污染底泥修复研究探讨

1、污染底泥修复研究探讨彭祺，等污染底泥修复研究探讨彭祺，（湖北省环境科学研究院，武汉郑金秀，；涂依，陈博；）；水利部中国科学院水工程生态研究所，武汉湖北永业行评估咨询有限公司，武汉湖北省宜化化工股份有限公司，宜昌摘要：文章概括介绍了污染底泥的修复技术及各自的特点，探讨了底泥修复中存在的问题及今后的发展趋势。目前底泥修复主要有物理修复、化学修复和生物修复三大类技术。物理修复见效快，但成本高；化学修复成本较低但易造成二次污染；生物修复投入低，处理量大，但处理效率低，难以见效。将这三类技术联合使用，取长补短，具有较广阔的发展前景。关键词：底泥；物理修复；化学修复；生物修复；联合修复中图分类号：文献标识

2、码：文章编号：（）污染物被水体颗粒物吸附、络合、絮凝、沉降而沉积在底泥中，在外源污染得到有效控制后，底泥中的这些污染物仍可能对水体产生“二次污染”。如武汉东湖截污工程完成后，本应年时间内就能恢复水体，但若因考虑底泥的释放作用，则需要年以上才能恢复。此在控制外源污染的同时，还需采用有效方法消除内源污染，为后续的生态恢复和重建创造有利条件。目前主要采用物理、化学和生物方法修复污染底泥，各方法还可相互结合应用到工程技术修复中。它人工合成材料等。该法是一种原位修复技术，工程造价低，能有效防止底泥中的污染物进入水体而造成的二次污染。但自然水体底部地形复杂难以均匀覆盖、有些覆盖材质还会产生二次污染、覆盖层

3、会被新的沉积物所覆盖、水体库容减小，因此该法不适于河流、湖泊、港口和水库，只适用于深海底泥修复。化学修复方法其原理是化学制剂与污染物发生氧化、还原、沉物理修复方法包括底泥生态疏浚、引水、掩蔽等物理修复方法淀、聚合等反应，使污染物从底泥中分离、降解转化成低毒或无毒的化学形态。淋洗法淋洗是将水、油或其它能够促进污染物溶出迁移的溶剂掺入、渗入或注入到污染的底泥中，然后将含有污染物的溶液从底泥中抽出，再进行深度处理的过程。该法关键在于采用高效安全的淋洗剂；目前应用较为广泛的淋洗剂主要有酸、碱、表面活性剂、植物油、和络合剂等。淋洗法具有投资及消耗相对较少，操作人员不直接接触污染物等优点。该法见效快，但工

4、程量大，耗财耗力，且难以使修复效果达标。底泥生态疏浚法以工程、环境、生态相结合来解决自然水体生态系统的可持续发展的修复方法。在重污染底泥沉积层采用工程措施，最大限度地将储积在该层中的污染物质移出，改善水生态循环，以遏制自然水体退化。疏浚时注重生物多样性和物种保护，疏浚后的基底应为后续生物修复创造条件。薄层精确局部疏浚和严格的环保工艺控制要求为其显著特点，与普通的工程疏浚的扩大湖泊库容、开挖土方等有本质区别。此外，环保疏浚要求在疏浚过程中采取措施防止二次污染，对清除出来的污染底泥进行安全处理处置。底泥固化法投加固化剂（如氯化铁、硫酸铝、氯化钙、硫化物或元素硫等），产生絮凝沉淀作用使污染物稳定在底

5、泥中。但固化剂达到一定浓度后对水质有影响，同时污染物仍沉积在底泥中，随着环境条件的变化有可能溶出对水体造成二次污染，因此需和底泥疏浚一起施用来彻底清除污染物。这种技术常用于一些景观水体，如城市公园湖泊。在对水质要求较高的水体中实施风险太大。掩蔽法掩蔽是在污染底泥上覆盖一层的清洁物，使其与水体隔离，防止底泥污染物向水体迁移的修复方法，。目前使用较多的掩蔽材料有未污染的底泥、清洁砂子、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、水泥和其玻璃化法玻璃化是指对污染疏浚底泥的固体组分给予的高温处理后，其中的有机污染物或挥发或热解而消失，重金属等无机离子则被永久性地固定于固体成分中。世纪年代以来，疏浚底泥玻璃作者简

6、介：彭祺（），男，硕士，从事环境经济管理与环境化学研究，（电话）（电子信箱）。环境科学与技术第卷第期年月（持久性有机污化技术已在美国、日本和欧洲各国染物）污染底泥修复中得到广泛应用。玻璃化是处理疏浚底泥的有效方法，但这种修复方法极易对地下水和处置地生态环境造成二次污染且成本太高，应慎用。与微生物修复有机污染底泥相比，重金属污染底泥微生物修复方面的研究和应用相对较少，最近几年才引起人们的重视。采用微生物修复重金属污染基生物氧化还于以下原理，即：生物氧化还原和生物吸附。原是利用微生物改变重金属的氧化还原状态，进而降低或消除重金属的毒性。生物吸附的脱毒原理则是利用重金属能与微生物体、微生物产物形成稳

7、定螯合物或晶体的特性，使重金属减小或失去毒性。从经济上看，生物吸附可与离子交换和化学沉淀相媲美，但目前主要还是作为废水处理方法而得到广泛研究，基于该原理的底泥修复技术方法至今尚未建立。臭氧氧化法臭氧氧化性强，反应速度快，可与大多数有机物发生反应，将难于或不可生物降解的有机物转化为可以或易于生物降解的有机物；但该法成本较高。电动修复法该技术早期用于水坝和地基的脱水和夯实，目前移用到底泥修复中。其主要优点是：不必添加其它物质，修复时间短（实验室研究表明修复时间不超过个月）。其基本原理是将电极插入受污染的底泥中，施加直流电后，电极之间形成电场。由于底泥颗粒表面具有双电层，且孔隙溶液中离子或颗粒物带有

8、电荷，电场条件下孔隙中的水溶液产生电渗流同时带电离子电迁移，多种迁移运动的叠加载着污染物离开处理区。到达电极区的污染物一般通过电沉积或离子交换萃取被去除，从而达到修复的目的。目前的研究热点之一是将该技术应用于强化原位生物修复。化学修复方法中除底泥固化法可用于原位修复外，其余方法主要用于异位修复（无疑增加了修复成本）。植物修复主要基于植物持续提取、诱导植物提取、植物挥发、植物过滤、根系过滤和植物钝化等原理。植物修复尚有很多问题值得研究，如目前所发现的超富集植物一般生物量小，所需时间长，需进一步开发和寻找新的生物量大的植物（如将生长慢、低生物量的超富集植物育成生长快、生物量大的品种）；也可以利用基

9、因工程的手段，将植物进行改造，从而产生理想的适合需求的转基因超富集植物（如将超富集植物的特异基因转入到高生物量的植物体中）；还可以通过添加微生物、螯合剂或其他元素的办法来提高已有的超富集植物的富集效果。此外，对受金属影响的突变体进行遗传分析是理解调控重金属积累作用机制的一个良好开端。生物修复方法利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，从而使污染环境能够部分或者完全恢复到原始状态的过程。与物理和化学修复方法相比，生物修复方法具有节省费用、不破坏原有生态、去污效率高等优点，因此在短短年历史中就得到快速发展。其中原位生物修复成本低廉但修复效果差，适合于大面积、低污染

10、负荷底泥的生物修复；异位生物修复主要应用于疏浚后底泥的处理，其修复效果好但成本高昂，适合于小面积、高负荷污染底泥的修复。植物微生物联合修复植物微生物共生体系是消除底泥中污染物的有效方法，高等植物根区环境中具有明显的厌氧、缺氧和好氧微生物降解功能区。在共生系统中高等植物不仅能够为微生物提供碳源和能源，根周围的渗出液还能够提高微生物的降解活性。高等植物作为原位微生物修复的“固定化载体”，投入底泥修复系统中的大量微生物制剂，如微生物体、输氧剂、替代电子受体和营养物等，都能够附着在植物体上，进而对微生物修复底泥起到强化作用。在实际应用中，基于上述修复原理还采取了生物反应器、生物通风法等方法也取得了不错

11、的效果。微生物修复微生物主要通过氧化、还原、水解作用等对有机物进行分解。采用人工驯化、固定化微生物和转基因工程菌能够成功降解底泥中的有机污染物，但是要将其制成能方便使用的生物修复产品，还需要进行大量的研究。在现场修复工程中，影响微生物活性的因子较多，而且难以控制，要想使微生物的活性达到最大值，需要对微生物的营养结构、电子受体等进行合理调控。可以采用构建高效菌群的方式来组合各单种微生物降解能力形成一个完整的降解系统以适应不同的环境条件，协同菌种间的降解反应，减少相互的干扰，加快酶解反应。联合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。由于生物修复具有明显的成本优势，对

12、生态环境的影响较其他方法小，前景广阔，因此在综合治理中，应以生物修复方法为主，其他方法配合，各种方法之间分步骤实施或同时使用。物理生物修复对于原位修复，可采用原地隔离、原地覆盖和原地污染底泥修复研究探讨彭祺，等生物修复技术。而异位修复则是在生物修复之前先用物理方法（主要是生态疏浚）处理，再进行生物修复。在很多情况下，疏浚是污染底泥修复的必须选择，但是疏浚后的淤泥处理则是环保难题。疏浚后的尾水可用絮凝沉淀、活性污泥等水处理技术进行处理。脱水后的底泥可采用堆肥技术，也可用植物微生物修复。二者的优势得以发挥，并形成协同作用。在生物修复中还可以通过投加营养物质或促进剂、投加高效微生物或质粒、转座子、基

13、因工程菌等来提高底泥的修复效当底泥中存在复杂率，达到生物促进增强修复的目的。的难降解污染物时，生物增强技术就显得更加重要了。（）污染底泥的联合修复。单一的物理、化学、生物修复均不能解决复杂的底泥污染问题。联合修复有利于集中各项技术的优势，避免或减小单项技术的缺点，扩大技术应用的范围，也可从各种技术的联合中寻找到一条适合我国国情的既经济有有效的修复之路。（）污染物迁移转化过程与分子机理研究为有效阻控污染物在底泥作物系统中的传递，必须将根际过程、根系吸收、植物体内迁移转化和各种强化措施结合起来进行研究。在已有研究基础上，研究污染底泥修复例如，等研的新原理，并逐步深入到分子机理。究发现，溶液中浓度为

14、的镉会诱导生物体中半胱氨酸（）蛋白（一种非金属硫蛋白）编码基因的表达，从而减轻铜的毒性效应。这方面的研究是污染底泥修复基础研究需要加强的重点内容。参考文献姜建国，沈韫芬截污工程完成后武汉东湖自然净化速率探讨长江流域资源与环境，（）：化学生物修复在生物修复中，由于底泥中有机物的水溶性低，而生物反应主要在液相中进行，因此底泥中有机物的低利用性影响了生物修复效率。在化学修复中，淋洗和电动修复可增加污染物质的溶解，使污染物分布均匀，从而促进生物的吸收。如淋洗法，加入淋洗液（表面活性剂等）可将污染物洗脱出来后再进行生物修复。而电动修复可使添加的细菌、营养物质等在底泥中分布均匀，使微生物能有效接触污染物质

15、。这些化学方法可说是生物修复的增强技术。另外还有臭氧生物修复，先将底泥进行臭氧化处理，减少其中的难降解有毒有害物质，为后续的生物修理提供有利条件。物理化学生物修复以物理、化学、生物三种技术组合而成的联合修复技术主要针对异位修复。如采用生态疏浚淋洗（或电动）生物修复，先以生态疏浚方法将污染底泥清出水体，再采用各种物理、化学和生物措施进行修复。如重金属和同时存在时，由于二者性质上的差异，目前的处理方法需要先将其分离，再分别进行处理。常用的方法是将重金属用酸或微生物溶出，再对溶出液中的重金属和底泥中的污染物分别进行处理。如硫杆菌以硫为营养源可以使底泥中绝大部分的、，：，：太湖水污染陈荷生，石建华太湖

16、底泥的生态疏浚工程综合治理措施之一水资源保护，（）：镇池草海金相灿，荆一凤湖泊污染底泥疏浚工程技术底泥疏挖及处置环境科学研究，（）：、在几天到几周内溶出，这种方法要比用酸浸提经济得多；利用纳米材料作催化剂，能够有效降解多种。面对越来越复杂的污染物质，采用单项技术已逐渐不能满足环境修复的要求，因此发展联合修复技术前景广阔。濮培民，王国祥底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗湖泊科学，（）：陈华林，陈英旭污染底泥修复技术进展农业环境保护，（）：（），：孙铁珩，周启星，李培军污染生态学北京：科学出版社，：，（）：，（）：问题与展望（）复合污染底泥的修复。底泥中污染物质往往呈复合型，当前的修复技术可能只能解决其

17、中的某些污染物的问题，对复合型污染底泥的修复还存在困难，尤其是底泥同时存在无机和有机污染物质污染时，现有的修复方法更难以奏效。因此今后有必要加强复合型污染底泥的修复研究。（）生物修复增强技术的研究。为了减少修复费用，应以生物修复为主，其它措施为辅。比较一致的观点是：对于有机污染的底泥通常采用微生物修复，对重金属污染的则以植物修复为主。植物微生物修复则使得环境科学与技术第卷第期年月，（）：，（）：，（）：（），：（）：，（）：，（）：周启星，宋玉芳污染土壤修复原理与方法北京：科学出版社，：，（）：，：，：，（）：陈同斌磷对超富集植物蜈蚣草吸收砷的影响及其科学意义科学通报，（）：，（）：（收稿；修

18、回）!（上接第页）系数，分别为和，而且其地上部镉含量均高于根部镉含量，具有很强的从根部向地上部运输镉的能力，具备了金属富集植物的基本特征，具有植物修复的潜力，有待于进一步研究。燕麦草、水麦草对（根部对镉的富集系数），但主镉的积累能力也较强要积累在根部，但其从根部向上运输镉的能力较差，见表。表污染地野生植物对镉的累积特性植物名称蒲公英芦苇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对应土壤中镉含量富集系数的特点，可望采用植物修复技术进行治理。参考文献，：，：党志，刘从强，尚爱安矿区土壤中重金属活动性评估方法的研究进展地球科学进展，（）：王凯荣我国农田镉污染现状及其治理利用对策农业环境保护，（）：鲁如坤土壤农业化学分析方法北京：中国农业科技出版社，（）：李宇庆，陈玲，仇雁翎，等上海化学工业区土壤重金属元素形态分析生态环境，（）：车前草拉拉藤水麦草莫征，王春霞，陈琴，等重金属在土壤中的形态分布和转化农业环境保护，（）：王亚平，鲍征宇，侯书恩，等尾矿库周围