污染底泥修復(fù)研究探討

1、污染底泥修復(fù)研究探討彭祺，等污染底泥修復(fù)研究探討彭祺，（湖北省環(huán)境科學(xué)研究院，武漢鄭金秀，；涂依，陳博；）；水利部中國(guó)科學(xué)院水工程生態(tài)研究所，武漢湖北永業(yè)行評(píng)估咨詢有限公司，武漢湖北省宜化化工股份有限公司，宜昌摘要：文章概括介紹了污染底泥的修復(fù)技術(shù)及各自的特點(diǎn)，探討了底泥修復(fù)中存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展趨勢(shì)。目前底泥修復(fù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三大類技術(shù)。物理修復(fù)見(jiàn)效快，但成本高；化學(xué)修復(fù)成本較低但易造成二次污染；生物修復(fù)投入低，處理量大，但處理效率低，難以見(jiàn)效。將這三類技術(shù)聯(lián)合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，具有較廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：底泥；物理修復(fù)；化學(xué)修復(fù)；生物修復(fù)；聯(lián)合修復(fù)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)

2、碼：文章編號(hào)：（）污染物被水體顆粒物吸附、絡(luò)合、絮凝、沉降而沉積在底泥中，在外源污染得到有效控制后，底泥中的這些污染物仍可能對(duì)水體產(chǎn)生“二次污染”。如武漢東湖截污工程完成后，本應(yīng)年時(shí)間內(nèi)就能恢復(fù)水體，但若因考慮底泥的釋放作用，則需要年以上才能恢復(fù)。此在控制外源污染的同時(shí)，還需采用有效方法消除內(nèi)源污染，為后續(xù)的生態(tài)恢復(fù)和重建創(chuàng)造有利條件。目前主要采用物理、化學(xué)和生物方法修復(fù)污染底泥，各方法還可相互結(jié)合應(yīng)用到工程技術(shù)修復(fù)中。它人工合成材料等。該法是一種原位修復(fù)技術(shù)，工程造價(jià)低，能有效防止底泥中的污染物進(jìn)入水體而造成的二次污染。但自然水體底部地形復(fù)雜難以均勻覆蓋、有些覆蓋材質(zhì)還會(huì)產(chǎn)生二次污染、覆蓋層

3、會(huì)被新的沉積物所覆蓋、水體庫(kù)容減小，因此該法不適于河流、湖泊、港口和水庫(kù)，只適用于深海底泥修復(fù)?；瘜W(xué)修復(fù)方法其原理是化學(xué)制劑與污染物發(fā)生氧化、還原、沉物理修復(fù)方法包括底泥生態(tài)疏浚、引水、掩蔽等物理修復(fù)方法淀、聚合等反應(yīng)，使污染物從底泥中分離、降解轉(zhuǎn)化成低毒或無(wú)毒的化學(xué)形態(tài)。淋洗法淋洗是將水、油或其它能夠促進(jìn)污染物溶出遷移的溶劑摻入、滲入或注入到污染的底泥中，然后將含有污染物的溶液從底泥中抽出，再進(jìn)行深度處理的過(guò)程。該法關(guān)鍵在于采用高效安全的淋洗劑；目前應(yīng)用較為廣泛的淋洗劑主要有酸、堿、表面活性劑、植物油、和絡(luò)合劑等。淋洗法具有投資及消耗相對(duì)較少，操作人員不直接接觸污染物等優(yōu)點(diǎn)。該法見(jiàn)效快，但工

4、程量大，耗財(cái)耗力，且難以使修復(fù)效果達(dá)標(biāo)。底泥生態(tài)疏浚法以工程、環(huán)境、生態(tài)相結(jié)合來(lái)解決自然水體生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展的修復(fù)方法。在重污染底泥沉積層采用工程措施，最大限度地將儲(chǔ)積在該層中的污染物質(zhì)移出，改善水生態(tài)循環(huán)，以遏制自然水體退化。疏浚時(shí)注重生物多樣性和物種保護(hù)，疏浚后的基底應(yīng)為后續(xù)生物修復(fù)創(chuàng)造條件。薄層精確局部疏浚和嚴(yán)格的環(huán)保工藝控制要求為其顯著特點(diǎn)，與普通的工程疏浚的擴(kuò)大湖泊庫(kù)容、開(kāi)挖土方等有本質(zhì)區(qū)別。此外，環(huán)保疏浚要求在疏浚過(guò)程中采取措施防止二次污染，對(duì)清除出來(lái)的污染底泥進(jìn)行安全處理處置。底泥固化法投加固化劑（如氯化鐵、硫酸鋁、氯化鈣、硫化物或元素硫等），產(chǎn)生絮凝沉淀作用使污染物穩(wěn)定在底

5、泥中。但固化劑達(dá)到一定濃度后對(duì)水質(zhì)有影響，同時(shí)污染物仍沉積在底泥中，隨著環(huán)境條件的變化有可能溶出對(duì)水體造成二次污染，因此需和底泥疏浚一起施用來(lái)徹底清除污染物。這種技術(shù)常用于一些景觀水體，如城市公園湖泊。在對(duì)水質(zhì)要求較高的水體中實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)太大。掩蔽法掩蔽是在污染底泥上覆蓋一層的清潔物，使其與水體隔離，防止底泥污染物向水體遷移的修復(fù)方法，。目前使用較多的掩蔽材料有未污染的底泥、清潔砂子、礫石、鈣質(zhì)膨潤(rùn)土、灰渣、人工沸石、水泥和其玻璃化法玻璃化是指對(duì)污染疏浚底泥的固體組分給予的高溫處理后，其中的有機(jī)污染物或揮發(fā)或熱解而消失，重金屬等無(wú)機(jī)離子則被永久性地固定于固體成分中。世紀(jì)年代以來(lái)，疏浚底泥玻璃作者簡(jiǎn)

6、介：彭祺（），男，碩士，從事環(huán)境經(jīng)濟(jì)管理與環(huán)境化學(xué)研究，（電話）（電子信箱）。環(huán)境科學(xué)與技術(shù)第卷第期年月（持久性有機(jī)污化技術(shù)已在美國(guó)、日本和歐洲各國(guó)染物）污染底泥修復(fù)中得到廣泛應(yīng)用。玻璃化是處理疏浚底泥的有效方法，但這種修復(fù)方法極易對(duì)地下水和處置地生態(tài)環(huán)境造成二次污染且成本太高，應(yīng)慎用。與微生物修復(fù)有機(jī)污染底泥相比，重金屬污染底泥微生物修復(fù)方面的研究和應(yīng)用相對(duì)較少，最近幾年才引起人們的重視。采用微生物修復(fù)重金屬污染基生物氧化還于以下原理，即：生物氧化還原和生物吸附。原是利用微生物改變重金屬的氧化還原狀態(tài)，進(jìn)而降低或消除重金屬的毒性。生物吸附的脫毒原理則是利用重金屬能與微生物體、微生物產(chǎn)物形成穩(wěn)

7、定螯合物或晶體的特性，使重金屬減小或失去毒性。從經(jīng)濟(jì)上看，生物吸附可與離子交換和化學(xué)沉淀相媲美，但目前主要還是作為廢水處理方法而得到廣泛研究，基于該原理的底泥修復(fù)技術(shù)方法至今尚未建立。臭氧氧化法臭氧氧化性強(qiáng)，反應(yīng)速度快，可與大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，將難于或不可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可以或易于生物降解的有機(jī)物；但該法成本較高。電動(dòng)修復(fù)法該技術(shù)早期用于水壩和地基的脫水和夯實(shí)，目前移用到底泥修復(fù)中。其主要優(yōu)點(diǎn)是：不必添加其它物質(zhì)，修復(fù)時(shí)間短（實(shí)驗(yàn)室研究表明修復(fù)時(shí)間不超過(guò)個(gè)月）。其基本原理是將電極插入受污染的底泥中，施加直流電后，電極之間形成電場(chǎng)。由于底泥顆粒表面具有雙電層，且孔隙溶液中離子或顆粒物帶有

8、電荷，電場(chǎng)條件下孔隙中的水溶液產(chǎn)生電滲流同時(shí)帶電離子電遷移，多種遷移運(yùn)動(dòng)的疊加載著污染物離開(kāi)處理區(qū)。到達(dá)電極區(qū)的污染物一般通過(guò)電沉積或離子交換萃取被去除，從而達(dá)到修復(fù)的目的。目前的研究熱點(diǎn)之一是將該技術(shù)應(yīng)用于強(qiáng)化原位生物修復(fù)?；瘜W(xué)修復(fù)方法中除底泥固化法可用于原位修復(fù)外，其余方法主要用于異位修復(fù)（無(wú)疑增加了修復(fù)成本）。植物修復(fù)主要基于植物持續(xù)提取、誘導(dǎo)植物提取、植物揮發(fā)、植物過(guò)濾、根系過(guò)濾和植物鈍化等原理。植物修復(fù)尚有很多問(wèn)題值得研究，如目前所發(fā)現(xiàn)的超富集植物一般生物量小，所需時(shí)間長(zhǎng)，需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和尋找新的生物量大的植物（如將生長(zhǎng)慢、低生物量的超富集植物育成生長(zhǎng)快、生物量大的品種）；也可以利用基

9、因工程的手段，將植物進(jìn)行改造，從而產(chǎn)生理想的適合需求的轉(zhuǎn)基因超富集植物（如將超富集植物的特異基因轉(zhuǎn)入到高生物量的植物體中）；還可以通過(guò)添加微生物、螯合劑或其他元素的辦法來(lái)提高已有的超富集植物的富集效果。此外，對(duì)受金屬影響的突變體進(jìn)行遺傳分析是理解調(diào)控重金屬積累作用機(jī)制的一個(gè)良好開(kāi)端。生物修復(fù)方法利用生物的生命代謝活動(dòng)減少存在于環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害化，從而使污染環(huán)境能夠部分或者完全恢復(fù)到原始狀態(tài)的過(guò)程。與物理和化學(xué)修復(fù)方法相比，生物修復(fù)方法具有節(jié)省費(fèi)用、不破壞原有生態(tài)、去污效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在短短年歷史中就得到快速發(fā)展。其中原位生物修復(fù)成本低廉但修復(fù)效果差，適合于大面積、低污染

10、負(fù)荷底泥的生物修復(fù)；異位生物修復(fù)主要應(yīng)用于疏浚后底泥的處理，其修復(fù)效果好但成本高昂，適合于小面積、高負(fù)荷污染底泥的修復(fù)。植物微生物聯(lián)合修復(fù)植物微生物共生體系是消除底泥中污染物的有效方法，高等植物根區(qū)環(huán)境中具有明顯的厭氧、缺氧和好氧微生物降解功能區(qū)。在共生系統(tǒng)中高等植物不僅能夠?yàn)槲⑸锾峁┨荚春湍茉?，根周圍的滲出液還能夠提高微生物的降解活性。高等植物作為原位微生物修復(fù)的“固定化載體”，投入底泥修復(fù)系統(tǒng)中的大量微生物制劑，如微生物體、輸氧劑、替代電子受體和營(yíng)養(yǎng)物等，都能夠附著在植物體上，進(jìn)而對(duì)微生物修復(fù)底泥起到強(qiáng)化作用。在實(shí)際應(yīng)用中，基于上述修復(fù)原理還采取了生物反應(yīng)器、生物通風(fēng)法等方法也取得了不錯(cuò)

11、的效果。微生物修復(fù)微生物主要通過(guò)氧化、還原、水解作用等對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解。采用人工馴化、固定化微生物和轉(zhuǎn)基因工程菌能夠成功降解底泥中的有機(jī)污染物，但是要將其制成能方便使用的生物修復(fù)產(chǎn)品，還需要進(jìn)行大量的研究。在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)工程中，影響微生物活性的因子較多，而且難以控制，要想使微生物的活性達(dá)到最大值，需要對(duì)微生物的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、電子受體等進(jìn)行合理調(diào)控?？梢圆捎脴?gòu)建高效菌群的方式來(lái)組合各單種微生物降解能力形成一個(gè)完整的降解系統(tǒng)以適應(yīng)不同的環(huán)境條件，協(xié)同菌種間的降解反應(yīng)，減少相互的干擾，加快酶解反應(yīng)。聯(lián)合修復(fù)采用復(fù)合修復(fù)技術(shù)可以發(fā)揮各項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的長(zhǎng)處達(dá)到更高效徹底的修復(fù)效果。由于生物修復(fù)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，對(duì)

12、生態(tài)環(huán)境的影響較其他方法小，前景廣闊，因此在綜合治理中，應(yīng)以生物修復(fù)方法為主，其他方法配合，各種方法之間分步驟實(shí)施或同時(shí)使用。物理生物修復(fù)對(duì)于原位修復(fù)，可采用原地隔離、原地覆蓋和原地污染底泥修復(fù)研究探討彭祺，等生物修復(fù)技術(shù)。而異位修復(fù)則是在生物修復(fù)之前先用物理方法（主要是生態(tài)疏浚）處理，再進(jìn)行生物修復(fù)。在很多情況下，疏浚是污染底泥修復(fù)的必須選擇，但是疏浚后的淤泥處理則是環(huán)保難題。疏浚后的尾水可用絮凝沉淀、活性污泥等水處理技術(shù)進(jìn)行處理。脫水后的底泥可采用堆肥技術(shù)，也可用植物微生物修復(fù)。二者的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮，并形成協(xié)同作用。在生物修復(fù)中還可以通過(guò)投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或促進(jìn)劑、投加高效微生物或質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子、基

13、因工程菌等來(lái)提高底泥的修復(fù)效當(dāng)?shù)啄嘀写嬖趶?fù)雜率，達(dá)到生物促進(jìn)增強(qiáng)修復(fù)的目的。的難降解污染物時(shí)，生物增強(qiáng)技術(shù)就顯得更加重要了。（）污染底泥的聯(lián)合修復(fù)。單一的物理、化學(xué)、生物修復(fù)均不能解決復(fù)雜的底泥污染問(wèn)題。聯(lián)合修復(fù)有利于集中各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，避免或減小單項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用的范圍，也可從各種技術(shù)的聯(lián)合中尋找到一條適合我國(guó)國(guó)情的既經(jīng)濟(jì)有有效的修復(fù)之路。（）污染物遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程與分子機(jī)理研究為有效阻控污染物在底泥作物系統(tǒng)中的傳遞，必須將根際過(guò)程、根系吸收、植物體內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化和各種強(qiáng)化措施結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。在已有研究基礎(chǔ)上，研究污染底泥修復(fù)例如，等研的新原理，并逐步深入到分子機(jī)理。究發(fā)現(xiàn)，溶液中濃度為

14、的鎘會(huì)誘導(dǎo)生物體中半胱氨酸（）蛋白（一種非金屬硫蛋白）編碼基因的表達(dá)，從而減輕銅的毒性效應(yīng)。這方面的研究是污染底泥修復(fù)基礎(chǔ)研究需要加強(qiáng)的重點(diǎn)內(nèi)容。參考文獻(xiàn)姜建國(guó)，沈韞芬截污工程完成后武漢東湖自然凈化速率探討長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，（）：化學(xué)生物修復(fù)在生物修復(fù)中，由于底泥中有機(jī)物的水溶性低，而生物反應(yīng)主要在液相中進(jìn)行，因此底泥中有機(jī)物的低利用性影響了生物修復(fù)效率。在化學(xué)修復(fù)中，淋洗和電動(dòng)修復(fù)可增加污染物質(zhì)的溶解，使污染物分布均勻，從而促進(jìn)生物的吸收。如淋洗法，加入淋洗液（表面活性劑等）可將污染物洗脫出來(lái)后再進(jìn)行生物修復(fù)。而電動(dòng)修復(fù)可使添加的細(xì)菌、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等在底泥中分布均勻，使微生物能有效接觸污染物質(zhì)

15、。這些化學(xué)方法可說(shuō)是生物修復(fù)的增強(qiáng)技術(shù)。另外還有臭氧生物修復(fù)，先將底泥進(jìn)行臭氧化處理，減少其中的難降解有毒有害物質(zhì)，為后續(xù)的生物修理提供有利條件。物理化學(xué)生物修復(fù)以物理、化學(xué)、生物三種技術(shù)組合而成的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)主要針對(duì)異位修復(fù)。如采用生態(tài)疏浚淋洗（或電動(dòng)）生物修復(fù)，先以生態(tài)疏浚方法將污染底泥清出水體，再采用各種物理、化學(xué)和生物措施進(jìn)行修復(fù)。如重金屬和同時(shí)存在時(shí)，由于二者性質(zhì)上的差異，目前的處理方法需要先將其分離，再分別進(jìn)行處理。常用的方法是將重金屬用酸或微生物溶出，再對(duì)溶出液中的重金屬和底泥中的污染物分別進(jìn)行處理。如硫桿菌以硫?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)源可以使底泥中絕大部分的、，：，：太湖水污染陳荷生，石建華太湖

16、底泥的生態(tài)疏浚工程綜合治理措施之一水資源保護(hù)，（）：鎮(zhèn)池草海金相燦，荊一鳳湖泊污染底泥疏浚工程技術(shù)底泥疏挖及處置環(huán)境科學(xué)研究，（）：、在幾天到幾周內(nèi)溶出，這種方法要比用酸浸提經(jīng)濟(jì)得多；利用納米材料作催化劑，能夠有效降解多種。面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的污染物質(zhì)，采用單項(xiàng)技術(shù)已逐漸不能滿足環(huán)境修復(fù)的要求，因此發(fā)展聯(lián)合修復(fù)技術(shù)前景廣闊。濮培民，王國(guó)祥底泥疏浚能控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化嗎湖泊科學(xué)，（）：陳華林，陳英旭污染底泥修復(fù)技術(shù)進(jìn)展農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，（）：（），：孫鐵珩，周啟星，李培軍污染生態(tài)學(xué)北京：科學(xué)出版社，：，（）：，（）：?jiǎn)栴}與展望（）復(fù)合污染底泥的修復(fù)。底泥中污染物質(zhì)往往呈復(fù)合型，當(dāng)前的修復(fù)技術(shù)可能只能解決其

17、中的某些污染物的問(wèn)題，對(duì)復(fù)合型污染底泥的修復(fù)還存在困難，尤其是底泥同時(shí)存在無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物質(zhì)污染時(shí)，現(xiàn)有的修復(fù)方法更難以奏效。因此今后有必要加強(qiáng)復(fù)合型污染底泥的修復(fù)研究。（）生物修復(fù)增強(qiáng)技術(shù)的研究。為了減少修復(fù)費(fèi)用，應(yīng)以生物修復(fù)為主，其它措施為輔。比較一致的觀點(diǎn)是：對(duì)于有機(jī)污染的底泥通常采用微生物修復(fù)，對(duì)重金屬污染的則以植物修復(fù)為主。植物微生物修復(fù)則使得環(huán)境科學(xué)與技術(shù)第卷第期年月，（）：，（）：，（）：（），：（）：，（）：，（）：周啟星，宋玉芳污染土壤修復(fù)原理與方法北京：科學(xué)出版社，：，（）：，：，：，（）：陳同斌磷對(duì)超富集植物蜈蚣草吸收砷的影響及其科學(xué)意義科學(xué)通報(bào)，（）：，（）：（收稿；修

18、回）!（上接第頁(yè)）系數(shù)，分別為和，而且其地上部鎘含量均高于根部鎘含量，具有很強(qiáng)的從根部向地上部運(yùn)輸鎘的能力，具備了金屬富集植物的基本特征，具有植物修復(fù)的潛力，有待于進(jìn)一步研究。燕麥草、水麥草對(duì)（根部對(duì)鎘的富集系數(shù)），但主鎘的積累能力也較強(qiáng)要積累在根部，但其從根部向上運(yùn)輸鎘的能力較差，見(jiàn)表。表污染地野生植物對(duì)鎘的累積特性植物名稱蒲公英蘆葦部位地上部地下部地上部地下部地上部地下部地上部地下部地上部地下部含量對(duì)應(yīng)土壤中鎘含量富集系數(shù)的特點(diǎn)，可望采用植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行治理。參考文獻(xiàn)，：，：黨志，劉從強(qiáng)，尚愛(ài)安礦區(qū)土壤中重金屬活動(dòng)性評(píng)估方法的研究進(jìn)展地球科學(xué)進(jìn)展，（）：王凱榮我國(guó)農(nóng)田鎘污染現(xiàn)狀及其治理利用對(duì)策農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，（）：魯如坤土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，（）：李宇慶，陳玲，仇雁翎，等上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)土壤重金屬元素形態(tài)分析生態(tài)環(huán)境，（）：車前草拉拉藤水麥草莫征，王春霞，陳琴，等重金屬在土壤中的形態(tài)分布和轉(zhuǎn)化農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，（）：王亞平，鮑征宇，侯書(shū)恩，等尾礦庫(kù)周圍