５６ 绿色化工 ２ ０ １ ７・０ ４ 受污染河流底泥的治理研究进展 －Ａ＂罗霞娟腾晓旭 时建伟 （长江师范学院化学化工学院重庆４０８１ Ｏ０） 摘要：介绍了河流底泥重金属污染的现状，对国内外河流底泥的重金属污染治理进展进行了总结。在进行污染河流的治理减少污染源 的同时，选择合适的方法对河流底泥污染进行综合治理，是从根本上解决水污染的有效途径。 关键词：受污染底泥；异地处理；就地处理；发展现状 中图分类号：Ｘ５ 文献标识码：Ａ Ｒｉｖｅｒｓ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｌｎｏ Ｘｉａｉｕａｎ，Ｔｅｎｇ Ｘｉａｏｘｕ，Ｓｈｉ Ｊｉａｎｗｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｔｚｅ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０８ １ ００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆｒｉｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆｈｅａｖ）、ｍｅｍｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆｒｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆｈｅａｖｙｍｅｍｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏＪ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｒｉｏｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｅａｓｙ ｔｏ ｈａｎｄｌｅ；ｓｉｔｕ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ 河流底泥是由砂、粘土等矿物质在水体中混合成的泥 洋的底部，再用一层洁净的材料覆盖以达到隔离污染的目的。 疏浚工艺过程虽然操作相对来说比较方便易行，所需成 状物，随着社会的进步，工业的发展，人们长期的污染造成 大量有机污染物、重金属残留在河流底泥中。有机物较易除 本费用也可以接受，但是疏浚过程也存在着弊端，比如受污 去，难点在于重金属不会被生物降解，还会经过不同类型的 染底泥中还存在难分解的物质，释放到水体后会又加重水体 吸附、沉淀等在底泥中沉积起来，然后通过一定的交换作用 污染。 重新释放，是影响和制约上覆水质的主要二次污染源，由此 可形成持久的二次污染，对水体的污染影响很大。 （２）隔离处置场技术 隔离处置场技术就是把受污染底泥和水体进行隔离的 要从根本上解决河流受污染底泥重金属的污染问题， 工程技术。其主要过程就是为了防止受污染底泥中的污染物 不仅要切断外部污染源，最重要的就是要处理受污染底泥。 释放造成二次污染，把受污染底泥隔离开，并且可以自然干 在进行污染河流的治理减少污染源的同时，选择合适的方法 化。目前国内外很多地方都采用此方法处理受污染底泥。例 对河流底泥污染进行治理，是从根本上解决水污染的有效途 如，美国五大湖自上世纪６０年代就采用了岸边隔离堆放的 径。 处理方法来处置疏浚的底泥，无锡五里湖、杭州西湖等底泥 疏浚也采用了此方法。 １．异地处理技术 异地处理就是将受污底泥从污染地取出在其他地方进行 虽然隔离处置场技术实施起来比较简单，但是隔离处置 处置，在工程实践中，考虑到技术和所需成本费用等问题， 场容量有限，在如今土地资源日趋紧缺的情况下建造隔离处 输送技术单元、疏浚技术单元和最终处置技术单元中的隔离 置场越发困难。并且受污染底泥中还存在大量的性质复杂的 污染物，有可能会再次释放到水体中造成二次污染。 处置场技术在处理受污染底泥中应用比较广泛。 （１）疏浚技术 ２．就地处理技术 （１）概念及其分类 受污染底泥原地处理技术也就是把受污染底泥在原处 进行处理，以减少受污染底泥的容积和降低污染物质的毒性 为目的的处理方法。根据所采用方法原理的不同，可分为三 常说的疏浚过程就是受污染底泥的异地处理技术。把疏 浚后的受污染底泥进行焚烧、固化填埋或用作植物培土以达 到有效利用。底泥的疏浚主要有水力疏浚和机械疏浚。疏浚 后的底泥处理主要有隔离处理，资源化利用和水下弃置等三 种方法。 隔离处理。对于隔离处理，可以单独为处置受污染底 泥建设隔离处置场，也可以让受污染底泥与其它固体废物一 起在填埋场填埋处置。因为疏浚过程要求受污染底泥必须具 有较低的含水率，所以必须经过脱水处理。 ②资源化利用方法。可以用底泥制造建筑墙体材料或硅 酸盐胶凝材料，对于固体类的废物可以经脱水等处理过程用 作城市垃圾填埋场的覆盖土，把处理过的受污染底泥可以用 作园林绿化的植物培植土。 ⑧水下弃置方法。水下弃置主要是将受污染的底泥排至海 类： 就地化学处理，就是通过向水体中投加化学药剂，以此 来有效降低受污染物质的毒性，达到净化水体，处理受污染 底泥的方法。对于水体富营养化用此类方法比较有效。 就地生物修复处理，为了有效降解受污染底泥的危害 性，可以向受污染底泥中加入可以起降解作用的微生物，利 用这些微生物分解污染物质，达到处理受污染底泥的效果。 就地固化／稳化处理，对于重金属等底泥污染可以采用 此方法，主要为降低受污染底泥中污染物质的溶解性为目 的，来处理受污染底泥的处理技术。 ２ ０ １ ７－０ ４ 绿色化工 Ｃｈｅｎｍｉ当代化工研奔 ｃａｌＩｎｔｅｒｍｅｄｉ７ ａｔｅ －，， 清除湖泊水体中的受污染底泥，与此同时给水生生态系 统创造条件来恢复。这就是环保疏浚技术的工作原理。环保 疏浚主要从几个方面考虑疏浚工艺设计的难点。 （１）疏浚深度。河流底泥沉积物中污染物的积累不均匀， 淤泥的疏浚要精确，疏浚设备的精度要远远高于一般河道疏 浚或清淤。不同流域的受污染底泥的疏挖都存在不同的差异 性，所以我们要根据实际的河流来判断疏浚的深度。 ②疏浚设备。对于受污染的小区域，可采用螺旋式清 淤装置、封闭式旋转斗轮疏通设备、气动泵挖泥机等。一般 的河流大多采用挖泥船设备，随着设备的完善，现在常用的 挖泥船有绞吸式挖泥船、链斗挖泥船、抓斗挖泥船、铲斗挖 机、无机处理，对环境的潜在危害小，现在已经得到广泛的 普及，是处理河流底泥的一种经济、有效的方法。就地稳定 化方法在工程技术上也存在一定的缺点，一方面由于要覆盖 层或多层隔离物，会导致底泥的量加大，水体库容就会相 应的减少；另一方面对于隔离物质需要大量的清洁泥沙并且 运输工作量大，底泥中也有些污染物质并未被清除，从而对 水体造成二次污染。 一３．就地稳定化帽封技术 （１）帽封技术概念及发展概况 受污染底泥就地稳定化帽封技术就是通过用一些隔离 物质铺在受污染的底泥上，目的就是让受污染底泥与水体进 泥船等，这些经过改造后的设备能更精确的疏挖河流底泥。 （２）就地处理方法 （１）就地化学处置方法 就地化学处理也就是通过向受污染底泥中投加化学药 剂，用来加强微生物的降解能力，以此来降解受污染底泥中 的污染物。就地化学处理过程由于存在着微生物的作用和化 学作用，所以两者往往是同时对污染物起作用，这样更有利 于加速污染物的降解。由于投加的化学药剂和受污染底泥中 的污染物质会产生化学反应，导致受污染物质一些性状会改 变，这样就有利于后来的微生物降解。 加拿大汉密尔顿港位于安大略湖，是北美五大湖地区 受污染比较严重的地区，特别是重金属和各种多环芳烃的污 染。为了改善人们的环境和有效的处理受污染的底泥，国 家有关部门高度重视并进行相关的研究，采用原地处理技术 取得了比较好的效果，选取了一个ⅡＵＤｏｆａｓｃｏ Ｂｏａｔｓｌｉｐ港内进 行。研究的主要过程是向受污染底泥中加入化学氧化剂或有 利于微生物降解的药剂使受污染底泥中的微生物降解。 ②就地生物处理 原地生物处理包括植物修复技术和微生物修复技术。植 物修复技术就是通过植物的吸收作用和根系区一些微生物的 代谢过程来分解受污染底泥中的污染物质，以达到消除污染 物质危害的处理技术。在现在的环境污染处理过程中有比较 好的应用前景。植物在此过程中起的作用就是通过根系分泌 生物物质或者通过植物的吸收作用来分解受污染底泥中的污 染物质。微生物修复技术主要是利用微生物的氧化、还原、 水解的作用把受污染底泥中的污染物进行分解转化成ＣＯ 和 Ｈ 等无毒的物质。 就地生物处理不需耗能或低耗能、工程造价低、所需成 本较低、处理效果好等优点，最大的优点在于不向水体投加 化学药剂，不会对水体形成二次污染，所以近年来也在努力 推广此技术。但是在处理过程中原地生物修复技术要求受污 染底泥中的污染物和反映剂充分反应，但受污染底泥是因地 而异的，所以处理效果会有很大差异。 ③就地稳定化方法 就地稳定化方法是将底泥污染物与水体环境进行物理 化学作用的隔离，并对底泥中的污染物进行稳定化处理，包 括物化作用的固化和生物化学作用的分解和氧化等一系列作 用。就地稳定化方法的作用机理就是用一些隔离物（如泥、 沙）放在受污染的底泥上，这样就可以把受污染底泥进行隔 离，以此来防止污染物质进入水体进行污染。 相比别的修复技术，就地稳定化所需费用低，适合有 行隔离，阻止受污染底泥中的污染物进入水体，以此来达到 受污染底泥中污染物质对水体产生的污染。就地稳帽封技术 可以稳定含有耗氧有机物、重金属等污染物质的底泥，通过 物理阻隔以及吸附、氧化、化学转化使这些污染物质转化为 低毒性、低迁移性、低溶解性的物质，不再释放到水体中。 在河流受污染底泥治理方面，采用就地稳定化帽封技术 进行处理国外已经有许多成功的修复案例。１ ９世纪６Ｏ年代 始，加拿大和美国针对五大湖流域水体底泥普遍存在的重金 属（Ｚｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｐｂ等）和有毒有害有机污染物（ＰＡＨｓ和 ＰＣＢｓ等），分别开展了受污染底泥综合整治项目，其他国 家也相应开展了有关研究工作。美国和加拿大的五大湖、纽 约、洛杉矶、香港等对于污染底泥的帽封就地稳定化已经进 入了示范工程阶段。 Ｊｏｈｎ Ｈ．Ｈｕｌｌ Ｈ在２００２年ＵＳ６３８６７９６ Ｂ１专利中提出了 ＡＱＵＡＢＬ０ＫＴＭ帽封材料的制作和使用，改进了Ｗｉｌｌｉａｍ Ａ在 １９９２年申请的ＵＳ５１ １２６６５中提出的毯式帽封的创意，结合了 Ｔｈｏｍａｓ Ｊ．ＮａｃｈｔｍａｎＳｕ他在１ ９９６年和１ ９９９年申请的专利中的 方法，创造出了ＡＱＵＡＢＬＯＫＴ 帽封材料，该材料在水体环境 下不会对水生生态环境造成任何影响。Ｅｉｖｉｎｄ Ｂｒａｔｔｅｌａｎｄ教授 认为无论是从保持生态的稳定性、效果的持久性、工程实施 的可操作性还是从经济的可行性来说，都是帽封就地处理较 疏浚更优。 就地稳定化帽封技术在我国处理受污染底泥方面的应用 有少数研究报道。如上海大学钱光人等（２００６年）曾采用 碎石块、钙基膨润土和丙烯酸树脂材料复合而成的帽封材料 对苏州河底泥进行帽封处理，得到的控制底泥中的污染效果 好于使用相同厚度的清洁沙粒作为帽封层。此外，钱光人等 人（２００７年）还利用新兴的环境矿物质材料氟磷灰石作为 帽封材料的主体，以苏州河底泥中的重金属污染物为主要目 标，探究了这种新的帽封材料对受污染底泥中重金属的稳定 效果。 帽封材料的发展大致也经历了三个阶段： ①用砂子作帽封材料，在受污染底泥的上面铺设一层砂 子，用来作为隔离物，防止受污染底泥中的污染物质释放。 通过对砂子帽封工程的监测表明，砂子作为帽封材料有很多 优点：工程操作性强、水体底泥面倾斜时稳定性较强、具有 可生物居住性等。 ②为了提高帽封效果，专家研究了多层材料帽封，用不 同粒径大小的砂子、砾石等分层覆盖在受污染底泥的上方。 这样虽然可以增加其稳定性，但是工作量太大，所需成本费 用也高。 ５８ 绿色化工 ２ ０ １ ７－０ ４ ③具有化学吸附性的粘土类物质被应用于帽封材料中， 如果受污染区域面积比较大时，对隔离物的覆盖工程产生 作为新型的活性帽封材料。活性帽封材料有着较强的黏性不 了很大的困难，并且所需成本也很高，所以此方法还有待 易被外力冲蚀，并且不易被穿透，吸附稳定污染物质的能力 较强。 发展。 受污染底泥中的污染物质种类广泛，每一种污染物质的 （２）帽封材料的选择和发展 物理化学和生物性质都有很大区别，如果只单单采用一种处 虽然，就地稳定化帽封技术在治理河流受污染底泥方面 理方法的话并起不到显著的效果。得到了一定的应用，但是，它的应用具有一定的局限性。在 ５．结语 国外的一些应用实例中，这种治理底泥的污染技术大都应用 河流底泥重金属污染治理是从根本上解决水污染的关 在流动性较缓或者是静态条件下的河流中。此外，由于帽封 键环节，但治理河流底泥重金属污染工程的工程量巨大，而 材料比较单一，对底泥中重金属的二次污染有一定的效果， 且国内取得成功的例子还不多见。一是疏浚需要花费大量资 但对于受污染底泥中的有机物治理并不乐观。复合帽封材料 金，生物修复技术耗时较长，难以短期取得效果；二是化学 提出并应用，但价格比较昂贵，提高了处理受污染底泥的治 修复比较容易造成二次污染，不利于环境治理的可持续性发 理费用。并且，由于不同地区受污染底泥中的污染物组成不 展。对于流动性较缓或者是静态条件下的河流，就地稳定化 同，使用就地稳定化技术处理底泥，对帽封材料的选择也存 帽封技术具有～定的优势，其中的先进帽封材料的制备是帽 在着差异。 封技术的关键问题。在实际操作中，只有集多种修复手段优 新型活性复合帽封材料是采用原位帽封原位处理的方 点为一体，积极开发重金属污染河流底泥协同修复新技术， 法，通过运载工具或专用输送管道将颗粒帽封材料投加到 才是从根本上解决水污染的有效途径。 需要处理的受污染底泥的表面，一定时间后，帽封材料会 膨胀粘连，自形成一层阻隔吸附层，使受污染底泥和上层 水体隔离，通过物理化学吸附、离子交换和晶格稳定、有 机物物理化学降解和催化分解、物理包裹等方式抑制污染 物质的上迁。新型帽封材料主要有磷灰石、膨润土和螯合 【参考文献】 …１毕磊．污染底泥修复治理技术Ｉ Ａ】．福建省环境保护产业协会， ２０１０ 纤维。磷石灰是指以晶质磷灰石形式出现在岩浆岩中的磷矿 与资源化研究国家重点实验室，上海２０００９２ 石。膨润土在我国储量比较丰富，其具有独特的层状结构， 有很强的吸附能力。膨润土经过改性可以提高其吸附性能， ［２】洪祖喜．水体受污染底泥原地处理技术【Ａ１．同济大学污染控制 Ｉ３ｌ邝臣坤．受污染底泥固４ｔ／ｔｇ定化处理及营养物质释放特征研 究 Ｉ．华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州５１｛｝００６． 并能有效吸附污染水体中的有机物、重金属等污染物质。螯 ［４］Ｗｉｌｆｉａｍ，Ａ．，Ｗａｔｅｒ ｂａｒｒｉｅｒ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓｗｅｌｌａｂｌｅ ｃｌａｙ ｓａｎｄｗｉｃｈｅｄ 合纤维主要由两个部分组成，即基体纤维和与其连接的螯合 ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆａｂｒｉｃ【Ｐ１．１９９２，ＵＳ ５１ １２６６５ 基团，聚丙烯、聚乙烯醇等是主要的基体纤维，而酰胺、胺 基等是主要的螯合基团。螯合纤维的吸水性好，耐性也好， 并且具有强力高、模量大等优点，用螯合纤维作新型帽封材 【５】洪祖喜．受污染底泥异地处理处置技术卟上海环境科学，２（）（１７， ２１ ｆ４１：２３３—２３５． 【６］程翔．苏州河底泥就地稳定化帽封材料研究［Ｍ］．上海大学， ２（｝０６ 料有很大的应用前景，所以现在国内外科学家都在不断努力 研究。 ［７】邓庆发受污染底泥就地稳定化新型帽封材料研究ｌＭ１．上海 大学，２００７． 【８］Ｐａｌｅｒｍｏ，Ｍ．，Ｓ．Ｍａｙｎｏｒｄ，Ｊ Ｍｉｌｅｒ，ａｎｄ Ｄ．Ｒｅｉｂｌｅ，Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ Ｉｎ Ｓｉｔｅ Ｓｕｂａｑｕｅｏｕｓ Ｃａｐｐｉｎｇ ｏｆＣｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ．ＥＰＡ ９０５一Ｂ９６— ００４，Ｇｒｅａｔ Ｌａｋｅｓ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ￣ｃｅ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ １ ９９８． ４．受污底泥的治理方法评述 在河流受污染底泥范围不是特别广的情况下建议采用 生物修复技术加强对疏浚底泥的处理效果，对疏浚底泥进 行有效治理达到无害化，然后利用它变废为宝。因为底泥 『９￣ｏｈｎ Ｈ．Ｈｕｌ１．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏ＆ ｒ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ【ＰＩ．２００３，ＵＳ ６５５８｛｝８１ Ｂ２． 有着可塑性高、结合力强、颗粒细等特点，用它做材料所 ［１０ｌＧａｍｅｚ Ｓ，Ｇｏｎｚａｌｅｚ—Ｃａｂｒｉａｌｅｓ Ｊ Ｊ，Ｒａｍｉｒｅｚ Ｊ Ａ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｕｇａｒ ｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ ｕｓｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈｏｎｃ ａｃｉｄ Ｕｌｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｏｏｄ 生产的砖瓦质量高，用作路基材料或建筑材料是一种极好 ｈｙｄｒ的用途。 『１１］张素芳，蒋白懿，李亚峰．膨润土的改性对水中氨氮和磷的去 把受污染底泥进行疏浚处理然后再利用，既可以充分利 除效果研究卟辽宁化工，２０１１，４０（Ｉ１）：１１１５—１１１７，１１２（） 用污泥，减少处置费用，又可以节省粘土的用量，减少对土 ［１２］Ｌｉｕ Ｃ，Ｓｕｎ Ｒ，Ｑｉｎ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，７４：７８—８８ 地资源的利用。如受污染河区域面积比较大，用疏浚方法工 ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ ｗｉｔｈ ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ Ｌ１］Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｒｏｐ ｓａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，２００７，２６：２１２—２１９ 程巨大，所需成本费用将会很高，处理效果不明显。此外， 在确定受污染水体是否能够疏浚，怎样疏浚及疏浚后是否会 【作者简介】 影响生态等问题还存在着生态风险的评估。 罗霞娟（１９９４￣），女，长江师范学院化学化工学院学生； 对于原地处理技术，大部分还停留在实验室研究阶 研究方向：河流底泥中重金属的处理 段，没有广泛用于实践，但此方法最大的特点就是可以阻止 （责任编辑：孔凡念） 受污染底泥释放污染物质产生二次污染，并且投资小所需费 用较低，是今后各国所提倡的方法。稳定化帽封技术是目前 国内外比较先进的方法，可以有效的隔离重金属和有机污染 物等有害物质，以防止受污染底泥中的污染物质二次污染水 体。但是帽封材料的选择和发展还在研究和探索中，并且 基金项目：长江师范学院重点科研项目（２０１ ８００１ ５），重庆市三峡库区环境监测和灾害防治工程技术中心资助。 通信作者：腾晓旭（１ ９７８～），女，长江师范学院；研究方向：高分子材料。