河道底泥污染成因及治理技术现状简析
摘要：
黑臭河道污染修复技术一直以来都是环境水体治理的难题，河道底泥作为水体污染的内源，其治理方式愈发受到国内外学者的关注。本文对河道底泥污染成因进行了分析，探讨了河道底泥污染形成机理及污染物传质过程，总结了近年来国内外环境学者对河道底泥原位治理技术研究的主要成果，以期为寻出符合我国国情的环境友好型、高效经济的底泥原位治理技术提供理论依据。
关键词：黑臭河道；底泥；污染成因；原位治理；
1引言
河道作为城市水源的主要承载体，具备多种生态调节功能，但随着城镇化进程的扩大发展，城市人口增加，水污染治理措施和设备处理效果滞后，导致许多城市的河道直接成为工业、农业和生活污水排放的主要渠道和场所。大量高浓度废水排入河道并在底泥中形成淤积，形成严重的内源污染。底泥与上覆水体不断进行污染物的迁移、传质，对生态环境和居民健康造成极恶
劣的影响，故需要采取相应措施进行治理。本文综合了近年来底泥原位治理的方法与手段，并结合国内外底泥修复应用实例，以期为工程实践中寻适用于不同类型河道的底泥修复方法提供理论支撑。
2 河道底泥污染成因
在1979年Lazaro指出，河流的“黑臭”现象是水体中的有机物质被微生物厌氧消化分解产生硫化氢、氨等恶臭气体的一种生物化学现象。底泥内源污染是导致城市河道出现“黑臭”现象的根本原因，形成沉积物内源污染的主要原因可归结为以下两点：
（1）水体污染物向底泥沉积。研究发现河道黑臭现象是由于农业废水、生活污水、工业废水、雨水径流等众多污染源所形成的交叉污染所造成。当水体中污染物过多，超过河道生态系统自净能力所承受的污染负荷时，污染物会通过自然沉淀、沉积逐渐形成污染底泥。这些污水中含有大量腐殖质、营养盐、有毒有害以及放射性物质，其中工业废水中排放出的铁、锰等重金属离子，易与水中的硫结合成容易被氧化的FeS , MnS等致黑物质，部分沉入底泥，是底泥发黑的关键成因。
（2）底泥自身污染物迁移—转化。底泥是排入河道中的各种污染物的主要归驱，赋存于底泥中的污染物在好氧、极端厌氧、缺氧等不同环境条件下无时无刻不发生着泥-水界面的迁移弥散以及自身形态的转变。污染底泥相比于清洁底泥具有更低的溶解氧，而溶解氧水平的降低会引发部分水生动植物以及微生物死亡，破坏底泥天然微生态环境，最终导致微生物落结构改变以及种丰度减少。底泥中芳烃类有机污染物因缺乏能够分解它们的酶而逐渐向高环形态转化，最终形成难降解类物质，造成严重的不可逆污染。
3 底泥治理技术简析
异位修复既通常意义上的底泥疏浚，通过器械开挖等方式将污染底泥挖走、转按照污染底泥的处理场所来分，可将黑臭河道污染底泥的修复技术分为原位修复和异位修复两大类。原位修复技术，是指通过物理、化学、生物等不同处理方式在原地进行施工作业，从而降低污染物含量并阻止其二次释放。
3.1 物理修复技术
物理修复方法通常包括调水、原位覆盖、人工曝气等多种方式。原位覆盖即向底泥中原位投
加覆盖层，以阻断底泥中污染物向上覆水释放，降低污染物的迁移性和溶解性。该技术操作简单，便于实施，目前在工程上已得到广泛应用，但其只是将污染物隔离，并未彻底将污染物去除。人工曝气以双膜理论为基础，氧分子经由气、液两相膜从气相转移到液相，使上覆水中DO含量升高。该技术可以使河流复氧速度加快，改善河流生态环境，增强河流自净能力，恢复河流生态系统平衡。Soltero等人研究将深水曝气的方法应用于Medical 湖，研究表明：曝气138 d后湖底层水体中的TP、NH4+-N浓度大幅下降。
3.2 化学修复
底泥化学治理技术主要涉及絮凝、氧化还原、离子交换、聚合反应、化学脱氯、水解、Fenton试剂氧化等众多化学反应过程，通过向污染底泥中投加化学试剂，氧化或固化底泥中的污染物，以达到减轻水体黑臭的目的。化学修复法见效快、耗资少，是一种应用广泛的底泥治理技术。目前常用的化学修复药剂主要包括过氧化钙、硝酸钙、聚合氯化铝、铁盐混凝剂、二氧化氯和硫酸铜等杀菌除藻剂等。已有大量文献表明：向污染底泥中复合投加氯化铁、铝盐、等物质后，底泥中的磷与该复合钝化剂形成活性沉淀层覆盖在底泥表面，可以阻止了磷向上覆水体扩散。
3.3 微生物修复
河道底泥生物量丰富，各种有机、无机等营养物质种类复杂多样，是底泥微生物繁殖生存的天然培养基。微生物修复的过程涉及微生物胞内酶和胞外酶的共同作用，胞外酶将难降解的有机物分解成微生物可吸收的小分子的有机物，再由胞外酶进行降解。目前工程上广泛应用的生物修复技术主要包括生物强化技术、生物刺激技术以及固定化微生物技术。生物促生技术是指人工投加营养盐、表面活性剂、电子受体、共代谢底物、酶制剂等以改善底泥微生物的生存环境，促进其自身生长代谢进而加强对目标物的降解作用。Maki等对油类污染海滩的修复研究表明，油类去除率随着营养盐用量的增大而增大。朱生凤等采用胶州湾沉积物研究了表面活性剂对菲的吸附和生物降解的影响，结果表明鼠李糖脂和十二烷基硫酸钠均可大大增强沉积物中菲的解吸作用，提高菲的生物降解率。向沉积物中投加电子受体是另一种较为成熟的生物修复手段。Shao等（2011）利用硝酸根对底泥进行修复，结果发现，投加浓度为30 mmol/L硝酸盐时，能很好促进底泥微生物多样性提高。
固定化微生物技术是指将底泥中游离细胞通过物理、化学等手段固定在特定的载体上，通过富集的方式增加微生物浓度以强化生物修复效果。相比于生物促生和生物刺激技术，该技术
具有便于控制反应条件的优点，且固定化载体可以循环利用，是一种环境友好型的污染治理技术。胡文稳等将石油烃降解菌负载到海藻酸钠—硅藻土溶液中，测得该方法固定化效率高达92.25%。李莹莹等在实验室驯化脱氮活性污泥的基础上，以聚乙烯醇（PVA）为包埋载体固定脱氮污泥并制成球形颗粒，在 PVA 最佳包埋条件下稳定16d，氨氮平均去除率达到81.24%。
处理技术 | 方法 | 药剂 | 优点 | 缺点 |
scull物理修复 | 引水冲刷 | — | 成本低、吸附量大、选择性好 | 难以彻底去除污染物 |
曝气充氧 | — | |||
底泥覆盖 | 改性斜发沸石 | |||
化学修复 | 化学絮凝 | PAC、PAM | 效果好，用时少 | 增加底泥碱度，破坏生态系统 |
氧化还原 | CaO2、KMnO4 | |||
芬顿氧化 | Fe2++H2O2 / Fe3++H2O2 | |||
生物修复 | 生物强化技术 | 人工菌、外源反硝化菌 | 成本较低，针对性强（难降解有机物） | 反应耗时长、释放H2S |
生物促生技术 | 电子受体、表面活性剂 | |||
固定化微生物技术 | 载体 | |||
表1 现有底泥原位处理技术比较
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