黑臭河道底泥处理方式探讨

黄龙翔，时 燕，曾婷婷，朱金祥，张学钊，谭 允

(广州市水之道生态环境修复有限公司，广州市新之地环保产业股份有限公司，广东 广州 510380)

近几年，我国政府提出生态文明建设、出台《水十条》和《环保法》等一系列的法律法规，各地政府都在加大力度整治河道水环境。由于受到外源污染长期持续的汇入，部分污染物累积在河道底泥中，所以黑臭河道底泥的处理处置成为一个重要的课题。

1 底泥污染的危害

外源污染物通过大气降尘、点源污染、初雨面源污染和支流等外源污染形式汇入进入水体[1]，沉积到底泥中并富集，导致底泥受到污染。在环境条件改变时，沉积在底泥中的污染物会重新释放到水体中，对水体水质构成长期威胁，当污染底泥从水体中清淤出来后，极易造成二次污染[2]。

1.1 底泥污染对水体的危害

城市、农村生活废水和工厂生产废水的排放，污染物质在河道中沉积下来，部分废水富含重金属和难溶有机物。环境条件发生变化时，底泥中的营养盐、有机物和重金属等污染物的浓度极易高于上覆水体，污染底泥通过不断向上覆水体释放有机物和无机盐，导致水质恶化。

底泥耗氧是河道水体耗氧的重要组成部分，底泥耗氧加剧了河道耗氧速率，使得下层水体缺氧，导致水质恶化。

底泥反硝化、甲烷化造成大量黑臭底泥上浮是河道水体黑臭的直接原因，直接影响感官效果[3]。

1.2 底泥疏浚对环境的危害

清淤过程中，底泥污染物质会释放到上覆水体中，造成二次污染。底泥脱水、外运、填埋、利用、焚烧处理时，易重新污染水体、道路、土壤和环境。

因此，河道底泥疏浚必须严格把关处理处置的各个环节，避免产生二次污染[4]。

2 底泥的污染类型

2.1 重金属

河道底泥中的重金属通过吸附、络合、沉淀等作用而沉积到底泥中，与水相保持动态平衡。 一定条件下，重金属极易再次进入水体，成为二次污染源。

底泥中重金属有多种形式存在，其释放能力由强至弱分别是：阳离子可交换态、碳酸盐结合态、水合铁锰氧化物结合态、硫化物及有机物结合态和矿物碎屑残留态等[5]。

2.2 营养物质

营养物质主要指氮和磷，经大气降尘、点源污染、初雨面源污染和支流等途径进入水体，大部分沉积到底泥中。当外源污染源得到控制后，底泥造成的内源污染向水体释放N、P等营养物质，极造成藻类大量繁殖[6]。

2.3 难降解有机物污染

难降解有机物，包括油和油脂，PAH(多环芳烃)、PCBs(多氯联苯)等由于疏水性强、难降解，在底泥中大量积累[1]。

3 底泥污染治理方法及原理介绍

3.1 原位修复技术

原位修复技术[7]是指利用物理、化学、生物等方法在不移除底泥的前提下减缓营养盐的释放量或溶解性、降低毒性、削减底泥体积的一种技术，可分为原位物理修复、原位化学修复和原位生物修复技术。

3.1.1 原位物理修复技术

3.1.1.1 底泥表层曝气技术

底泥表层曝气是指通过水体底层(底泥表层)安装曝气管网等方式增加水体底层溶解氧，改善底泥的理化环境和好氧环境，以利于好氧微生物群落生长和繁殖，加速底泥有机污染物氧化分解和底泥矿化作用，促进硝化反应和好氧吸磷反应，抑制底泥的厌氧分解，减少厌氧有害中间产物的生成。

底泥表层曝气的选择常根据如下条件：(1)水质的验收标准；(2)水体的现状条件：包括长宽深、水体流速及护岸形式、上下游水体影响等；(3)水体的功能要求；(4)污染特征：如多点式及单点式污染、旱季及雨季污染、长期及短时污染等。

不同条件选择不同的曝气形式，一般有固定式和移动式。固定式主要有鼓风曝气、纯氧曝气和机械曝气；移动式有曝气船等。可根据河道实际条件进行选择。

但底泥表层曝气易引起底泥再悬浮从而引起营养物质向上覆水体释放，且曝气管网的安装及曝气过程会耗费一定的人力物力。

3.1.1.2 原位物理覆盖技术

原位覆盖技术是指在底泥表面平铺覆盖物形成覆盖层，覆盖层可采用干净的砾石、河沙或其它有净化功能且不易降解的填料，功能性填料品种选择时应根据水质现状和目标，多采用对氮和磷有吸附效果的、稳定性高、材料易得、价格低廉、耐水冲等特点的材料，厚度可结合水体冲刷情况和底泥深度决定。

覆盖层能够有效避免底泥再悬浮，有效隔开底泥与上覆水体，封闭污染物，控制污染物的释放，同时采用净化性填料，对水体和底泥起到净化效果。

3.1.2 原位化学修复技术

原位化学修复技术是通过采用化学制剂的方式原位治理底泥污染，见效快，但易对环境造成二次污染，甚至会破坏生态环境，在实际运用时，应做好评估。

3.1.2.1 原位化学氧化技术

原位化学氧化技术常用的氧化剂有硝酸钙、氯化铁、硝酸铁等。

在底泥中加入硝酸钙等后，NO3-转化为N2，降解有机物，能将Fe2+氧化成Fe3+，抑制硫化氢的产生，增强底泥中脱氮微生物的活性，加强铁氧化物对磷的吸附，从而减少了Fe-P的释放。此法具有较好的持久性和高度的环境友好型，可以利用促进土著微生物的生长来进行有机污染物的去除，但相对成本较高，对施工设备要求也较高。

底泥中加入氯化铁，利用三价铁与底泥中的硫化氢反应，形成更多的氢氧化铁，吸附磷。

3.1.2.2 原位化学钝化技术

底泥原位化学钝化技术通过投加药剂发生化学沉淀等作用，在底泥表面形成隔离层，有效控制底泥污染物释放，常采用铝盐、铁盐和钙盐。

(1)铝盐：常用硫酸铝、氯化铝等。铝盐能和底泥中的磷形成稳定的聚合物，起到控制磷的释放；能水解产生氢氧化铝沉淀，该物质可吸附水中污染物，提高水体透明度，对于磷控制和透明度提高有较好的作用。

(2)铁盐：常用FeCl3和 Fe2(SO4)3，铁盐水解可生成带正电荷的Fe(OH)3，一方面可吸附不稳定扩散状态的胶体和磷、另一方面能与磷反应生成磷酸铁，主要是以FeOOH-PO4络合物的形态除磷。

(3)钙盐：常用熟石灰、CaCl2、CaO等。

铁盐和钙盐均可以提高水体透明度、净化水质、钝化底泥，且对水生动植物无毒害作用。但都会受到氧化还原电位、溶解氧和pH值的影响，实际工程应用中，应结合搭配其他措施，包括人工曝气等[8]。

3.1.3 原位生物修复技术

对有机污染底泥的处理，最理想的办法是采用生物修复技术，直接吸收和降解污染物。

3.1.3.1 沉水植物修复法

沉水植物扎根于底泥中，植物生长可吸收底泥污染物并抑制营养盐释放；植物光合作用可增加底泥溶氧，促进有机污染物的好氧分解；植物根系为微生物的生长提高良好的附着场所。所以沉水植物能够较好的增强底泥的自净能力。

3.1.3.2 微生物修复法

微生物修复是利用微生物的生长代谢作用降解转化底泥污染物，包括土著微生物修复和人工微生物修复，即依靠底泥本底的微生物群落和人工投加具有高效降解作用的微生物群落，改善底泥的理化环境，提高底泥污染物的降解速率。

3.1.3.3 微电解技术

微电解技术是利用微电解材料产生的电位差对水体(或底泥)进行处理以净化水体(和底泥)的技术。微电解材料可分为酸性材料和碱性材料[9]，酸性材料为铁碳微电解材料，阳极和阴极材料分别采用铁粉和碳粉；碱性材料的阳极材料为锌粉，阴极材料为二氧化锰。

微电解技术处理污染物的机理有电极反应、絮凝作用、吸附作用等，能破坏有色物质的发色基团或助色基团，达到降解脱色的作用；可产生较强胶体絮凝剂，吸附水体和底泥中的小颗粒物质、金属粒子及有机大分子；可使厌氧黑臭底泥转化为兼氧底泥，消减硫化物、氨氮和有机物，消除臭味，提高水体自净能力[10]。

3.2 异位修复技术

3.2.1 底泥疏浚技术

底泥疏浚技术是指利用物理机械的方法从河湖移出受污染的底泥并转移的技术，包括一般疏浚和环保疏浚。一般疏浚的主要是为了移除受污染的底泥、增加水体库容和深度，易忽视疏浚过程中和后期造成的环境污染问题；环保疏浚会综合考虑改善水体生态环境，清除内源污染物，避免或降低二次污染，采用更加的环保方式，严格把控和降低疏浚过程中和后期造成的环境影响[7]。

相对于原位处理技术，底泥疏浚技术相对成熟，能快速彻底的移除污染底泥及难降解污染物，底泥疏浚技术大的趋势是环保疏浚。

3.2.2 底泥疏浚后处理技术

底泥疏浚后处理的方式需结合底泥污染程度而定，底泥疏浚后处理技术是指对疏浚底泥进行干化、固化稳定化、资源化处理等过程，若不妥当处理，易造成二次污染。

3.2.2.1 确定底泥污染程度

(1)底泥中的全氮和全磷指标参考EPA评价标准[12],见表1。

表1 EPA 大湖港口底泥分类指引表 mg/kg

(2)但EPA制定的底泥分类标准忽略了有机质指标，隋桂荣[13]采用采用有机污染指数法对太湖底泥有机质污染进行，见表2。

①OI=OC(%)*ON(%)

②ON=TN(%)*0.95

③OM(%)=OC(%)/1.724

(OI为有机污染指数；OC为有机碳；ON为有机氮；OM为有机质。)

表2 太湖底泥有机指数评价标准表

(3)重金属评价指标参考《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》等两项国家环境质量标准。

3.2.2.2 底泥干化

清淤后的泥体含水率常大于90%，不满足外运和后续利用的要求。常用的底泥干化脱水技术有自然干化脱水、机械干化脱水和药剂干化脱水。自然法依靠自然风吹日晒的蒸发作用，对堆场和天气要求高；机械法常采用过滤设备和离心旋流设备；药剂法可采用PAC等药剂。根据具体情况选择。

3.2.2.3 底泥固化稳定化[14]

固化稳定化是将底泥与固化稳定剂混合发生化学反应，使污染成分转变为化学性质稳定的不溶性化合物或被包裹起来固定在固化体中，提高处理后底泥的硬度和稳定性。

(1)水泥固化稳定化:水泥固化稳定化常常以硅酸盐水泥为主，辅加一定比例的石灰、粉煤灰等，对重金属有较好的固化稳定化效果，具体比例和投加量应根据小试和中试结果确定。水泥中主要成分是硅酸盐，呈碱性，氢氧根离子或硅酸盐能够与底泥的重金属发生化学沉淀反应；水化硅酸钙粒子能够吸附重金属；重金属也可与钙离子发生离子交换进入晶体结构。

(2)磷酸盐固化稳定化:在一定pH值环境下，磷酸盐可与重金属发生化学沉淀反应；磷酸盐具备吸附性能可以吸附重金属。

3.2.2.4 底泥资源化[1，15]

(1)直接作为土壤利用:经过固化稳定化的底泥，降低含水率和重金属含量，提高泥体强度、稳定性和剪切力，经检测达到前述标准后，可作为土壤利用，如农用地土壤或建设用地土壤。底泥中含有大量植物生长所必需的营养成分和微量元素可作为农用地土壤；达标后的底泥也可用做建设湿地，并种植湿地植物作为野生动物的栖息地。

(2)底泥堆肥利用[16]:可将底泥与有机肥、无机肥料等混合制成复合肥料。

(3)底泥制作建筑材料:利用底泥制造砖、水泥、陶瓷等建材是一种变废为宝的处理方法，在高温条件下，底泥中的无机硅酸盐矿物会熔融，可将重金属等污染物包裹固定在建筑材料的玻璃基质内。

4 结语

目前，随着黑臭河道治理的快速推进，底泥的处理处置越来越受到重视，具体的处理处置的方式需结合项目实际现状酌情选择。

底泥的资源化利用、变废为宝，符合未来趋势，仍有大量的技术难题需要攻克。