污染沉积物原位和异位修复方法概述

来源:用户上传      作者:李国新

　　摘 要：沉积物修复是治理水体污染的关键之一，目前沉积物的修复方法按修复地点可以分为原位和异位修复。该文从原位和异位的角度概述了目前污染沉积物的主要治理方法，分析了其技术优点和缺陷，以期给相关环保工作者提供参考意见。
　　关键词：污染沉积物;原位修复;异位修复;河流治理
　　中图分类号 X5 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）19-0114-03
　　Overview of in-situ and Ectopic Remediation Methods for Contaminated Sediments
　　Li Guoxin
　　Abstract：Sediment remediation is one of the keys to control water pollution. At present，sediment restoration methods can be divided into in-situ and ectopic restoration according to restoration sites. This paper summarizes the main treatment methods of contaminated sediments from the perspective of in-situ and ectopic，and analyzes its technical advantages and disadvantages，hoping to provide reference for relevant environmental protection workers.
　　Key words：Polluted sediments;In situ repair;Ectopic repair;River regulation
　　重金屬可以通过污水排入、地表水入侵、雨水冲刷等作用进入到水体中，进而累积在沉积物中，对水生生态系统产生重金属毒性效应和食物链累积、放大效应[1]。在工业分布密集的长江流域，重金属是沉积物中最主要的污染物，王岚等人对长江干流表层沉积物中重金属含量进行了测定与评价，结果表明Cd平均含量达到2.46mg/kg，远远高于长江流域沉积物背景值0.45mg/kg，Cd的潜在生态风险性指数平均值164，具有极强生态风险[2]。水体富营养化问题也是目前面临的主要地表水环境问题。生态环境部公布的2019年5月地表水环境质量报告，总磷仍然是我国主要湖库的主要污染物、江河的第2污染物。沉积物作为营养盐的内源污染源，对上覆水中的总磷贡献足以维持和加速富营养化[3]。
　　沉积物不仅是水体生态系统的重要组成部分，也是天然的物质贮藏库。随着社会经济的快速发展，地表水环境污染问题日益突出，进入水体中的污染物，可以通过扩散、被吸附等作用累积在沉积物当中。而另一方面，沉积物也可以作为内源污染源，向上覆水中释放污染物，干扰水质修复，甚至加速水体污染[4]。目前，沉积物作为“源”的作用已经被人们重点关注，污染水体沉积物的修复工作也在迅速发展。沉积物的修复方法可以分为原位和异位法，本文从这个角度概述目前污染沉积物的修复机理和应用技术，以期给相关工作提供参考。
　　1 原位修复技术
　　沉积物的原位修复技术是指不移动污染沉积物，直接在发生污染的位置进行污染治理的方法措施。目前应用较多的原位修复技术主要有原位覆盖、化学钝化、原位生物修复、原位曝气等方法。
　　1.1 原位覆盖 原位覆盖技术是指在污染沉积物上覆盖1种或者多种材料，形成物理阻隔来减少沉积物与上覆水的接触，进而阻碍污染物从沉积物中释放的治理方法。早在上个世纪70年代，原位覆盖技术就开始应用于污染沉积物的治理，其抑制污染物迁移的主要机理有：（1）在沉积物-上覆水之间形成了物理阻隔，能有效阻隔污染物向上覆水中释放;（2）覆盖材料对污染物具有一定的吸附能力，吸附在材料上的污染物，迁移转化效率降低，同时可以得到降解;（3）覆盖材料中含有稳定污染物的化学成分，如磷污染沉积物添加富含铁离子的红土作为覆盖材料，Fe3+能有效结合游离的磷酸根而形成沉淀，使游离的磷酸根稳定化。目前，原位修复技术已经得到广泛的应用，日本的Akanoi海湾、华盛顿Denny海湾、哈密尔顿海港已经采用大规模的沉积物原位覆盖工程，对营养盐、有机污染物、重金属具有较好的控制效果，使用较多的覆盖材料主要有沙土、土工织物、沸石等[5]。原位覆盖技术具有控制污染物种类多、操作简便、处理成本较低、控制效果好等优点，但是存在对原有底栖生态系统干扰较大、污染物并未根本去除等问题。
　　1.2 化学钝化 化学钝化是指向沉积物中添加化学药剂来将污染物转化为沉淀、无毒害的形态，或者提高原有环境中的氧化还原电位，通过促进氧化反应的发生使得污染物氧化分解的一种治理方法。原位化学钝化法于上个世纪80年代开始研究并应用，在污染物磷和重金属的治理方面起到良好的效果。以污染物磷为例，目前最为常用的化学钝化剂有铝盐、铁盐、钙盐、硝酸盐，其主要机理是铝盐、铁盐、钙盐容易和磷结合形成沉淀而使磷酸根迁移转化能力下降，硝酸根能提高沉积物的氧化还原电位，抑制Fe3+转化为Fe2+，进而抑制铁、磷的释放[6]。West Twin Lake、White Lake等湖泊已经采用铝盐作为沉积物中磷的钝化剂，长期实验记录表明对沉积物中磷的钝化作用可以维持5～12年之久[7]。钝化剂的使用量难以确定，容易造成二次污染是化学钝化技术发展的主要限值因素，但因其反应迅速，一般作为污染应急处理。
　　1.3 原位生物修复 原位生物修复的主要机理是微生物、植物对污染物较强的氧化代谢、吸收、富集作用，进而达到污染物净化的目的。一般是在污染沉积物上种植能够过量吸收某种污染物的沉水植物或者挺水植物。如利用苦草对磷具有较强的吸收作用、菹草对重金属Zn的强富集性。此外，由于部分微生物能够耐受重污染物、代谢污染物的较高活性特点，微生物在沉积物修复中的作用也被重视。一般方法为强化土著微生物的净化效果、添加能够分解特种污染物的微生物种群[8]。由于植物根系能给微生物提供良好的生存环境，故植物-微生物联合修复技术也得到了很好的应用。原位生物修复技术不仅对污染物具有较好的净化效果，而且生长的植物在一定程度上还具有景观和经济价值。相比于其他修复方法，生物修复技术是最为经济、环保的一种，但是生物生长较为缓慢，生物修复具有修复速率慢的缺点[9]。 　　1.4 原位曝气 黑臭水体是目前城市中主要的水环境问题，其发生的主要原因是大量有机污染物的涌入，使得水体中溶解氧消耗殆尽，导致相关底质中还原反应发生，生成H2S、NH4等臭气以及FeS、MnS等黑色沉淀[10]。而在沉积物上设置原位曝气装置，对水体进行人工强化复氧，可以使有机污染物迅速彻底降解，同时在一定程度上也抑制了沉积物中其他污染物。原位曝气法是一种环保、高效处理有机污染物的方法，但处理成本较高。
　　2 异位修复
　　异位修复法是指采用一定的方法手段将沉积物从原有的位置转移出来后再采取相关的修复措施。异位修复技术主要包括底泥疏浚、异位淋洗和玻璃化等。
　　2.1 疏浚 疏浚是指采用机械的方法清除河流中淤积的污染底泥，目前该技术已经被广泛采用。尤其在我国较为严重的富营养化湖泊和河流的治理中，清淤工作已经是修复方案中重要步骤。“十五”期间，中国环境科学研究院依托太湖“863”项目开展了底泥精确薄层疏浚技术、细颗粒防扩散技术与堆场二次污染防治技术的研究，并建立了污染底泥生态疏浚示范工程。生态疏浚技术在我国也已逐渐成熟，并已取得良好工程实践效果。疏浚能够永久消除污染沉积物对上覆水水质的影响，但耗费高，底泥的二次修复也增加的处理成本，且疏浚过程中会导致大面积的沉积物再悬浮，这一过程也促使污染物的二次释放[11]。
　　2.2 异位淋洗及玻璃化 异位淋洗是指将污染沉积物从河底转移，然后加入淋洗剂，使得污染物从沉积物中分离到淋洗剂，从而达到净化沉积物的目的。沉积物的异位淋洗技术主要去除重金属，是从土壤淋洗技术发展而来，目前在国外应用较多，国内由于环境条件不适、沉积物淋洗成本高、设备技术不完善等原因暂时没有得到应用[12]。玻璃化是指对沉积物进行高温处理，其中有机以及部分无机污染物受热挥发而去除的过程。玻璃化极易产生二次污染，目前应用较少。
　　3 结语
　　随着地表水体修复技术大力发展，沉积物作为内源污染源的治理工作已经被重视。沉积物原位修复技术相比于异位具有3个主要优点：（1）技术简单、处理成本低，可以进行大规模工程化处理;（2）减少了沉积物再悬浮而释放污染物的可能性;（3）降低了污染物的迁移转化能力，对污染物具有稳定化的效果。但是目前化学钝化、原位覆盖等原位修复技术对底栖生物的影响暂未探明，而且原位修复技术从根本上也未消除污染物。异位修复法虽然能够较为彻底地消除沉积物对上覆水水质的影响，但是存在操作技术难度高、成本高、对底栖生态系统产生毁灭性的破坏等缺陷。因此，原位修复技术如何能够高效控制污染物并且加强污染物的自然降解过程，异位修复技术如何高效、环保、经济地进行，值得相关研究者、工作者深入探讨。
　　参考文献
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　　（责编：王慧晴）
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