河道底泥治理技術研究進展

梁 康，楊佘維

（1.廣東環科院環境科技有限公司；2.廣東省環境科學研究院，廣州，510045）

我國現存的污染河道往往存在截污不徹底或者未截污的情況，大量高濃度污水的長期匯入，通常會導致底泥淤積，形成嚴重的內源污染。在一定條件下，淤積在底泥中的存量污染物會釋放到上覆水體中，影響上覆水體水質[1]。已有研究表明，當底泥中的污染物濃度超過其對應的本底值的2～3倍時，它就會對水體構成潛在的危害，需要對其進行治理[2]。

根據底泥處理的位置不同，可將治理方法分為原位治理與異位處理。各種處理處置方法優缺點各異，工程上尚未有有系統的、規范的底泥治理技術標準可以參考借鑒[3]。基于此，筆者在對國內外的內源污染治理技術進行充分調研的基礎上，結合自身工程經驗，對常用底泥治理技術進行了總結，特別是對一些具有應用前景的方法進行了詳述，以期為有關技術人員提供參考。

1 原位治理

原位治理指的是底泥無需進行清淤疏浚，直接在底泥上采用物理、化學或生物修復的方法穩定或去除底泥中的污染物。常見的原位治理方法如圖1所示。

圖1 常見原位治理方法

1.1 物理處理

底泥的原位物理處理相對簡單，目前，底泥覆蓋技術是研究與應用最廣泛的物理處理方法，其原理是通過覆蓋一層適宜的覆蓋材料將水體與底泥阻隔開，從而減少底泥污染物向上覆水體的遷移釋放。原位覆蓋雖然簡單方便，但也存在著較大的局限性。底泥覆蓋只是將底泥中的污染物隔離，并沒有徹底移除，因此一旦覆蓋層破損，污染物仍會向水體擴散。此外，覆蓋也會增加底泥的厚度，從而改變河床坡度，對河道的泄洪蓄水存在著潛在的影響，在水流較大的區域，覆蓋物也容易被沖走[4]。

底泥覆蓋已被廣泛地應用于各國的河道治理，但高效覆蓋材料來源緊張限制了該技術的發展應用。常用底泥覆蓋材料包括天然功能土、粉煤灰、改性材料、合成覆蓋材料等[5]。Fan Y等開發了一種由沸石/含水氧化鋯復合物組成的獨特底泥覆蓋材料，并研究了其對磷的去除，經過28 d的底泥覆蓋試驗后，上覆水體的濁度、總磷和溶解性磷濃度明顯降低[6]。楊潔揚利用高爐煤渣覆蓋受污染水體底泥，結果表明，采用曝氣與覆蓋相結合的方法可以使上覆水的NH3-N、TP濃度保持0.2 mg/L和0.07 mg/L左右[7]。

1.2 化學處理

底泥的原位化學處理是指向底泥中投加化學試劑，固定或者轉化底泥中的污染物，從而降低底泥的污染程度，根據化學藥劑的作用和性質，化學處理技術也分為氧化還原技術與鈍化技術等。

氧化還原技術的原理是向底泥沉積物中注射氧化還原試劑，促使底泥污染物因發生氧化還原反應而去除。目前，常用的氧化劑有硝酸鈣、高錳酸鉀、雙氧水等。孫士權對比了不同原位氧化還原修復方法對東洞庭湖底泥磷釋放的控制效果，結果表明，在溶解氧≥20%時，對磷的控制效果依次為：硝酸鈣原位處理＞沸石覆蓋＞曝氣≥未處理[8]。

原位鈍化技術是向底泥或者水體中投加鈍化藥劑，鈍化藥劑可以捕獲水中污染物，降低水體的污染物濃度，沉降下來的鈍化藥劑會形成鈍化層覆蓋在底泥上，抑制底泥的懸浮。常用的鈍化劑有鋁鹽、鈣鹽、鐵鹽等。趙衛民等研究了不同鈍化劑對河道底泥的鈍化作用，結果表明，鋁鹽和鈣鹽鈍化劑對,TN、TP、COD釋放的抑制效果比鐵鹽鈍化劑好，摻加4 g鋁鹽鈍化劑和摻加6 g鈣鹽鈍化劑后的河道底泥污染物的釋放量較小[9]。Gan F研究了天然富鈣凹土進行700℃高溫熱處理后，用于底泥鈍化，這樣可以顯著提高其對磷的吸附效率，吸附量可達42.0 mg/g[10]。

1.3 生物修復

底泥的生物修復是利用微生物、動植物的代謝作用將底泥中的污染物分解、轉化固定成無害物質。相比于物理、化學修復，生物修復是一種適用性強、廉價且對環境干擾少的方法。目前，常用的底泥生物修復技術主要包括：微生物修復、植物修復等。

底泥的微生物修復研究以固定化微生物技術為主，涂諱靈利用碳纖維生態草固定反硝化菌修復黑臭底泥，處理6周后，底泥有機質去除率、削減厚度分別為14.2%、1.79 cm，上覆水NH3-N、CODCr、TP、TN去除率分別為93.9%、66.5%、90.2%、84.6%[11]。林舒康將光合細菌固定在沸石上，并以0.5 kg/m2均勻投加到河道底泥中，修復5個月后上覆水NH3-N、CODCr、TP、TN下降了93.61%、57.51%、86.96%、95.16%，底泥有機質下降了27.20%[12]。謝佩君則研究了不同沉水植物對Cu、Pb復合污染底泥的修復效果[13]。結果表明，對Cu的富集能力為黑藻＞金魚藻＞苦草；對Pb的富集能力為苦草＞黑藻＞金魚藻。

2 異位處理

底泥的異位處理是指將河道的底泥挖出，運送到指定的地點，進行相應的處理。常見的異位修復方法如圖2所示。

圖2 底泥常見異位處理方法

2.1 土地利用

河道清淤底泥由于其富含N、P、K等營養元素，在嚴格控制底泥中污染物含量的前提下，進行土地利用，既可以減少因處理帶來的整治費用，又可變廢為寶，充分利用底泥中營養成分，避免造成二次污染。目前，疏浚底泥的土地利用方式主要包括：園林綠化利用、農田利用、土地改良利用、林業利用等。底泥不同利用方式對其相應的污染物含量有不同的要求，我國尚未針對清淤底泥的土地利用出臺相應的標準。清淤底泥的園林綠化利用、農田利用、林業利用可分別參考《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》（GB/T 23486-2009）、《農用污泥污染物控制標準》（GB4284-2018）、《城鎮污水處理廠污泥處置 林地用泥質》（CJ/T 362-2011）的相關規定[14]。此外，河道底泥的土地利用宜根據施用地點、土壤本底值、土地利用面積、種植植物類型等確定合理的方式。

常熟南湖濕地公園利用湖內底泥填筑湖邊魚塘，成片種植蓮藕，金秋季節，荷花盛開，成為濕地公園一道亮麗的風景[15]。謝瑞桃將黑臭底泥用于馬尼拉草、高羊茅草、四季青草、福壽花種植中，發現綠化植物在常溫（18～22℃）下發芽率較高，四種植物對TN、TP、有機質去除率均值分別為52.67%、75.95%、49.91%[16]。魏嵐利用水庫底泥種植蔬菜，并研究了底泥添加對芥菜的生長和品質的影響，結果表明，隨著底泥加入比例的增加，芥菜生物量先升高后降低，當m（底泥）:m（土壤）=2:1時，芥菜的生物量最高[17]。林智將河塘底泥與周邊沙地混合，構建了30 cm厚耕作層，分別種植了空心菜與苦瓜，結果表明，疏浚出來的底泥與河沙混合后用于土地改良種植農產品是可行的[18]。

2.2 建材利用

隨著我國土地利用政策的調整，可工業開發的地表黏土資源越來越少，河道底泥因其含有大量無機質，是磚瓦、水泥和陶料等建筑材料的優良替代原料。河道底泥用于建材利用不僅減少了因堆放而侵占的耕地，同時避免了因取土對農田造成的破壞，環境效益與社會效益顯著。目前，清淤底泥的建材利用主要包括：水泥窯協同焚燒制水泥、摻雜制水泥、協同制陶粒等。

上海吳淞水泥公司利用蘇州河底泥生產水泥，生產的水泥質量滿足使用要求，一個日產1 000 t的生產線每天可處置約200 t（干基）底泥[19]。翁晶晶利用河道清淤底泥，以發泡聚苯乙烯顆粒作為摻合料，成功制備了滿足市場需求的輕質墻體磚，其容重 1.31 g/cm3，強度等級可達MU10[20]。李鋮研究了利用污水處理廠污泥和河道底泥燒制陶粒的可行性，發現污泥干重占混合污泥的5%～15%，預熱溫度300℃下，預熱20～30 min，焙燒溫度1 120～1 150℃下焙燒10 min，陶粒的體積、堆積密度、簡壓強度和表觀密度等物理性質均滿足建材性能的要求[21]。

2.3 填埋

清淤底泥可以與生活垃圾混合填埋，但用于填埋的底泥應符合現行國家標準《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）和《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008）的規定[22]。

2.4 填方筑壩

底泥固化后可以用作填土或道路工程的填方材料，與一般的土料相比，固化的底泥具有不產生固結沉降、強度高、透水性小等優點。張春雷對無錫五里湖疏浚出的底泥進行了固化處理和筑堤試驗，結果表明，底泥固化后用作為土方材料，其28 d強度、滲透和變形系數均能夠滿足堤防筑堤的要求[23]。廣州市通過將底泥固化后運送至填埋場作為填方土，解決了廣州市300萬m3底泥的處置難題。

2.5 海洋傾倒法

海洋傾倒法主要適用于沿海城市，是將疏浚泥運送到海洋管理部門指定的海洋拋泥區內，傾倒于海中。底泥的海洋傾倒應符合《海洋傾倒物質評價規范疏浚物》（GB30980-2014）的規定，具體如圖3所示。但近年來，隨著我國對海洋環境保護的重視以及近海傾倒區的飽和，部分沿海地區已經禁止向海洋傾倒底泥。

2.6 其他無害化、資源化處置方法

疏浚后的底泥還可用于填地造景、開發旅游資源等。杭州西湖南面的江洋畈，從1999年開始吸納西湖疏浚的底泥，2003年庫滿后，山谷經過多年的發展，底泥中的種子逐漸萌發生長，形成了一片茂盛的沼澤林地，如今已被修建成為江洋畈公園，成為杭州市的一張亮麗名片[24]。

底泥由于含有大量的有機質，還可用于堆肥處理。吳楨芬對滇池清淤底泥氣化利用進行了技術和經濟性分析，結果表明，底泥氣化在技術及經濟上均可行，是較合理的湖泊底泥資源化利用方法[25]。但與其他有機物料相比，底泥含水量高，水分不易蒸發，易黏結成塊，通氣性差，因此需添加適量的調理劑如刨花、稻殼、麥稈、花生殼、鋸末、干草等調節整個堆體的通氣性[26]。

圖3 底泥海洋傾倒法的分類和評價流程

3 結論

河道的底泥治理應以去除存量污染物，改善水質，恢復河流生態系統為目的。目前，隨著我國水污染防治攻堅戰進行，河道底泥的處理也越來越多地受到人們的關注。關于污染河道的底泥處理，筆者提出如下建議。目前，我國尚未出臺底泥處理處置的相關規范或指導性文件，底泥清淤后的處理與處置僅能參考污水處理廠污泥處理的相關標準與規范，但兩者性質差異較大，在應用中面臨較多的難題，因此建議盡快出臺河道底泥處理與處置技術規范。河道的底泥治理應在充分了解底泥污染物和污染特性的基礎上，充分考察河道周邊區域的處理能力，選擇一種或多種處理方式，解決底泥量大、難消納的問題。

底泥的原位化學修復是一種高效的底泥修復方式，但化學藥劑的使用對河流生態系統帶來的潛在影響目前尚不明確，因此建議加強底泥原位化學處理對河流生態系統造成的影響研究。底泥建材利用能夠及時消納大量底泥，而且高溫條件下底泥中大部分有毒有害物質將被徹底分解，避免了二次污染，這是底泥資源化利用的最佳出路。目前，底泥建材利用技術相對成熟，但制成的磚瓦、水泥的出路是制約底泥建材利用的瓶頸。因此，建議國家加強對底泥建材產品應用的引導與推廣，確保底泥制成的建材產品能夠得到有效利用。