河道沉積物污染與治理策略研究

黃東明

(中節(jié)能鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，深圳 福田 516200)

引言

河道沉積物污染是我國(guó)乃至全球河道治理、流域治理領(lǐng)域亟需解決的問題之一。沉積物在水流、溫度等外部因素的作用下會(huì)釋放出有害成分[1]，從而對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，甚至對(duì)人體健康造成威脅。

1 河道沉積物污染的成因

河道沉積物污染是指河流中的沉積物受到污染物的影響而導(dǎo)致其質(zhì)量和性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。了解河道沉積物污染的成因?qū)τ谥贫ㄓ行У闹卫聿呗灾陵P(guān)重要。下面將從人為因素以及自然因素的角度探討河道沉積物污染的成因及影響。

1.1 人為因素對(duì)河道沉積物污染的影響

河道沉積物污染是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境問題，其中人為因素在其中起了重要作用。

1.1.1 工業(yè)廢水排放對(duì)沉積物污染的影響

工業(yè)生產(chǎn)廢水中含有大量懸浮物、有機(jī)物、重金屬和其他污染物，這些物質(zhì)在排放到河道后會(huì)與沉積物發(fā)生相互作用，導(dǎo)致沉積物的污染程度增加。

工業(yè)廢水中的懸浮物、有機(jī)物會(huì)被沉積物吸附，使沉積物中有機(jī)質(zhì)的含量增加，并使沉積物的體積和質(zhì)量增加。這些懸浮物、有機(jī)物自身可能帶有一定的生物毒性，其在降解過程中會(huì)消耗大量溶解氧，從而影響河道水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工業(yè)廢水中的重金屬元素也是沉積物污染的重要因素，這些重金屬元素富集在固相物質(zhì)上，在隨水流運(yùn)動(dòng)的過程中，當(dāng)固相物質(zhì)的負(fù)載超過水體搬運(yùn)能力時(shí)，固相物質(zhì)就會(huì)被沉降下來，進(jìn)而在沉積物中富集。但表層沉積物中的重金屬并不穩(wěn)定，當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí)，河道表層沉積物中富集的重金屬會(huì)向水體中釋放，造成水體的二次污染[2]，從而對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毒性影響。當(dāng)其中的重金屬元素如鉛、鎘、鉻、鎳、汞等，濃度足夠高時(shí)，會(huì)對(duì)生物群體產(chǎn)生毒性作用，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成威脅。此外，工業(yè)廢水的排放還可能導(dǎo)致河道水體的酸堿度和溫度發(fā)生變化，進(jìn)而影響沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)，這些變化可能導(dǎo)致沉積物的結(jié)構(gòu)被破壞，釋放出有毒有害物質(zhì)，進(jìn)一步破壞河道水生態(tài)系統(tǒng)。

1.1.2 農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)沉積物污染的影響

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、化肥和畜禽養(yǎng)殖廢棄物等，都可能通過地表徑流和沖刷作用進(jìn)入河道，形成河道沉積物并對(duì)原有沉積物產(chǎn)生影響。

農(nóng)藥通過地表徑流進(jìn)入河流后，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥殘留物在沉積物中富集，對(duì)水生生物和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的毒性風(fēng)險(xiǎn)?；实倪^量施用會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田中的養(yǎng)分過剩，并隨著沖刷和地表徑流進(jìn)入河道，使沉積物中的養(yǎng)分含量升高。畜禽養(yǎng)殖廢棄物中的有機(jī)物和養(yǎng)分會(huì)通過沖刷、滲漏、人為排放等原因進(jìn)入河道，導(dǎo)致沉積物的有機(jī)質(zhì)含量增加和養(yǎng)分富集。

1.1.3 城市活動(dòng)對(duì)沉積物污染的影響

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市活動(dòng)對(duì)河道沉積物污染產(chǎn)生了顯著影響。生活廢水中的有機(jī)物、氨氮、總磷等污染物質(zhì)，會(huì)因?yàn)槌鞘泄芫W(wǎng)雨污分流不徹底、污水收集率低、管網(wǎng)錯(cuò)接混接、管網(wǎng)病害等原因進(jìn)入河道水體內(nèi)，并與沉積物相互作用，導(dǎo)致沉積物的污染程度增加。道路上的汽車尾氣、揚(yáng)塵及大氣塵降及沖洗道路后夾雜大量顆粒物的污水，都會(huì)通過降雨或徑流進(jìn)入河道，形成新的河道沉積物。城市土地開發(fā)活動(dòng)中的水土流失會(huì)導(dǎo)致大量泥沙進(jìn)入河道，增加了河道沉積物的體積。同時(shí)，城市建設(shè)中的廢棄物及污水排放也會(huì)導(dǎo)致沉積物污染程度的增加。

1.2 自然因素對(duì)河道沉積物污染的影響

自然因素包括水流動(dòng)力學(xué)特性、水體環(huán)境條件以及水生生物活動(dòng)對(duì)沉積物沉積的影響。

1.2.1 水流動(dòng)力學(xué)特性對(duì)沉積物輸移的影響

水流動(dòng)力學(xué)特性是指水流的速度、流量、流向、湍流度等因素對(duì)沉積物輸移過程的影響。河道中的水流速度和流量大小直接影響著沉積物的懸浮和沉積過程。當(dāng)水流速度較快時(shí)，沉積物容易被懸浮在水中，并隨著水流的推動(dòng)而被搬運(yùn)。而當(dāng)水流速度變慢或停滯時(shí)，沉積物會(huì)沉積在河床上。因此，水流動(dòng)力學(xué)特性對(duì)河道沉積物的輸移和沉積過程起著重要的調(diào)控作用。

1.2.2 水體環(huán)境條件對(duì)沉積物沉積的影響

水體環(huán)境條件包括水體溫度、pH值、DO等因素，對(duì)沉積物的沉積過程有著直接影響。例如，河道水體溫度、pH值及DO的變化，直接影響水生物的生境，極易造成原有水生物死亡，使沉積物增加。河道水體溫度的升高，會(huì)造成水體中DO含量下降，從而影響沉積物中有機(jī)物的分解速率，進(jìn)而增加了河道沉積物的量。

1.2.3 水生生物活動(dòng)對(duì)沉積物沉積的影響

水生生物活動(dòng)是指水中生物體的生長(zhǎng)、繁殖和運(yùn)動(dòng)等活動(dòng)對(duì)沉積物沉積過程的影響。水生生物如藻類、浮游生物和底棲生物等在河道中的活動(dòng)會(huì)改變沉積物的分布和特性。

2 河道沉積物污染的治理策略

2.1 沉積物源頭控制策略

沉積物源頭控制策略是河道沉積物污染治理的首要環(huán)節(jié)，通過對(duì)污染物的產(chǎn)生和排放源頭進(jìn)行控制，可以有效減少沉積物的輸入，降低河道沉積物的污染程度。

2.1.1 工業(yè)廢水處理與排放控制

采取有效的工業(yè)廢水處理與排放控制措施是減少沉積物污染的關(guān)鍵步驟。工業(yè)企業(yè)應(yīng)建立完善的廢水處理系統(tǒng)，確保企業(yè)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水排放的監(jiān)管，通過在線監(jiān)測(cè)等手段，避免超標(biāo)廢水排放對(duì)河道造成的污染。此外，還可以通過推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，減少工業(yè)廢水的產(chǎn)生和排放，從根本上降低沉積物污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2 農(nóng)業(yè)面源污染治理

我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染形勢(shì)嚴(yán)峻。農(nóng)業(yè)面源污染主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、養(yǎng)殖污染、農(nóng)村生活污染等。為了有效治理農(nóng)業(yè)面源污染，首先，可以通過合理的農(nóng)田管理措施，如建立植物隔離帶、適量灌溉和有序耕作等，減少農(nóng)田表面徑流對(duì)河道的沖擊，降低沉積物的輸入量。其次，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)藥和化肥的管理和監(jiān)管，由于我國(guó)化肥利用率不高，需要推廣綠色農(nóng)業(yè)技術(shù)，減少農(nóng)藥和化肥的使用量和殘留物的排放，從而減少其對(duì)河道的污染。再者，需要加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村養(yǎng)殖場(chǎng)、魚塘的污染控制，并加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村生活污水的治理，保證污水能夠達(dá)標(biāo)排放，進(jìn)一步減少農(nóng)村生活污水對(duì)河道沉積物污染的影響。

2.1.3 城市污水處理與排放控制

為了有效治理城市污水對(duì)河道的污染，應(yīng)建立健全城市污水處理與排放控制系統(tǒng)。首先，城市應(yīng)建設(shè)規(guī)模適宜、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定的生活污水處理廠，對(duì)城市生活污水進(jìn)行有效處理，確保其達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。其次，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)城市污水管網(wǎng)的管理和維護(hù)，防止管網(wǎng)跑冒滴漏和偷排漏排現(xiàn)象的發(fā)生。此外，還應(yīng)推廣水資源回用技術(shù)，將處理后的污水用于農(nóng)田灌溉、綠化澆灌等，減少污水對(duì)河道的污染輸入，從而減少河道沉積物的輸入量。

2.2 沉積物搬運(yùn)與沉積控制策略

為了有效控制沉積物的搬運(yùn)與沉積，相關(guān)人員需要采取一系列的策略和措施。

2.2.1 河道水流動(dòng)力學(xué)調(diào)控

通過調(diào)控水流動(dòng)力學(xué)中的流速和流量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵參數(shù)，可以有效控制沉積物的搬運(yùn)與沉積過程。較高的流速可以使沉積物更容易被水流帶走，因此，采取增加水流流量、改變河道形狀等增加水流速度的措施，可以減少沉積物的沉積。此外，增加流量可以增加水流的沖刷力和輸移能力，從而減少沉積物的沉積。另外，還可以通過增加上游的水源供給、調(diào)整水庫(kù)的放水量和放水方式來增加流量，以達(dá)到控制沉積物沉積的目的。

2.2.2 沉積物沉積區(qū)域管控

通過合理管控沉積物的沉積區(qū)域，可以減少沉積物的積累和擴(kuò)散，從而有效控制沉積物污染。首先，根據(jù)沉積物的來源、沉積特征和沉積區(qū)域的地理環(huán)境等因素，將河道劃分為不同沉積區(qū)域，并對(duì)各個(gè)區(qū)域沉積物的沉積情況進(jìn)行評(píng)估，這樣可以有針對(duì)性地制定治理策略，優(yōu)先治理重點(diǎn)沉積區(qū)域。其次，可以通過建設(shè)沉積物攔截設(shè)施、設(shè)置沉積物沉淀區(qū)等方式，阻止沉積物的擴(kuò)散，并將其進(jìn)行集中處理。

2.2.3 沉積物輸移路徑調(diào)控

通過調(diào)控沉積物的輸移路徑，可以有效控制沉積物的搬運(yùn)和沉積。通過改變河道的彎曲程度、增加河道深度等方式，可以改變沉積物的輸移路徑，使其更容易被水流帶走，減少沉積。此外，還可以采取沉積物導(dǎo)流措施，通過設(shè)置導(dǎo)流堤壩、挖掘?qū)Я髑赖确绞?，將沉積物引導(dǎo)到指定區(qū)域進(jìn)行集中處理或再利用，這樣可以有效控制沉積物的搬運(yùn)和沉積，減少沉積物對(duì)河道的污染。

2.3 沉積物污染的修復(fù)與治理策略

2.3.1 沉積物污染修復(fù)技術(shù)的研究

沉積物污染修復(fù)技術(shù)的研究是解決河道污染問題的重要途徑之一。許多研究人員致力于開發(fā)和改進(jìn)各種沉積物污染修復(fù)技術(shù)，以恢復(fù)受污染河道的生態(tài)系統(tǒng)功能和水質(zhì)。

一種常見的沉積物污染修復(fù)技術(shù)是物理法，主要包括機(jī)械清除、深度挖掘及環(huán)保清淤等。在實(shí)際應(yīng)用過程中，選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)備和方法非常重要。例如，當(dāng)河道中存在大量沉積物和底泥時(shí)，使用挖掘機(jī)、吸污車、水利沖挖機(jī)組、絞吸船等機(jī)械可以有效清除含淤泥在內(nèi)的沉積物。但在實(shí)際操作過程中需要注意，機(jī)械清除可能會(huì)對(duì)河道的生態(tài)系統(tǒng)造成一定的破壞，因此工作人員在操作過程中需要謹(jǐn)慎操作，避免進(jìn)一步破壞河道的生態(tài)環(huán)境。

化學(xué)藥劑法目前已較少使用，主要包括投加吸附劑、氧化劑及沉淀劑。在實(shí)際應(yīng)用過程中，選擇合適的吸附劑、氧化劑及沉淀劑非常重要。例如，重金屬污染物可以選擇具有高吸附能力的吸附劑，有機(jī)污染物可以選擇適當(dāng)?shù)母呒?jí)氧化劑，而懸浮顆粒物污染可以通過投加適量的沉淀劑，促使懸浮顆粒物和溶解有機(jī)物在水中形成沉淀，從而凈化河道水體，但特別要注意的是，在此過程中需要考慮添加劑的投加量和添加方式，以確保其在沉積物中的均勻分布和有效作用，而且還不會(huì)造成二次污染。

生物修復(fù)技術(shù)也是一種常用的沉積物污染修復(fù)方法。該技術(shù)可以利用水生動(dòng)物、水生植物和微生物的生物學(xué)特性來降解和轉(zhuǎn)化污染物。在實(shí)際應(yīng)用過程中，選擇適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境和污染物特性的水生動(dòng)物、水生植物和微生物非常重要。水生動(dòng)物修復(fù)主要是利用水中生物如魚蝦類、底棲動(dòng)物類、浮游動(dòng)物類進(jìn)行水質(zhì)修復(fù)，并結(jié)合水生植物構(gòu)建完整的水下生物鏈。水生植物可以選擇具有較強(qiáng)吸收和降解能力的植物，如蘆葦、菖蒲、風(fēng)車草、再力花、美人蕉等。微生物修復(fù)需要選擇適當(dāng)?shù)木辏ㄈ缪挎邨U菌、EM菌），并考慮其適應(yīng)性和生存條件。此外，需要注意生物修復(fù)過程中的監(jiān)測(cè)和管理，以確保修復(fù)效果的持續(xù)和穩(wěn)定。

綜上所述，沉積物污染修復(fù)技術(shù)的研究涉及物理、化學(xué)和生物等多個(gè)領(lǐng)域。通過不同修復(fù)方法的結(jié)合，可以有效降低沉積物污染對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的影響[3]。不同的河道環(huán)境和污染物特性可能需要采用不同的修復(fù)策略，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中，工作人員需要綜合考慮各種因素，以制定出最合適的修復(fù)方案。

2.3.2 沉積物污染綜合治理方案的設(shè)計(jì)

沉積物污染綜合治理方案設(shè)計(jì)是解決河道污染問題的關(guān)鍵步驟之一。在設(shè)計(jì)綜合治理方案時(shí)，工作人員需要綜合考慮沉積物來源、污染物特性、河道環(huán)境和治理目標(biāo)等因素，以制定出科學(xué)、可行及有效的治理方案。首先，需要詳細(xì)分析沉積物的來源。沉積物來源主要包括工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)面源、城市活動(dòng)等。通過分析沉積物的來源，并進(jìn)行取樣分析，可以確定主要污染物的類型和濃度，從而為后續(xù)治理方案的制定提供依據(jù)。此外，針對(duì)不同污染物的特性，需要選擇相應(yīng)的治理技術(shù)。例如，有機(jī)污染物可以采用生物修復(fù)技術(shù)，利用植物和微生物的降解能力來減少污染物的濃度。而對(duì)于難降解的有機(jī)污染物，可能需要結(jié)合化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行處理。因此，在設(shè)計(jì)綜合治理方案時(shí)，需要對(duì)污染物的特性進(jìn)行詳細(xì)分析，以選擇合適的治理技術(shù)。

在設(shè)計(jì)綜合治理方案時(shí)，還需要對(duì)河道環(huán)境進(jìn)行全面評(píng)估，主要包括對(duì)河道流量、流速及水質(zhì)，水文情況，生態(tài)系統(tǒng)狀況，沉積物沉積厚度及分布等方面的調(diào)查和分析。通過對(duì)河道環(huán)境的評(píng)估，可以了解沉積物污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，為治理方案的制定提供依據(jù)。例如，如果河道生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞，可能需要采取河道水環(huán)境綜合治理技術(shù)，如“控源截污，內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水補(bǔ)給”等綜合治理技術(shù)。通過采取綜合治理技術(shù)，可以促進(jìn)生物多樣性的恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而恢復(fù)河道的自凈能力。

2.3.3 沉積物污染監(jiān)測(cè)與評(píng)估方法研究

沉積物污染監(jiān)測(cè)與評(píng)估方法的研究對(duì)于了解河道污染狀況、制定有效的治理策略至關(guān)重要。沉積物污染的監(jiān)測(cè)方法包括現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析?，F(xiàn)場(chǎng)采樣可以通過采集沉積物樣品來獲取污染物的信息，并規(guī)定采樣頻率、采樣項(xiàng)目、每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采樣個(gè)數(shù)和樣品種類等，采樣點(diǎn)的選擇應(yīng)該具有代表性。采樣人員在采樣時(shí)需要注意樣品的保存和處理，并進(jìn)行規(guī)范操作，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)室分析可以使用各種分析技術(shù)，如重金屬分析、有機(jī)污染物、相關(guān)污染指標(biāo)分析等，來確定沉積物中污染物的組成及濃度。

沉積物污染的評(píng)估方法包括污染物濃度評(píng)估和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。污染物濃度評(píng)估可以通過計(jì)算和比較采樣樣品的分析結(jié)果，確定沉積物中污染物的濃度水平。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以通過綜合考慮污染物的毒性、生物可利用性和生態(tài)系統(tǒng)敏感性等因素，評(píng)估沉積物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。隨著科技的不斷發(fā)展，一些新興技術(shù)也被應(yīng)用于沉積物污染的監(jiān)測(cè)與評(píng)估中。例如，遙感技術(shù)可以通過衛(wèi)星圖像獲取大范圍的沉積物信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)河道污染的快速評(píng)估。生物標(biāo)志物技術(shù)可以通過分析沉積物中的特定生物標(biāo)志物評(píng)估污染物的來源。此外，數(shù)學(xué)模型和地理信息系統(tǒng)（GIS）等新興技術(shù)也可以用于沉積物污染的模擬和預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論

河道沉積物污染是自然因素和人為因素單獨(dú)或共同作用的結(jié)果，所以治理河道沉積物污染需要綜合考慮源頭控制、搬運(yùn)與沉積控制以及污染修復(fù)與治理等策略。未來的研究應(yīng)該進(jìn)一步深入探討河道沉積物污染的機(jī)理和影響因素，分析沉積物的污染特征以及生態(tài)修復(fù)與沉積物污染之間的聯(lián)系，并提出更加有效的治理策略，以保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的健康和人類的生活環(huán)境，促進(jìn)人與自然的和諧共生。