底泥修复技术与资源化利用途径研究进展

文章编号:1007-2284(2006)08-0030-05

底泥修复技术与资源化利用途径研究进展

宋崇渭1,王受泓2

(1.浙江省环境保护科学设计研究院,杭州　310007;2.深圳市水利规划设计院,广东深圳　518036)

摘　要:阐述了当今污染底泥修复技术方法,以及污染底泥资源化利用途径。目前主要有疏浚、掩蔽和引水等物理修复方法,化学修复和生物修复方法。物理修复效果明显,但投入大;生物修复投入低,修复面积大,但速度慢。底泥资源化利用途径有土地利用,填方材料,建筑材料,污水处理材料等。对各种修复技术和资源化利用途径进行了比较探讨,分析了各种技术方法的优点与不足。

关键词:底泥;修复技术;资源化

中图分类号:X703 文献标识码:A

Advance in Research on Remediation Techniques and Resource Utilization of Polluted Sediment

S ONG Chong-wei1,WANG Shou-hong2

(1.Zhejiang Design and Re search Institute of Envio nmental Science,H ang zho u310007,China;

2.Shenzhe n W ater Resources Planning&Desig n I nstitute,Shenzhen518036)

A bsract:Remediatio n techniques and resource utiliza tion o f polluted sediment are discussed in this paper.T he remedia tion techniques include phy sical treatments,such as dredging,capping,w ater div ersio n,and bioremediation;chemical remediatio n and bioremedi-a tion.P hy sical treatments can obvio usly co ntrol co ntaminated sediment,but cost to o much,while bio remediatio n is just reve rsed. T he resource utilization of po lluted sediment is to use sediment as a resource,such as land reclamation,filling material,co nst ruction material and w aste w ater ma te rial and so on.A dvantages and disadvantag es of each remediation technique,and resour ce utilization appro aches are analy zed and compared.

Key word:sediment;remediatio n technique;resource utiliza tion

水体底泥污染,是世界范围内的一个重要环境问题。污染物通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶与冲刷进入水体,最后沉积到底泥中并逐渐富集,使底泥受到严重污染,最后底泥变成污染物的汇集地。莱茵河流域、美国的大湖地区、荷兰的阿姆斯特丹港口、德国的汉堡港等,底泥污染均十分严重[1]。当外污染源得到控制以后,一旦河流湖泊库水体环境发生变化,沉积在底泥中的氮磷营养元素、重金属和难降解有机物会重新释放出来进入水体,影响上覆水体的水质,形成二次污染。从而底泥由“汇”变成污染物的“库”。此外,底泥是底栖生物的主要生活场所和食物来源,污染物质可直接或间接对底栖生物或上

收稿日期:2006-03-04

作者简介:宋崇渭(1982-),男,硕士。覆水生物产生致毒致害作用,并通过生物富集、食物链放大等过程,进一步影响陆地生物和人类健康[2,3]。美国EPA(环境保护署)在1998年的调查报告中指出,美国已发生的2100起有关鱼类消费中的事件,多次证实污染来自于底泥[4]。在我国也已发现并证实水体底泥具有毒性,如乐安江在20～195km 的河段内沉积物均显示毒性[5]。同时,污染底泥氮、磷营养的释放与彻底解决河流湖泊库的水体富营养化密切相关[6,7]。

根据底泥本身的特性:底泥量很大,含水率较高,污染较严重,含有各种有益、有害成分等,如果把疏浚的底泥单纯堆放而不采取任何措施,一方面会占用大量土地,另一方面会由于雨水的冲刷又会产生二次污染,而且其中有益成分不能得到充分利用,又浪费了资源。所以,人们的眼光开始转向底泥资源化,这不仅可以解决底泥的出路问题,又可以变废为“宝”,产生一

30中国农村水利水电·2006年第8期

定的经济效益,走上一条可持续发展的道路[8]。

1　污染底泥修复技术

目前污染底泥无害化处理技术有物理修复技术、化学修复技术和生物-生态修复技术[9]。这些方法可以单独使用,也可以联合使用。

1.1　物理修复技术

物理修复是一个人工的物理自然过程,借助工程技术措施来改变自然物的物理性质。物理修复包括疏浚、引水和掩蔽等方法[10～12]。物理修复虽然见效快,但是工程量大,耗财耗力,而且通过物理的修复难以使底泥达到要求的标准,不是最理想的底泥修复方法[13]。

1.1.1　疏　浚

当底泥中污染物的浓度高出本底值2～3倍,即认为其对人类及水生生态系统有潜在的危害,则要考虑进行疏浚[14]。疏浚分为环境(生态)疏浚和工程疏浚,环境(生态)疏浚旨在清除河流、湖泊库水体中的污染底泥,并为水生生态系统的恢复创造条件,同时还需要与湖泊整治方案相协调;工程疏浚主要为某种工程的需要如疏通航道,增容等而进行[15]。

1.1.2　引　水

建筑大坝、引水冲污是国际上常用的一种方法,如东京的隅田川、俄罗斯的莫斯科河、德国的鲁尔河的污染治理等均采用此法,并且取得很好的治理效果[16]。由于建坝会改变河流流量和动力条件,影响内河航运,同时需要巨额投入、工程量大、建设周期长,对于筑坝的时序和地址安排应统筹考虑。此方法通常与疏浚技术相结合使用。

1.1.3　掩　蔽

掩蔽是在污染的底泥上放置一层或多层覆盖物,使污染底泥与水体隔离,防止底泥污染物向水体迁移。采用的覆盖物主要有未污染的底泥、沙、砾石或一些复杂的人造地基材料等。1.2　化学修复技术

化学修复是一个人工的化学自然过程,被用来改变自然界物质的化学组成。主要靠向底泥施入化学修复剂与污染物发生化学反应,从而使被污染物易降解或毒性降低,不需底泥再处理。化学修复方法对生态环境的破坏较大[17,18]。

1.3　生物修复技术

底泥的生物修复技术,是指利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动,对底泥中的污染物进行转移、转化及降解,从而达到修复底泥的目的。底泥生物修复可分为原位生物修复、异位生物修复以及联合生物修复。原位生物修复是指在基本不破坏水体底泥自然环境条件下,对受污染的底泥不作搬运或运输,而在原场所进行修复。原位生物修复又分为原位工程修复和原位自然修复。在原位工程修复中经常通过加入微生物生长所需营养来提高生物活性或添加实验室培养的具有特殊亲合性的微生物来加快环境修复;原位自然修复是利用底泥环境中原有微生物,在自然条件下进行生物修复。原位生物修复成本低廉但修复效果差,适合于大面积、低污染负荷底泥的生物修复。异位生物修复是指将受污染的底泥搬运到其他场所再进行集中的生物修复,主要应用于疏浚后底泥的处理。这种修复效果好但成本高昂,适合于小面积、高负荷污染底泥的修复。联合生物修复便是一种结合原位生物修复和异位生物修复能够扬长避短,是在当今环境修复中应用较广泛的生物修复措施[13],[9],[19]。近年来生物-生态修复技术已经得到各国的广泛的重视。

1.3.1　原位生物修复

对于有机污染的底泥,最好的办法是不疏浚,而是采用生物-生态修复技术在原地直接吸收、降解污染物。这样不但可以节省疏浚的费用,还可以减少因为疏浚带来的环境影响。自然的河道、湖泊里有大量的植物和微生物,它们都有降解有机污染物的作用。植物还可以向水里补充氧气,有利于防止污染。有研究表明,运用水生植物和微生物共同组成的生态修复系统能够有效的去除多环芳烃的污染,高等水生植物可提供微生物生长所需的碳源和能源,根系周围好氧菌数量多,使得水溶性差的芳香烃,如菲、蒽以及三氯乙烯在根系旁边迅速降解。根周围渗出液的存在,能提供降解微生物的活性。种植水生植物的根茎能控制底泥中营养物的释放,而在生长后期又能较方便的去除,带走部分营养物[20,21]。

1.3.2　异位生物修复

异位修复技术是与底泥环保疏浚同时使用的。该技术融合了疏浚和生物-生态修复技术的优点于一身,在今后一段时间内有着很好的应用前景。疏浚底泥在很多时候是一个必需的选择,但疏浚后的底泥处理是一个环境保护的难题。目前国内多采用农田施用和填埋处理,污泥的利用价值低,处理不彻底,又极易造成二次污染。因此,建议采用生物处理的方法加强对疏浚底泥的处理,先使其无害化后,再做它用。比如用做建筑材料或路基材料,代替黏土。这样一方面可以减少黏土的用量,减少对环境的破坏;另一方面又充分利用了污泥,减少了污泥的处置费用,节约用地,一举多得[22]。

1.3.3　生物修复技术展望

在现场底泥微生物修复工程中,影响微生物活性的因子较多,而且往往难以控制,要想使微生物的活性达到最大值,需要对微生物的营养结构、电子受体等进行合理调控。底泥中的有机物主要存在于固相中,生物可利用性较差,加入T ri-T onX2100等表面活性剂能促进水相中的可持久性有机物的生物降解,同时有些研究表明,非离子表面活性剂可以提高可持久性有机物的降解程度[23～26]。

随着生物技术的发展和对环境保护的重视,对污染底泥修复的研究已越来越广泛,生物修复与其他修复方法相比,由于其具有不可比拟的优势,具有节省费用、对环境影响小,能够最大限度的降低污染物的浓度,而且能够在其他技术难以使用的场地使用的优点,因此生物修复已在许多河湖进行试验,成为治理污染底泥的热点修复方法。但生物修复技术毕竟才得到30多年的发展,还有其不成熟之处,而且由于生物本身的生理特性,使生物修复技术也具有很多局限性,如生物生长需要一定的生命周期,因此耗时长;生物受自然环境条件的限制,要求条件苛刻;另一方面并非所有进入环境的污染物都能被生物利用[9,13]。对于某些难降解的污染物没有效果,特定的生物只能吸收降解一种特定的化学污染物,目前某些重金属超富集植物