范洪凱，張曉蕊，董 姣，周國鋒，胡 喆

（1.山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012）

1 河流底泥污染概述

1.1 河流底泥污染現(xiàn)狀

近年來，我國部分地區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)了大規(guī)模的河流底泥污染問題，由此引發(fā)了水質(zhì)惡化、水面覆蓋繁茂藻類植物、水生動(dòng)物缺氧死亡等一系列問題，這對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。因此，我國提高了對(duì)河流底泥污染治理工作的重視程度。例如，在全國水資源綜合規(guī)劃專項(xiàng)項(xiàng)目中，對(duì)全國水系范圍內(nèi)的906個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行了調(diào)查，其中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)了底泥污染問題，其調(diào)查范圍涵蓋了國內(nèi)超過85%的大型集中式水源地，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果編制了《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》，共計(jì)發(fā)現(xiàn)732個(gè)監(jiān)測(cè)斷面存在底泥重金屬超標(biāo)的問題，已臨近或超過當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值。而在906個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，鎘、砷、汞、鋅、銅的污染超標(biāo)率分別為27%、5.8%、10.5%、6.7%和7.2%。由以上數(shù)據(jù)可以看出，全國多數(shù)地區(qū)都面臨著嚴(yán)峻的底泥污染情況[1]。

1.2 河流底泥污染物的種類

根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，河流底泥的主要污染物種類包括重金屬、難降解有機(jī)物、營養(yǎng)物質(zhì)和持久性污染物共四種。

（1）重金屬污染物，主要是由相對(duì)密度超過4.0或5.0的金屬元素組成，如汞、銅、鎘等金屬，在河流水體中普遍以金屬殘片、碳酸鹽結(jié)合態(tài)等形態(tài)存在，是經(jīng)過吸附、沉淀而沉積到河流底泥中，而且，在環(huán)境條件改變時(shí)容易進(jìn)入上覆水體，又由于水體具有流動(dòng)性，從而會(huì)造成污染范圍擴(kuò)大的后果。

（2）難降解有機(jī)物，主要包括油脂、多氯聯(lián)苯等。這些有機(jī)物有著疏水性強(qiáng)、持續(xù)性好的特性，且在微生物的作用下也不易被降解，會(huì)大量沉積到河流底泥中，并在生物富集作用下對(duì)生物體造成毒害[2]。

（3）營養(yǎng)物質(zhì)，主要包括氮、磷、氮磷化合物等。雖然水生植物可以吸收一定的營養(yǎng)物質(zhì)，但在營養(yǎng)物質(zhì)濃度過高時(shí)，還可能會(huì)引發(fā)水體富營養(yǎng)化、加劇藻類繁殖等問題。

（4）持久性污染物。這類污染物簡(jiǎn)稱為PTS，具備在多介質(zhì)環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的特性，且會(huì)對(duì)生物體造成毒害，并通過生物體向外傳播擴(kuò)散。

1.3 河流底泥污染的危害

（1）在養(yǎng)殖魚類等水生生物時(shí)，如果河流底部淤積污染底泥，就會(huì)對(duì)水生生物的生長(zhǎng)情況造成明顯影響，容易出現(xiàn)延緩水生生物生長(zhǎng)速度的問題，并由此引發(fā)各類疾病出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成水生生物的大規(guī)模中毒死亡，同時(shí)，還會(huì)伴隨著水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的出現(xiàn)。例如，在養(yǎng)殖蝦類時(shí)，若存在投喂量不足，蝦類會(huì)習(xí)慣性地啃食底部泥皮，而底泥中的有毒污染物會(huì)隨之進(jìn)入蝦類體內(nèi)，造成毒害。

（2）對(duì)于上覆蓋水質(zhì)，如果有底泥污染現(xiàn)象形成，其中的重金屬離子等有毒污染物會(huì)在底泥、上覆水間進(jìn)行交換，由此會(huì)改變上覆水的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而引發(fā)細(xì)菌滋生、破壞水體、水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)惡化等一系列問題出現(xiàn)。此外，由于河流底泥與上覆水存在著明顯的濃度差，且在濃度差的作用下，底泥中沉積、粘附的污染物會(huì)持續(xù)向上釋放，而當(dāng)污染物溶于水中時(shí)，就會(huì)造成上覆水體中污染物的濃度有所提升。

2 河流底泥污染的控制方法

2.1 外源污染物控制

通常情況下，外源污染物是河流底泥污染的主要來源，是指各種類污染物在河道、陸地的交界處會(huì)持續(xù)排入河流水域當(dāng)中，或是直接向河流水域中排放超標(biāo)污染物、未經(jīng)處理的生活污水與工業(yè)廢水，而且，排放的污染物數(shù)量會(huì)遠(yuǎn)超過河流水環(huán)境的自我凈化能力極限，從而導(dǎo)致部分污染物沉淀、吸附至河底污泥中。對(duì)此，為了杜絕河流底泥污染問題的反復(fù)出現(xiàn)，以及把河流底泥的污染程度控制在可接受的范圍內(nèi)，必須要采取控制外源污染物的方法，主要包括建設(shè)污染緩沖帶、污廢水排放控制兩項(xiàng)措施。其中，建設(shè)污染緩沖帶是在河流、陸地交界面修建混凝土擋墻，以阻隔垃圾雜物、受污土壤流入河流，或是在河道沿線種植綠化植物，憑借植物根系、葉片來阻擋污染物，同時(shí)，植物在生長(zhǎng)期間還會(huì)從污染物中汲取自身所需的營養(yǎng)物質(zhì)。而污廢水排放控制是指在排水口安裝自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，持續(xù)檢測(cè)排放水體的水質(zhì)組分，且在水質(zhì)不達(dá)標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)送預(yù)警信號(hào)，并控制閥件、閘門來關(guān)閉排水口，待問題得到解決、水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，再開放排水口[3]。

2.2 環(huán)保疏浚

（1）環(huán)保疏浚是一項(xiàng)成熟的河流底泥污染控制技術(shù)，如圖1所示。具體的工程流程是，工作人員在現(xiàn)場(chǎng)安裝疏挖設(shè)備與布置管路，操縱絞吸式挖泥船來挖掘河流底部污泥，在離心式吸泥泵作用下，把河底污泥經(jīng)由輸泥管持續(xù)排到河道旁規(guī)劃的堆場(chǎng)，再把所挖掘污泥運(yùn)輸至特定場(chǎng)地進(jìn)行處理，如衛(wèi)生填埋處理、建材利用、底泥堆肥或是底泥低溫?zé)峤馓幚?，從而?shí)現(xiàn)控制河流水體的污染程度、避免底泥污染情況持續(xù)加劇。

圖1 河流底泥環(huán)保疏?，F(xiàn)場(chǎng)圖

（2）在采取環(huán)保疏?？刂品椒〞r(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注管路檢查、疏浚深度設(shè)定和底泥處置方法選用的問題。其中，對(duì)于管路檢查問題，是指在底泥疏浚作業(yè)開展前，工作人員必須對(duì)管路結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行詳盡檢查，要開展試抽水試驗(yàn)，以更換狀態(tài)不佳、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的管路，避免因管路破裂而造成二次污染。而對(duì)于疏浚深度設(shè)定，要根據(jù)實(shí)際的底泥層厚度來設(shè)定深度值，且把河流底泥的挖掘深度誤差控制在10 cm以內(nèi)，避免因底泥欠挖而遺留污染物，或是因底泥超挖而影響到底棲生物。對(duì)于底泥處置方法選用的問題，是指要根據(jù)底泥的污染特性、組分進(jìn)行選擇，要最大程度提高底泥的剩余使用價(jià)值，如底泥中含有的大量有機(jī)物可進(jìn)行堆肥處理[4]。

2.3 原位鈍化

（1）該方法是采取阻止底泥污染物向上覆水體持續(xù)釋放的方法來控制水質(zhì)的惡化程度，以截?cái)嗪恿鲀?nèi)源污染，屬于化學(xué)控制方法的一種，控制原理如圖2所示。在實(shí)際治理過程中，工作人員會(huì)向河流中投放鐵鹽、鋁鹽等作為鈍化劑，用于捕捉水體中分布的顆粒物與各類污染物，并將這類物質(zhì)吸附在河流底泥中形成鈍化層。這樣，鈍化層會(huì)阻隔下部底泥中的污染物向上釋放，所以，也可將形成的鈍化層視為一種特殊的壓實(shí)浮泥層。

圖2 河流底泥磷鈍化原理圖

（2）需要注意的是，在采取原位鈍化方法時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注鈍化劑的選用、用量設(shè)定兩項(xiàng)問題。其中，對(duì)于鈍化劑選用的問題，可根據(jù)河流環(huán)境條件、水質(zhì)組分與底泥組分進(jìn)行選擇，如水體pH值不小于6時(shí)，應(yīng)選用鋁鹽作為鈍化劑，這是因?yàn)殇X鹽在經(jīng)過水解后會(huì)產(chǎn)生Al(OH)3絮凝體，可去除水體中的顆粒物并在底泥表面形成Al(OH)3絮狀體毯子。通常，對(duì)于用量設(shè)定問題，要根據(jù)所選用的鈍化劑品種而定，如在選用鋁鹽時(shí)要把投藥量控制在20 mgAl/L左右，在選用鐵鹽時(shí)要把投藥量控制在2.0～3.5 mgFe3+/L區(qū)間內(nèi)，而在選用鈣鹽時(shí)要把投藥量設(shè)定為10 mgCa/L。

3 河流底泥污染的常用修復(fù)技術(shù)

3.1 物理修復(fù)技術(shù)

常用的物理修復(fù)技術(shù)主要包括引水沖污、水力調(diào)度、上覆水充氧三項(xiàng)技術(shù)。

3.1.1 引水沖污技術(shù)

該技術(shù)是指在受底泥污染的河流水域中引入其他水系的水體，或是在沿線布置若干提升泵站，在壓力的作用下將其他水系的潔凈水體排入受污河流當(dāng)中，通過稀釋污水的方式改善水質(zhì)、減輕河流底泥污染的程度。但這種方法卻無法徹底根除河流底泥污染的問題，因此，可作為一項(xiàng)短期改善水質(zhì)的方法，也可以與其他修復(fù)技術(shù)搭配使用。

3.1.2 水力調(diào)度技術(shù)

該技術(shù)是根據(jù)生態(tài)水力特性與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況，采取人工調(diào)節(jié)水流速、水系連通等措施，來為微生物營造適宜生長(zhǎng)的水流環(huán)境，從而充分發(fā)揮出微生物的降解作用，并起到抑制藻類繁殖等額外作用。但這種方法的實(shí)際修復(fù)效果有限，所以，需要在調(diào)度期間重點(diǎn)關(guān)注防污染遷移、防沙等問題。

3.1.3 上覆水充氧法

該方法也被稱為水體曝氣技術(shù)，是工作人員持續(xù)向河流水體中充入氧氣，以確保微生物在充足溶解氧的支持下，持續(xù)降解底泥中的易降解有機(jī)物，最終起到提高微生物活性、強(qiáng)化河流自凈化能力的作用。但需要注意的是，應(yīng)用該方法時(shí)要避免因溶解氧消耗完畢而出現(xiàn)釋放惡臭氣體、惡化水質(zhì)的問題。在實(shí)際應(yīng)用中，北京市清河、福州市白馬支河等水系中都采取了此項(xiàng)技術(shù)。

3.2 化學(xué)修復(fù)法

在河流底泥污染治理項(xiàng)目中，常用的化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括投加除藻劑、絮凝沉淀、穩(wěn)定固化、化學(xué)淋洗四項(xiàng)方法。

3.2.1 投加除藻劑

該方法是將西瑪三嗪或硫酸銅作為除藻劑，向河流中適量投放，然后在化學(xué)作用下殺滅水體中繁殖生長(zhǎng)的藻類。因此，該方法適用于治理含磷量超標(biāo)、藻類大量繁殖的河流，但需要嚴(yán)格控制除藻劑的投加量，避免過量投加，造成二次污染。

3.2.2 絮凝沉淀法

該方法是向河流中投放鈣鹽、鋁鹽、三氯化鐵等藥劑作為絮凝劑，且在藥劑完全溶解于水后，促使水體和底泥中的分散顆粒與膠體形成絮狀體，然后，再把水體中的絮狀體撈出，以實(shí)現(xiàn)治理河流底泥污染的目的。同時(shí)，該方法還可以有效去除水體中的放射性物質(zhì)與致病微生物。

3.2.3 穩(wěn)定固化法

該方法主要是用于去除河流中的重金屬離子，是向水體中投加鋼渣、石灰等堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)水體、底泥的pH值，且在堿性環(huán)境下促使重金屬離子形成難溶性沉淀物，從而在河流底部形成穩(wěn)定固化狀態(tài)的污泥，然后，再將污泥挖出后進(jìn)行衛(wèi)生填埋或資源化利用。

3.2.4 化學(xué)淋洗法

該方法是固相分離技術(shù)中的一種，也是工作人員向河流水體中投加化學(xué)藥劑，且在藥劑的作用下促使底泥中的污染物遷移至水體當(dāng)中，然后，再對(duì)河流水體進(jìn)行淋洗處理，以去除水體中的污染物。

3.3 生物修復(fù)法

河流底泥污染常用的生物修復(fù)技術(shù)主要包括微生物修復(fù)、生物調(diào)控、人工濕地以及植物修復(fù)四項(xiàng)方法。

3.3.1 微生物修復(fù)法

在實(shí)際應(yīng)用植物修復(fù)方法時(shí)，要提前對(duì)水質(zhì)組分與河流底泥組分進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)污染物的種類及濃度，選擇性的向河流水體中投放微生物，并為其營造適宜生長(zhǎng)的水體環(huán)境。其中，自養(yǎng)類和異養(yǎng)類微生物在生長(zhǎng)繁殖期間，會(huì)持續(xù)降解水體和底泥中分布的有機(jī)污染物等多種類污染物。例如，可通過投放硝化細(xì)菌來調(diào)節(jié)水體中的氮含量；可通過投放光合細(xì)菌來分解有機(jī)污染物與殘留排泄物；還可以通過投放蛭弧菌來抑制有害細(xì)菌生長(zhǎng)，以及提升水體的透明度。

3.3.2 生物調(diào)控法

該方法是指在人為干預(yù)下，來調(diào)節(jié)河流水域中的水生動(dòng)物、水生植物和微生物的數(shù)量及密度，從而最大程度強(qiáng)化水環(huán)境的自凈能力。該技術(shù)的原理是通過對(duì)水生植物密度進(jìn)行調(diào)控，在去除水體中污染物的同時(shí)，又有效避免因水生植物無序繁殖而造成的生態(tài)災(zāi)難擴(kuò)散至相鄰水域。

3.3.3 人工濕地法

該方法是指在河流周邊區(qū)域人為建造與沼澤地類似的地面，或是在條件允許的前提下選用天然濕地，以在人為干預(yù)的情況下控制河流水體、污泥沿特定方向在人工濕地區(qū)域內(nèi)流動(dòng)，同時(shí)，憑借土壤的物理作用、人工介質(zhì)的化學(xué)作用和微生物的生物作用，持續(xù)去除水體、污泥中含有的各類污染物質(zhì)，最后再把處理后的水體排入河流當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)水體環(huán)境修復(fù)目的。該技術(shù)的實(shí)際原理是，由人工濕地下方的土壤來吸附、過濾重金屬離子，然后再由微生物來降解有機(jī)污染物。

3.3.4 植物修復(fù)法

該方法是通過在河流水域中栽植水葫蘆、燈芯草、鳳眼蓮等水生植物，并在植物生長(zhǎng)期間充分發(fā)揮植物的提取、揮發(fā)、固化、根系過濾四重作用，從而持續(xù)去除水體中的污染物。在實(shí)際應(yīng)用中，植物修復(fù)有著治理成本低廉、美化環(huán)境、長(zhǎng)期修復(fù)水體環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，但短期效果不明顯，所以，比較適用于修復(fù)期限要求寬泛的河流底泥污染治理項(xiàng)目。其中，植物提取作用是指在植物生長(zhǎng)期間把水體、底泥中的重金屬離子提取到植物水上部分，再通過定期修剪水上植物實(shí)現(xiàn)去除重金屬元素的目的。而植物揮發(fā)是通過植物把水體中的重金屬元素等污染物轉(zhuǎn)為可揮發(fā)態(tài)，從而在植物表面進(jìn)行持續(xù)揮發(fā)、釋放到大氣環(huán)境當(dāng)中。植物固化是通過栽種高耐性多年生常綠植物，然后由植物根部吸收、沉淀污染物，以暫時(shí)穩(wěn)住污染物的毒性。根系過濾是指通過植物根系吸附水體中流動(dòng)的污染物，以達(dá)到去除底泥中污染物的目的，如可通過栽植水葫蘆來吸附底泥中的Cu、Se等污染物。

4 結(jié)語

綜上所述，底泥作為河流水域生態(tài)體系的重要組成部分，如果底泥污染物濃度超標(biāo)，將會(huì)造成水質(zhì)惡化、水體二次污染、水資源短缺等一系列后果，會(huì)嚴(yán)重危及人們的用水安全與各行業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)活動(dòng)的正常開展。因此，相關(guān)職能部門與工作人員必須提高對(duì)河流底泥污染問題的重視程度，且通過深入了解底泥污染物的種類、來源和造成的危害，并根據(jù)實(shí)際污染情況來選用合理地控制方法、環(huán)境修復(fù)技術(shù)，從而為有效控制與修復(fù)河流底泥污染提供有力保障。