的環(huán)境下，很多水體環(huán)境都受到了不同程度的污染情況，而底泥則是一個(gè)重要的污染源。為了能做好底泥疏浚工作，需要與原位處理技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到更好的污染治理效果，從而保障我國(guó)可持續(xù)發(fā)展。本文對(duì)河流濕地底泥疏浚與原味處理關(guān)鍵技術(shù)集成進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：河流濕地;底泥疏浚;原位處理技術(shù);集成

1、前言

對(duì)于河流底泥的治理已經(jīng)成為了我國(guó)近年來水體環(huán)境治理的一項(xiàng)重要研究方向，這也是解決河水黑臭、毒害的根本辦法。為了能夠達(dá)到更好的處理效果，本文原位處理技術(shù)相結(jié)合，從物理、化學(xué)和生物三方面修復(fù)技術(shù)來探討河流濕地底泥疏浚工作的優(yōu)缺點(diǎn)。

2、河流濕地底泥特點(diǎn)

2.1底泥物化性質(zhì)

首先是底泥的顆粒物組成。在河流濕地的底泥中，大部分都由粉砂和粘粒，并且在受到污染程度越大的底泥中，其細(xì)小顆粒的占比也就越高。其次是陽離子交換量。探究底泥的陽離子交換量主要在于其表征底泥吸附性質(zhì)，而在經(jīng)過研究可以發(fā)現(xiàn)，河流濕地的底泥陽離子交換量由有機(jī)交換基和無機(jī)交換基組成。其中有機(jī)交換基一般為腐殖質(zhì)酸，而無機(jī)交換基一般為黏土礦物。底泥的陽離子交換量與很多因素都有關(guān)系，包括但不限于有機(jī)質(zhì)、沉積物顆粒等一些因素。最后則是有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)能夠有效地表明底泥的有機(jī)污染情況，一般來說，底泥里的有機(jī)質(zhì)一般為腐殖質(zhì)和有機(jī)氮、有機(jī)磷等，比如說蛋白質(zhì)、氨基酸、胡敏素等。無機(jī)質(zhì)則指的是一些氧化物，比如說二氧化硅、三氧化二鋁、氧化錳等，以及各種形態(tài)的無機(jī)氮和無機(jī)磷。無機(jī)質(zhì)也能夠體現(xiàn)水體的污染情況，不同的污染情況中期無機(jī)質(zhì)種類與組成也不相同[1]。

2.2底泥的分層

底泥一般會(huì)分為三層。第一層為浮泥層，該層一般是黑色絮狀物，具有非常大的含水率，并且粒徑都較小，一般都是以粉砂為主。一般來說其厚度在3厘米左右，與水體直接相鄰。在浮泥層中，其污染物含有量要高于水體和下兩層，且能夠作為中間介質(zhì)來運(yùn)輸污染物。第二層為近代沉積層，其具有1-3米范圍內(nèi)的厚度，總體顏色也呈黑色，但是結(jié)構(gòu)更為疏松，一般是由一些植物、動(dòng)物的殘骸以及一些有機(jī)垃圾組成，在該層中金屬污染物含量要高于其他兩層，并且具有強(qiáng)烈的刺激性氣味。最后一層則是原始沉積層，該層總體呈黃色，是一類污染物較少的正常沉積層，但是其含水量并不高。

2.3底泥的污染物

底泥中的污染物也分為三種。第一種是有機(jī)污染物，一般會(huì)分為一般有機(jī)物和難講解有毒有機(jī)物。一般有機(jī)物與該水體中的生物種類有著很大的關(guān)系，而達(dá)到重污染水平的水體中，其碳氮比一般都大于十，并且該污染基本來自于陸源。難降解有毒有機(jī)物則是由于農(nóng)業(yè)、工業(yè)上的污染物沉降吸附在土壤顆粒上，最終在底泥中沉積。第二種是營(yíng)養(yǎng)鹽，在外源污染得到控制的情況下，底泥中的氮磷元素將是這種污染物的主要來源，會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，使得藻類大量繁殖，而藻類生長(zhǎng)或者腐爛過程又將會(huì)消耗大量的氧氣，使得其他生物無法生存，且氮含量太高也導(dǎo)致了其他機(jī)體會(huì)受到毒害。最后則是重金屬污染物，這種污染物的降解難度很大，大多都是因?yàn)楣I(yè)廢水的排入，一般來說，重金屬污染物最后將通過食物鏈到達(dá)人類端，從而損害人體，而我國(guó)水體中的重金屬污染在世界各國(guó)中也較為嚴(yán)重[2]。

3、原位處理技術(shù)特點(diǎn)與分類

原位處理法是目前地下水污染治理中的應(yīng)用熱點(diǎn)，其并不需要大量的資金和設(shè)備的投入，對(duì)水體造成的影響非常小，而污染治理效果卻很強(qiáng)，是目前地下水污染治理技術(shù)的趨勢(shì)。一般來說，原位處理技術(shù)有加藥法、土壤改性法、沖洗法、射頻放電加熱法等。加藥法就是通過井群系統(tǒng)來將被污染的水體中施加一類化學(xué)藥劑，使得底泥中的污染物質(zhì)能夠被有效降解或者形成沉淀。土壤改性法則是在土壤的粘土層中注射表面活性劑或者是有機(jī)改性物質(zhì)，使得粘土有機(jī)化，從而達(dá)到對(duì)水體中污染物的吸附作用。沖洗法則是將空氣注入污染水體中，而污染物的一些揮發(fā)性組分將會(huì)隨著空氣一起上浮，通過蒸汽沖洗的方式熱降解有害物質(zhì)。這種方法主要是針對(duì)于一些烴類污染物。射頻放電加熱法則是利用電流來講解污染物，但是該過程需要注意重金屬很容易形成沉淀，會(huì)造成堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致處理效果不高。

4、河流濕地底泥疏浚與原位處理關(guān)鍵技術(shù)的集成

4.1物理處理技術(shù)

4.1.1工程清淤技術(shù)

目前我國(guó)擁有各類工程清淤技術(shù)，且各類工程清淤技術(shù)的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)都各不相同。一般來說，工程清淤技術(shù)分為排干清淤和水下清淤兩種。排干清淤一般由干挖清淤、水力沖挖和抓斗式清淤三種情況，但是這三種方式無一例外都需要排干河道的水流，從而影響了河道通航情況，所以在排干清淤過程中很容易導(dǎo)致河道兩邊的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，并且該方式也特別受氣候條件的影響，清淤效果也不夠好，甚至?xí)斐捎倌嗷赜俚那闆r。

4.1.2環(huán)保清淤技術(shù)

與工程清淤不同，環(huán)保清淤的主要特點(diǎn)就在于清淤的深度和其位置，通過合適的清淤點(diǎn)和一定的環(huán)保清淤設(shè)備來進(jìn)行清淤工作，從而在改善污染情況的基礎(chǔ)下避免了對(duì)水體環(huán)境的破壞。一般來說，環(huán)保清淤和一般的工程清淤最大的差別就在于環(huán)保清淤對(duì)于施工精度、清挖邊界、底泥擴(kuò)散限制等方面比工程清淤的要求要高很多，無論是精度還是控制范圍都要優(yōu)于工程清淤。目前國(guó)家也在大力投入環(huán)保清淤技術(shù)，但是因?yàn)樵摷夹g(shù)的設(shè)備特殊，我國(guó)目前還并未生產(chǎn)出完全自主研發(fā)的環(huán)保清淤設(shè)備，大多還是依賴進(jìn)口。

4.1.3底泥覆蓋技術(shù)

底泥覆蓋技術(shù)就是底泥疏浚和原位處理技術(shù)的有效集成。其是指通過一種阻隔能力較強(qiáng)的清潔材料來覆蓋底泥，這樣就能夠有效的阻止底泥中的污染物向上擴(kuò)散，污染上覆水體。一般來說，覆蓋材料都會(huì)使用一些天然材料，比如說一些清潔的泥沙、礫石和腐殖質(zhì)，當(dāng)然也有很多底泥疏浚工程中會(huì)采用人工合成材料。目前在水體治理領(lǐng)域中提出了一種活性覆蓋理念，通過一些復(fù)合材料來有效過濾底泥中的某些污染物。比如說在富營(yíng)養(yǎng)化的水體中，通過水鐵礦/方解石活性復(fù)合材料能夠有效地控制底泥的氮磷元素和鐵元素的釋放。因?yàn)榈啄喔采w技術(shù)會(huì)破壞底棲環(huán)境，也會(huì)降低水深，一旦大規(guī)模使用還需要投入巨大的成本，所以該技術(shù)一般只用在小規(guī)模的水體治理中。

4.1.4人工復(fù)氧技術(shù)

在物理治理方法中，人工復(fù)氧技術(shù)已經(jīng)通過了多方實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并探明其具有非常好的污染抑制能力。通過人工復(fù)氧技術(shù)能夠有效地抑制住底泥的污染物釋放。一般來說，人工復(fù)氧技術(shù)包括有純氧、復(fù)氧、水下射流復(fù)氧和鼓風(fēng)-微孔曝氣復(fù)氧等。在人工復(fù)氧技術(shù)中，曝氣是一項(xiàng)非常重要的工作，曝氣量、曝氣深度和曝氣方式都能夠?qū)Φ啄辔廴镜囊种飘a(chǎn)生影響。目前通過實(shí)驗(yàn)證明，在低強(qiáng)度下的連續(xù)曝氣能夠?qū)⑽廴疽种颇芰ψ畲蠡⑶以摲绞较碌哪芰肯囊膊⒉淮?，底泥曝氣要比水曝氣效果更佳，并且曝氣的深度越大，其抑制力就越大。人工?fù)氧技術(shù)目前是行業(yè)內(nèi)比較流行的技術(shù)，因?yàn)槠涑杀镜?、效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)也被認(rèn)為是未來水體治理技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

4.2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

在河流濕地底泥疏浚工程中，化學(xué)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用其實(shí)并不多，一般也只分為兩種。第一種是化學(xué)增氧技術(shù)，就是通過設(shè)備或者人力向底泥中投入一種含氧量非常高的化合物，使得底泥中能夠具有充分的氧氣來分解掉一些有機(jī)質(zhì)，這部分技術(shù)國(guó)內(nèi)一直處于缺失狀態(tài)，近幾年才興起，但是國(guó)外在這方面有許多案例和技術(shù)可以借鑒。第二種是化學(xué)固化技術(shù)，就是通過向底泥中投入一定的化學(xué)藥劑，從而將底泥中的一些營(yíng)養(yǎng)鹽固定起來，使得其在底泥中獨(dú)立分層，達(dá)到封閉效果，使得其他污染物無法釋放。目前在清淤工程上最常使用的是鋁鹽、鈣鹽、鐵鹽等，比如說硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化鈣等。使用化學(xué)修復(fù)技術(shù)還是需要施工人員非常謹(jǐn)慎，因?yàn)楦黝惢瘜W(xué)藥劑的投入都有可能會(huì)造成水體環(huán)境的破壞，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)，所以化學(xué)修復(fù)技術(shù)一般也不會(huì)長(zhǎng)期運(yùn)用在底泥疏浚工過程中，大多都是緊急情況時(shí)才使用[3]。

4.3生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)一般會(huì)分為土著微生物定向擴(kuò)培和生物強(qiáng)化兩方面內(nèi)容。

4.3.1土著微生物定向擴(kuò)培

所謂土著微生物定向擴(kuò)培技術(shù)，就是指利用水體中本來就已經(jīng)存在的微生物進(jìn)行培養(yǎng)，使其朝著規(guī)定的方向發(fā)展。首先是底泥生物氧化，就是通過呼吸代謝的途徑來誘導(dǎo)土著微生物能夠定向擴(kuò)增，使得一些能夠?qū)е挛廴镜奈⑸锷L(zhǎng)和繁殖能夠收到抑制，并且通過對(duì)電子受體、共代謝底物等技術(shù)的組合達(dá)到在氧氣稀缺條件下的生物氧化效果，從而有效地減小有機(jī)質(zhì)的含量，凈化了水體。其次就是生物促進(jìn)劑，所謂生物促進(jìn)劑，就是一些酶、電子受體、共代謝底物、微生物促升劑等，這些促升劑能夠有效地幫助土著微生物生長(zhǎng)和繁殖，從而達(dá)到對(duì)氮氨和磷酸鹽的有效轉(zhuǎn)化和處理，目前也應(yīng)用非常廣。

4.3.2生物強(qiáng)化

所謂生物強(qiáng)化技術(shù)，就是通過選擇一些能夠有效處理污染的微生物來進(jìn)行培養(yǎng)和馴化，經(jīng)過多輪篩選之后將菌種投入到污染底泥中，從而有效地處理掉底泥中的污染物，使得底泥的污染性能夠降低。目前生物強(qiáng)化技術(shù)已經(jīng)非常廣泛，不過雖然生物強(qiáng)化能夠有效地解決底泥污染問題，但是無法解決底泥降解和土著微生物減量的問題，這也是后續(xù)科研工作中需要解決的問題。所以在引入生物時(shí)，要做好篩選工作，確保外源微生物的引入不會(huì)對(duì)本水體生態(tài)造成影響，考慮到其對(duì)于污染物降解的相關(guān)問題。

5、結(jié)束語

底泥疏浚與原位處理技術(shù)集成將能夠獲得更好的處理效果，本文介紹了物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三方面的內(nèi)容，針對(duì)于各自技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述。為了能夠促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效落實(shí)，我國(guó)應(yīng)該要對(duì)各項(xiàng)底泥治理技術(shù)投入更多的科研資源，解決我國(guó)當(dāng)前水體環(huán)境污染的嚴(yán)重問題，使得我國(guó)能夠以更好的姿態(tài)來面向國(guó)際。

參考文獻(xiàn)

[1] 張華俊，李森，張莉，張文磊，李秋華.不同原位處理對(duì)黑臭底泥污染物抑制效果分析[J].環(huán)境工程，2019，37（06）：37-41+72.

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[3] 鄧耀明.污染河道治理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2009，22（S2）：90-93.