底泥修复技术方法和应用前景

第27卷第1期圆园14年2月环境科技耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造杂糟蚤藻灶糟藻葬灶凿栽藻糟澡灶燥造燥早赠灾燥造援27No援1Feb援圆园14随着城市工业化进程加快袁科学技术水平提高袁人们愈发意识到工业尧生活污水等外源因素导致水质受到污染的严重性袁并着力于控制外源因素以求缓解水质污染的现状袁依靠环境的自净能力达到解决水质污染问题遥而这些举措难以根本性的解决水质污染问题袁往往在三五年后水体富营养化尧重金属污染等问题依然存在遥这就不得不引发专家学者们的思考袁问题得以转向于内源因素遥底泥作为内源因素袁当外援因素在水质污染因素中占据主导因素时往往不易显现袁而一旦外援因素得到有效控制袁内源因素潜移默化的作用就慢慢凸显袁这就是控制外源因素而难以根本治理水质污染的原因遥1底泥污染的原因及其在水体污染中发挥的作用底泥中的污染物种类主要包括院重金属污染尧营养元素污染和难降解有机物污染遥底泥作为水体中的重要组成部分袁和水质不断进行着复杂的物质交换袁以达到水体和底泥物质的动态平衡遥由于高强度的人类活动袁当外界污染源大量的重金属尧N和P等营养元素和难降解的有机物进入水体时袁水体中的颗粒物质就会对污染物质进行吸附袁经过络合尧絮凝尧沉降等一系列物理化学过程袁这些污染物质就会进入沉积物中袁转化为底泥中的一部分遥以氨氮等有机物为例袁水体中的微生物对底泥有机物质产生矿化作用袁生成了大量氨氮袁并聚积在孔隙水中袁并且底泥修复技术方法和应用前景虞洋1袁梁峙1袁马捷2袁梁骁3袁刘喜坤4袁赵海明1渊1.徐州工程学院环境工程学院袁江苏徐州221111曰2.中国矿业大学袁江苏徐州221008曰3.上海财经大学经济学院袁上海200433曰4徐州市水利局袁江苏徐州221018冤摘要院根据底泥污染的类型和分布袁依据现有底泥修复技术的最新手段袁阐述了不同种类的底泥修复技术袁同时分析了各种修复技术的优劣之处袁提出水污染问题的根本解决方案袁并展望底泥修复技术在处理水污染方面的应用前景遥关键词院底泥污染曰水污染曰底泥修复技术曰展望中图分类号院X7文献标识码院B文章编号院1674-4829渊2014冤01-SedimentRemediationTechnologyandApplicationProspectsH哉Yang1袁L陨粤晕郧Zhi1袁M粤Jie2袁L陨粤晕郧Xiao3袁L陨哉Xi-kun4袁Z匀粤韵Hai原ming1渊1DepartmentofEnvironmentEngineering袁XuzhouInstituteofTechnology袁Xuzhou221111袁China曰2CollegeofAdultEducation袁ChinaUniversityofMiningAndTechnology袁XuZhou221008China曰3SchoolofEconomics袁ShanghaiUniversityofFinanceandEconomics袁Shanghai200433袁China曰4WaterAffairsBureauofXuzhou袁XuZhou221018China冤粤遭泽贼则葬糟贼院Itbeingdifficulttocompletelysolvethewaterpollutionaccordingtotherealitiesofsedimentremediationtechnologiesbasedonthelatesttechniques,thispapernotonlyoutlinedthedifferenttypesofsedimentremediationtechnologies,butalsoanalyzedthestrengthsandweaknessesofrestorationtechniques.Solutionstothefundamentalproblemsofwaterpollutionandsedimentremediationtechnologyoutlookindealingwithwaterpollutionpotentialapplicationswereproposed.运藻赠憎燥则凿泽院Sedimentcontamination;WaterPollution;SedimentRemediationTechnology;Outlook收稿日期院2013-09-23基金项目院国家星火计划项目(2013GA690426;2013GA710101);住房和城乡建设部项目(2013-K7-11);江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(201311998076X);徐州市科技发展基金计划项目(XF13C057);北京市现代物流基地重大课题(JD2013001)援作者简介院虞洋渊1993-冤袁男袁江苏南京人袁本科袁环境工程与生态修复研究专业.通讯作者院梁峙,博士教授,硕导,研究方向:环境工程及生态修复研究.Email:[e-mail]援环境科技圆园14年2月一部分氨氮会吸附底泥的颗粒物中袁不仅阻碍氨氮向上覆水的扩散袁同时对于氮在底泥中的硝化和反硝化过程有一定的影响遥底泥中颗粒对氨氮的吸附-解吸起着关键性作用当外援污染没能受到控制的时候袁底泥与水体正常的进行物质交换袁并不会使底泥中的污染问题暴露出来[1]遥但是袁待外源因素得到控制袁水体条件发生改变的时候袁动态平衡被打破了袁底泥中的这些污染物质就会通过溶解尧解吸尧生物分解等作用被重新释放出来,使水体的污染物浓度增高,出现明显的二次污染[2]遥再者袁底泥作为水底微生物的生存环境袁而这些微生物往往处于食物链的最底层袁一旦底泥污染严重袁随着食物链的逐级向上袁生物富集现象就会非常明显袁危及水体中生物的健康袁影响水质遥因此袁在水质污染问题处理中袁外源因素得到控制后袁底泥的修复成效与否往往对水质改善起着决定性的作用遥2底泥修复的基本手段2.1物理修复2.1.1原位物理修复渊1冤引水建筑大坝尧引水冲污是国际上常用的一种方法,成功的案例有东京的隅田川尧俄罗斯的莫斯科河尧德国的鲁尔河的污染治理袁运用这个方法,水体污染取得了良好的治理效果遥但是这种方法工程量浩大尧建设周期长尧所需的花费也很高昂遥特别是在建坝时需要对筑坝的时序和地址安排袁以及建坝改变河流流量和动力条件,影响内河航运等问题上都需统筹考虑遥此方法经常与疏浚技术相结合操作使用[3]遥渊2冤掩蔽掩蔽或称为覆盖袁就是在污染的底泥上放置覆盖物,使污染底泥与水体间隔离,以阻止底泥污染物向水体中迁移的一种方法遥其采用的覆盖物主要有清洁的底泥尧沙尧砾石或一些复杂的人造地基材料等遥其优点在于对于有毒物质污染底泥的修复效果明显袁有效阻止了底泥污染物进入水体袁同时工程造价低遥但是加入覆盖物袁降低了水体库容袁同时对底栖生物有较强破坏力袁可能影响整个底栖生态系统袁而且寻找大量的清洁覆盖物也并非一件易事遥2.1.2异位物理修复-疏浚当底泥中污染物的浓度高出本底值2~3倍时,就被认为其对人类及水生生态系统有潜在的危害袁此时疏浚就可成为一项非常好的解决途径[4]遥这里疏浚主要指的是环保疏浚袁不同于以往的工程疏浚袁其目的在于提高航道通航或排洪能力以利于人类生活活动的需要遥环保疏浚则侧重于考虑疏浚区水生生态系统本身袁需要为其水生生态系统的重建创造条件袁因此在疏浚位置尧疏浚有效深度尧疏浚工艺设备等都需要明确的考量遥同时袁为着重避免疏浚后的底泥造成的二次污染问题袁需要根据底泥的污染性质对其做特殊处理遥现关于疏浚后的底泥在土地尧农业尧建材等方面的资源化利用已小有成效遥作为今后的发展方向袁其蕴含的潜在利用价值巨大遥但不得不说的是袁目前国内的环保疏浚技术与国外的技术水平相对差距较大袁由于技术方面的差异袁疏浚手段在治理国内的许多水质污染案例中效果并非十分明显袁况且由于工程费用较高袁基本设备落后等诸多方面的因素袁环保疏浚技术在国内的运用及推广受到一定的限制袁见表1遥2.2化学修复化学修复其本质原理是利用化学试剂和底泥中的离子发生基本的化学反应袁使其转变为无毒无害的化学形态存在于水体中遥化学修复常用的技术有淋洗法尧底泥固化法尧玻璃化法尧臭氧氧化法尧电动修复法等袁化学修复需要花费大量的化学药剂袁试剂用量难以把控袁甚至有些固话试剂本身对水体生态环境有所影响袁同时化学反应可能受pH值尧温度尧氧化还原状态尧底栖生物等有微小的扰动遥例如运用原位钝化技术处理底泥时袁作为钝化剂的铝盐尧铁盐尧钙盐应用环境各有不同袁同时袁由于风浪尧底栖生物的扰动会使钝化层失效袁使底泥中的污染物重新释放出来袁影响了钝化处理的效果[5]遥但是袁化学修复作为发展较早袁相对成熟的一项技术手段袁还是被广泛运用遥2.3生物修复2.3.1原位生物修复在污染的原地点进行的生物修复遥原位生物修复分为工程修复和自然修复2类袁前者是利用加入项目生态要求工程目标边界要求疏挖泥层厚度对颗粒物扩散限制施工精度设备选型工程监控底泥处置技术要求及特点尽可能保留其部分生态特征袁为疏浚区生态重建提供条件清除存在于底泥中的污染物按污染泥层分布确定轻薄袁一般小于1m袁按内源污染控制和生态回复要求确定有效深度尽量避免扩散及颗粒物再悬浮5~10cm袁严格控制超挖或漏挖专用设备或标准设备改造污染物防扩散尧堆场余水排放尧污染底泥处置等进行专项分析尧严格监控泥尧水根据污染性质进行特殊处理表1环保疏浚技术特点2第27卷第1期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袁后者是利用底泥环境中原有生物袁在自然条件下进行生物修复遥具体操作方法有生物通气法尧生物注气法和生物冲淋法等遥按其主体又可分为微生物修复尧植物修复和动物修复[6]遥种植水生植物的利用其根茎能控制底泥中营养物释放的特性是植物修复的典型实例遥菲尧蒽以及三氯乙烯等能在根系旁边迅速降解遥且由于根周围渗出液的存在袁提供了降解微生物的活性遥而植物在生长后期又能较方便的带走部分营养物[7]遥所以原位生物修复相比其他技术手段成本低廉袁对环境的影响小袁然而原位生物修复法也面临着加入微生物受底泥环境尧本身原有微生物的影响袁难以达到预期效果的问题遥而且对于污染严重的水域培养或繁殖微生物具有较大困难遥因此原位生物修复更适合于面积较大尧底泥污染负荷较低的的生物修复[8]遥2.3.2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袁采用挖掘土壤或抽取地下水等工程措施移动污染物到邻近地点或反应器内进行的生物处理方法遥如在重金属污染土地上种植抗污染且能富集重金属的植物袁使底泥中所含的重金属逐年递减遥随着生物技术的发展袁特别是转基因技术的发展袁人们逐渐利用转基因技术定向培育实际操作中所要求的对污染具有较彻底清除性袁对环境无害性且培育花费低廉的理想植物袁待植物处理过的底泥失去原有毒性后袁底泥可再做他用[9]遥同时这种修复方法也会面临处理不当底泥随着降水沿着地表径流流入水体造成二次污染的问题袁而且这项技术相对原位生物修复成本较高袁适合于小面积尧高负荷污染底泥的修复遥2.3.3联合生物修复采用复合修复技术可以发挥各项修复技术的长处达到更高效彻底的修复效果遥由于生物修复具有明显的成本优势袁对生态环境的影响较其他方法小袁因此在综合治理中应以生物修复方法为主袁其他方法配合袁各种方法之间分步骤实施或同时使用遥3建议与展望随着日益频繁的人类活动袁水污染问题在世界各国都难以避免袁其成为了人类需要面对的首要环境问题遥在处理水污染问题时袁人们得认清外源和内源2个因素对于水体污染所产生的作用袁既不能单一指望控制外源或内源其中的一个因素就妄图根本上解决水体污染问题遥政府有关部门需要双管齐下袁在完善法制建设的基础上加强行政管理袁有效控制外源因素的前提下袁解决内源因素对水质的污染遥在处理污染底泥时袁物理修复方法总体显得高效快捷积极袁化学修复方法较为成熟袁生物修复方法价格低廉袁对环境本身影响较小袁相关部门需要因地制宜的综合采用合适的方法处理底泥污染问题袁控制内源因素对水质的污染遥于此同时有关专家需要增加科研能力袁提升技术手段袁特别对于新兴的生物技术加深研究遥文中所提到底泥的产业化运作是完全可行的