我國(guó)河道底泥污染修復(fù)研究與應(yīng)用進(jìn)展*

盧先春，李彰鑫，侯鋒，龐洪濤，江樂(lè)勇

1.國(guó)投信開水環(huán)境投資有限公司；2.北京信通碧水再生水有限公司

中共中央、國(guó)務(wù)院2021年11月印發(fā)《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》（以下簡(jiǎn)稱《意見》），《意見》提出的主要目標(biāo)是，到2025年，生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善，城市黑臭水體基本消除，生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性持續(xù)提升，生態(tài)環(huán)境治理體系更加完善，生態(tài)文明建設(shè)實(shí)現(xiàn)新進(jìn)步；到2035年，生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)，美麗中國(guó)建設(shè)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)；針對(duì)深入打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)，《意見》要求持續(xù)打好城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)。

河流是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有通航、文化、娛樂(lè)、休閑、景觀等多種功能，對(duì)于豐富城市景觀多樣性，提高城市生活質(zhì)量具有重要意義。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，大量生活污水和工業(yè)廢水排入城市河流，造成了嚴(yán)重污染。黑臭水體是指水體變黑并散發(fā)惡臭氣體的現(xiàn)象，是有機(jī)物腐敗引起的極端狀況，城市中的黑臭水體會(huì)影響城市景觀和人們?nèi)粘Ｉ睢：恿鞒练e物可以不斷積累污染物，如揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、農(nóng)藥、微量金屬、營(yíng)養(yǎng)素（N，P）、病原體、重金屬等，可以通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)黑色臭味水體并分析黑臭水體和正常水體的光譜特征的差異。

河水中懸浮物不可避免地會(huì)沉積為河道底泥，底泥與上覆水體會(huì)發(fā)生互相影響。河流沉積物污染是水污染的積累，被稱為內(nèi)源性污染。河流沉積物對(duì)上覆水體的影響是巨大的，即使完全截留污水，由于沉積物污染物的釋放，水體也可能會(huì)變黑發(fā)臭。我國(guó)大多數(shù)黑臭河流已積累了幾十年的沉積物，沉積物的厚度通常超過(guò)1m。采用工程措施不可能去除所有污泥，污泥仍然是一種新的污染源，清除的底泥很容易形成二次污染，甚至污染物濃度可能會(huì)在短期內(nèi)增加。清淤將帶走河流的底棲生物和微生物，這可能被破壞長(zhǎng)期的生態(tài)平衡，打斷生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈，引起新的環(huán)境問(wèn)題。

一、河道污染對(duì)水質(zhì)的影響

由富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的黑臭水體是我國(guó)河流的普遍現(xiàn)象。污染的底泥不斷將有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽釋放到上游的水體中，使河流水質(zhì)持續(xù)惡化。底部污泥的耗氧量是河水耗氧量的重要組成部分，加劇了河道的耗氧率，導(dǎo)致河道出現(xiàn)黑色臭味。沉淀物反硝化和甲烷化引起的大量黑色臭味底泥的漂浮是造成河水黑色臭味的直接原因。對(duì)于河流沉積物的處理，截污措施是基礎(chǔ)，但是僅靠截污并不能有效地抑制河流底泥的污染。還必須與其他修復(fù)措施相結(jié)合，對(duì)釋放沉積物污染進(jìn)行有效控制。底泥也是底棲生物的棲息地，也是城市河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是城市河流自凈能力的關(guān)鍵要素，沉積物的修復(fù)和處理是城市河流綜合治理的重要組成部分。

二、河道底泥修復(fù)與處理技術(shù)

水環(huán)境綜合治理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，結(jié)合河道實(shí)際情況，治理手段以工程措施為主。黑臭水體的治理不能采取某種單一的治理手段，而是采取內(nèi)外兼修的治理手段，總體思路是綜合采取切斷外部污染源，處置河道內(nèi)部存量污染物，人工強(qiáng)化河道水動(dòng)力三大措施。

根據(jù)不同的處理方法，城市河流被污染的沉積物的處理技術(shù)可以分為異地處理和原地處理。異地處理技術(shù)是指挖掘受污染的沉積物并將其轉(zhuǎn)移到特殊地方進(jìn)行相應(yīng)處理的方法。原位處理技術(shù)無(wú)需將污染的沉積物從水體中清除，而是通過(guò)各種處理技術(shù)，減少受污染的沉積物的體積，減少污染物的數(shù)量，減少污染物的溶解度、毒性或遷移，并減少污染物的釋放。異地處理技術(shù)主要包括清淤以及清淤沉積物的處理和處置。清淤是黑臭河道底泥修復(fù)的主要手段，可有效解除水體內(nèi)源污染負(fù)荷，但工程成本大，清淤深度難以把握并且對(duì)底棲生態(tài)也會(huì)造成較大破壞。近年來(lái)，基于環(huán)境友好型的物理、化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)菌劑等底泥原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)逐漸興起。

國(guó)內(nèi)外在黑臭河道的治理與修復(fù)中常用的方法有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，不同方法都具有各自的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)河道的污染性質(zhì)和污染嚴(yán)重程度等因地制宜選擇合適的治理方法。

（一）物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)主要是通過(guò)物理方法來(lái)修復(fù)沉積物，例如通過(guò)截流污水來(lái)切斷沉積物的污染物來(lái)源，通過(guò)分流水沖刷河流中被污染的沉積物，或通過(guò)覆蓋來(lái)阻止沉積物污染物釋放到上層水體。截污是河流治理的基本手段，南明河是貴陽(yáng)市的“母親河”，屬長(zhǎng)江水系烏江支流，是長(zhǎng)江上游重要的生態(tài)屏障，全長(zhǎng)219公里，其中貴陽(yáng)市內(nèi)185公里。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市生產(chǎn)生活用水量迅速增加，南明河生態(tài)基流急劇下降，同時(shí)污水排放量激增，到2012年已成為重度黑臭水體。國(guó)投信開水環(huán)境投資有限公司在貴陽(yáng)市政府的指導(dǎo)下，按照“適度集中、就地處理、就近回用”的系統(tǒng)規(guī)劃治理理念，新建、改擴(kuò)建下沉式再生水廠23座，污水處理能力達(dá)116萬(wàn)m3/d，流域污水收集率達(dá)95%以上，河流國(guó)、省控?cái)嗝嫠|(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)100%，新莊國(guó)控?cái)嗝嫠|(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水IV類，河道7年未曾清淤，沉水植物物種達(dá)到11種，覆蓋度達(dá)80%以上，浮游植物58種，魚類物種達(dá)到29種，實(shí)現(xiàn)了水清岸綠、魚翔淺底、白鷺?lè)w的生態(tài)之河，為貴陽(yáng)市綠色城市建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了有力支撐。（見圖1）

圖1 新莊國(guó)控?cái)嗝嬷卫砬昂笏|(zhì)對(duì)比

清淤目的在于通過(guò)對(duì)河道底泥的清挖，有效地去除底泥中所含的污染物，削減水體污染物，恢復(fù)原河道的生態(tài)功能。水利工程河道底泥清淤工藝有干式、半干式以及濕式三種類型，濕式法是我國(guó)常用的河道底泥開挖方法，對(duì)于近距離輸送淤泥具有較大的優(yōu)勢(shì)。常用的河道清淤機(jī)械有抓斗式挖泥船和絞吸式挖泥船，絞吸式挖掘船是目前最為環(huán)保生態(tài)的施工方法，是利用挖泥船上附帶的旋轉(zhuǎn)刀設(shè)備對(duì)淤泥進(jìn)行剪切和外移，并將淤泥通過(guò)泵的加壓由管道外輸送至指定的淤泥處理站。采用絞吸式挖泥船清淤，既能控制清淤深度，又能將污染淤泥清走。絞吸式挖泥船在清淤過(guò)程中最大限度地減少了對(duì)水體的擾動(dòng)影響，能夠有效地保護(hù)河道堤防的生態(tài)建筑物以及沿線的生態(tài)物種，將河道深處的淤積層所固有的有機(jī)物或重金屬完整地外移出河道范圍，快速改善河道的生態(tài)環(huán)境。（見圖2）

圖2 作業(yè)中的絞吸式清淤船

污泥處理目前主要采用填埋或焚燒方法。填埋將挖出的污泥埋到地下，利用大自然的自我代謝能力，通過(guò)長(zhǎng)期的自然分解，達(dá)到無(wú)害的效果。填埋的優(yōu)點(diǎn)是投資較少，但是需要占用大量土地，可能會(huì)對(duì)土地、地下水造成二次污染。焚燒是另一種污泥處理方法，適合處理含有礦物質(zhì)和持久性有機(jī)質(zhì)豐富的底泥，尤其適用于土地資源緊張的地區(qū)。焚燒工藝能徹底地降解底泥中的微生物和持久性有機(jī)物等有害物質(zhì)。焚燒工藝占地面積小，但是運(yùn)行費(fèi)用較高，并會(huì)產(chǎn)生二噁英等二次污染，也不是一種可持續(xù)的方法。

對(duì)于主要的城市河流，當(dāng)河道淤積影響其航行、景觀和生態(tài)功能時(shí)，清淤是必不可少的選擇。在挖泥過(guò)程中必須采取環(huán)保方法，以盡量減少對(duì)水體的干擾。結(jié)合排污、底泥原位修復(fù)等工程技術(shù)措施，保持河道清淤的效果。必須對(duì)清淤排出的污染底泥進(jìn)行適當(dāng)處理，以減少二次污染。對(duì)于小河流和支流，應(yīng)盡可能避免進(jìn)行清淤工程，并且僅在沉積了大量沉積物后才能進(jìn)行環(huán)境清淤。

（二）化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是指向河道底泥中投加化學(xué)藥劑，降解轉(zhuǎn)化或固化底泥中的污染物，進(jìn)而降低污染物的遷移釋放和毒性。投加的主要藥劑包括硝酸鈣、過(guò)氧化鈣、高錳酸鹽、雙氧水、臭氧、Fenton試劑和過(guò)硫酸鹽等。廣泛使用的硝酸鈣能起到提高底泥氧化還原電位、抑制磷釋放、控制含硫化合物和氧化亞鐵離子進(jìn)而抑制或消除底泥黑臭的作用，過(guò)氧化鈣作為釋氧劑可以提高環(huán)境介質(zhì)溶解氧從而抑制底泥中磷的釋放，過(guò)硫酸鈉具有較好的強(qiáng)氧化性、穩(wěn)定性、水溶性，對(duì)石油類污染物具有良好的降解效果。

除了可監(jiān)測(cè)的自然修復(fù)外，原位生物修復(fù)一般可分為生物刺激、生物強(qiáng)化、植物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)方法。自然恢復(fù)是利用河流的自凈能力來(lái)降解污染物；而后者則是通過(guò)生物刺激或生物強(qiáng)化的方法進(jìn)行人工干預(yù)。生物刺激是指投加電子受體，如活性炭、硝酸鹽、鐵鹽等來(lái)提高底泥的氧化還原電位，促進(jìn)微生物的活性。不同的電子受體，可以將底泥的氧化還原電位提高到不同的級(jí)別。投加硝酸鈣提高底泥氧化還原電位的效果較好。生物強(qiáng)化是指投加特定菌種來(lái)降解特定的污染物。

化學(xué)修復(fù)技術(shù)操作簡(jiǎn)單，只需向河道投加一定的化學(xué)藥品即可。缺點(diǎn)是化學(xué)藥品用量不好控制，投加少了起不到效果，投加多了會(huì)使河道內(nèi)的生物受到損害，可能會(huì)造成魚蝦死亡，水體生態(tài)系統(tǒng)遭到一定的破壞。化學(xué)修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵在于確定好化學(xué)用藥量，可依據(jù)底泥理化性質(zhì)，對(duì)幾種化學(xué)修復(fù)劑進(jìn)行定量組合，既實(shí)現(xiàn)底泥有機(jī)污染物的高效降解，又可有效控制河流水質(zhì)階段性劣變。

（三）生物修復(fù)技術(shù)

底泥的異位修復(fù)方法最常見的為底泥疏浚，但底泥疏浚過(guò)程中會(huì)帶來(lái)底泥惡臭釋放及滲出液等環(huán)境二次污染問(wèn)題。疏浚出的底泥處置成本較高，相比之下作為一種處理效率高、成本低、環(huán)境影響小的原位生物修復(fù)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。生物修復(fù)主要是利用微生物降解環(huán)境污染物并消除或減少其毒性的過(guò)程，可以處理大面積的污染。被污染的沉積物可以被修復(fù)，或者可以被原位修復(fù)、治理成本很低，僅為現(xiàn)有環(huán)境工程技術(shù)的一小部分，可以最大限度地減少污染物濃度，并最大限度地恢復(fù)受污染環(huán)境的生態(tài)功能，不會(huì)造成二次污染。

生物修復(fù)技術(shù)可以分為原位修復(fù)和異位修復(fù)。前者是在原地直接生物修復(fù)受污染的沉積物而不進(jìn)行挖泥，而后者是指將受污染的沉積物運(yùn)輸?shù)狡渌胤健＜惺缴镄迯?fù)主要用于疏浚后的沉積物處理。微生物主要通過(guò)氧化、還原和水解來(lái)分解有機(jī)物。微生物通過(guò)分泌細(xì)胞外酶降解有機(jī)物，并將污染物分解為可被微生物細(xì)胞吸收的小分子物質(zhì)，最終被細(xì)胞內(nèi)酶降解。生物修復(fù)是自然生物降解過(guò)程的增強(qiáng)。一般包括直接向污染沉積物中添加微生物，或者為微生物的生存創(chuàng)造良好的條件，如添加酶，提供電子受體代謝底物和微生物。

作為河道清淤工程的補(bǔ)充，底泥的原位生物修復(fù)技術(shù)是可行有效的。原位生物修復(fù)劑可以使用高效微生物或微生物菌群，或本地微生物制劑。微生物菌群的處理效果優(yōu)于單一微生物，本土微生物制劑的處理效果優(yōu)于通用微生物菌群。原位生物修復(fù)劑也可以使用復(fù)雜的酶制劑，如提供微生物營(yíng)養(yǎng)素、生物促進(jìn)劑、生物解毒劑、電子受體共代謝底物、緩沖劑、表面活性劑等，它們?yōu)槲⑸锏纳L(zhǎng)提供了良好的條件，或者提高了污染物的生物利用度，從而促進(jìn)了微生物對(duì)沉積物的修復(fù)。具體的生物修復(fù)劑配方和施用方法可以根據(jù)河底和河底污染物的類型而定。根據(jù)溫度、河流水力條件等因素，制定適當(dāng)?shù)脑簧镄迯?fù)計(jì)劃，以進(jìn)行河流沉積物生物修復(fù)和淤泥生物修復(fù)。

植物修復(fù)技術(shù)也是一種在環(huán)境污染領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的生物強(qiáng)化技術(shù)，其主要利用植物或植物根的降解、吸收和代謝來(lái)降低污染物的毒性，例如在深水區(qū)的沉積物上種植沉水植物，在淺層沉積物上種植應(yīng)急植物，在這方面已經(jīng)有許多成功的案例。

相比于底泥清淤、掩蔽技術(shù)、化學(xué)修復(fù)等，生物修復(fù)具有對(duì)環(huán)境干擾小、投入成本少等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)有效的方法。但是由于生物修復(fù)技術(shù)具有生物自身特性中的局限性，所以生物生長(zhǎng)周期也導(dǎo)致降解速度相對(duì)較慢且不徹底。生物修復(fù)技術(shù)無(wú)法用于水質(zhì)污染特別嚴(yán)重的河道，一般只作為一種底泥修復(fù)的輔助手段和后期運(yùn)營(yíng)保持水質(zhì)的一種技術(shù)方法。

三、結(jié)論

對(duì)于受污染的河流底泥，異位修復(fù)是一種快速有效的方式。理想的方法不是清淤，而是利用微生物直接分解污染物，將污泥中的有機(jī)物降解為水和二氧化碳，以及通過(guò)微生物自身的生長(zhǎng)和繁殖，以實(shí)現(xiàn)減少底部污泥的目的。這樣可以減少挖泥，減少挖泥的數(shù)量，節(jié)省大量的挖泥費(fèi)用，并減少挖泥對(duì)環(huán)境的干擾。

物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)技術(shù)不僅可以用于處理和處置從河道中清除的沉積物，還可以用于河流沉積物的原位修復(fù)。近年來(lái)，原位生物修復(fù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外河流管理中被廣泛應(yīng)用。不同的修復(fù)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，將其進(jìn)行組合應(yīng)用到底泥原位修復(fù)過(guò)程中可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同治理的修復(fù)效果。