河道底泥重金属污染的原位修复方法综述

曹丽亚

（上海亚新建设工程有限公司，上海 200436）

水是万物之源，作为人类生存、国家发展的重要资源，水体生态系统的健康稳定对于经济和社会的发展起着重要作用。其具有调节气候、保护生物物种多样性、维持环境的生态系统稳定等生态和经济功能[1]。近年来，随着经济社会的发展，人类对资源的开发利用逐渐加强，不可避免地对环境生态系统造成破坏，水质恶化是当今面临的生态环境问题之一[2]。底泥作为水体生态系统物质循环的重要环节之一，与水质密切相关[3]。

1 河道底泥重金属污染现状

近年来，随着城市化进程的加快，河道污染问题日益突出。底泥是河流、湖泊等水生生态系统的重要组成部分，也是环境污染物的聚集场所。重金属与有机物不同，其无法通过微生物降解，进入水环境的重金属主要通过吸附、离子交换、沉淀等作用迁移至河床表层底泥中，使底泥沉积物中的重金属含量远高于水相，有研究表明进入河流的污染物中只有1%以下的污染物能溶于水中，99%以上的污染物会沉积在河流沉积物中[4]。外界环境一旦发生变化，沉积于底泥中的重金属很可能被再次释放，造成二次污染，恶化水质，毒害水生生物，并可能通过食物链直接或间接影响人类和动物的健康[5-6]。

国内大多数河流、湖泊已经遭受不同程度的重金属污染，表1为国内主要河道、湖泊底泥重金属的污染状况。由表可知，河道底泥重金属污染较普遍，特别是重金属Cd，太湖、黄河和苏州河底泥中Cd的平均含量分别超过当地背景值的4.67、10.1和42.3倍，因此河道底泥重金属污染的修复工作具有重要意义。

表1 国内主要水系底泥重金属的污染状况Table 1 Pollution status of heavy metals in sediment of main water systems in China

2 河道底泥重金属污染的原位修复技术研究

2.1 河道底泥重金属污染的修复技术

目前底泥的重金属污染修复技术按处理位置的不同主要分异位修复和原位修复。疏浚法是指将重金属污染底泥从水底挖走，转移至陆地，再对底泥进行处理的技术，该技术是目前使用最为广泛的异位修复技术，能够快速并且较大程度地消减底泥对上覆水体的二次污染危害，有效改善水质，增加河道水体容积。我国太湖、天津海河和苏州河等地都进行过不同程度的疏浚工程[15-16]。疏浚后的底泥再根据污染程度不同进行物理、化学和生物修复处理。刘汉桥等研究发现，用20%的垃圾焚烧飞灰替代10%的水泥配置的固化剂可有效固定疏浚底泥中的重金属，其重金属浸出浓度均远低于毒性鉴别标准值[17]。

但是大量工程表明异位修复技术不仅会占用其他土地资源而且疏浚工程对原有水生态系统影响较大，不能满足经济和环保的需求。因此，越来越多的学者开始关注并研究原位处理技术，原位修复技术对原有生态环境影响相对较小，大大减小工程量。

2.2 河道底泥重金属污染的原位修复技术

原位修复技术按修复机理不同可分为物理、化学和生物修复技术。

物理方法以底泥覆盖技术为主，该技术是将一种或多种覆盖材料按比例分层或混合掺杂在一起，并以一定厚度平铺于污染底泥之上，使底泥中的重金属与上覆水体隔离，从而减少底泥中重金属的释放的修复方式。目前使用较多的覆盖材料有清洁沙子、底泥、水泥、钙质膨润土和沸石等，修复效果也因覆盖材料的不同而有所差异[18-19]。原位覆盖能有效防止底泥中重金属进入水体而造成二次污染，对水质有明显的改善作用，但工程量大，需要大量的清洁泥沙等。同时覆盖还会增加底泥的量，使水体库容变小，因而不适用于较浅的河流底泥的修复。

化学修复技术主要是利用一些化学试剂对底泥进行处理，将底泥中的重金属固定或转化成无毒、低毒价态的修复方法。有研究指出铁系物和铝系物对污染底泥中重金属具有较高的固定效率，能够有效降低重金属的浸出率[20-21]。该技术见效快，但是成本高，也可能会对环境造成二次污染，被稳定的重金属仍存在于底泥中，一旦外界环境发生变化，稳定的重金属也可能被再一次释放出来。

底泥重金属污染的生物修复技术还可分为微生物修复和植物修复，微生物修复主要利用底泥环境中各类微生物的活动与代谢过程改变底泥中重金属的形态，进而控制底泥重金属污染的释放[22]。Arwidsson等研究发现真菌分泌的有机酸可以与土壤中的铜形成配合物，从而降低铜的毒性[23]。采用微生物修复对环境刺激作用较小，但是它对修复条件很严苛，温度、pH等条件的改变都可能影响到微生物的修复效果。

植物修复与传统的物理和化学修复相比，具有经济环保、不易引起二次污染等优点，不仅可以减轻重金属污染，还可以美化环境[24]。目前运用水生植物原位治理修复重金属污染底泥是一种较理想的方法，有望被广泛推广应用。在污染底泥种植水生植物，植物生长过程中可将重金属离子吸收富集在体内，其体内的植物螯合素、有机酸和金属硫蛋白等成分可以降低重金属离子的毒性，通过络合形成配位体，使重金属离子在植物体内存留并富集，从而降低底泥中重金属对环境的危害[25]。植物根际还可以有效促进底泥中微生物的活性，进一步降低重金属的毒性。表2为国内外底泥重金属污染的原位植物修复研究，由表可知部分水生植物对重金属有较好的富集能力。

表2 国内外底泥污染的原位植物修复研究Table 2 Phytoremediation in situ of sediment pollution at home and abroad

3 展望

河道底泥重金属污染的原位修复技术成本较低、对环境影响小，且大多数污染地区人口众多，土地资源有限，这就更加凸显了原位修复的优势所在。目前，关于河道底泥重金属污染的原位修复技术研究较多，有很多也都已经应用于实际工程中，并取得了较好的修复效果。但仍有一些方面需要进一步探究，具体有以下几点：

（1）修复方式的选择

河道底泥与其他土壤不同，其含水率较大，且与水体关系密切，因此修复方式的选择至关重要。对于较严重的底泥重金属污染可以采用化学技术、物理技术或两者相结合的原位修复技术，从而实现快速治理的目的，但是原位覆盖技术不适用于较浅的河流底泥的修复。对于污染程度较轻、短期内不会造成危害的重金属污染底泥则可以选择植物原位修复技术，用于修复河流底泥重金属污染的植物，首先需要很强的重金属耐性，虽然现在已经发现很多重金属超富集植物，但很多植物生长环境比较独特，不一定能在河道底泥上正常生长。因此，对于培育耐性强、适应水生环境的植物将是今后河流底泥重金属污染植物修复技术的一个研究方向。

（2）实际工程应用

任何一项治理技术的研究，最终的目的都是为了能够运用到实际工程中。目前，对于重金属污染底泥的修复技术研究已经很成熟，很多也都成功运用到实际工程中，但是实验研究跟实际环境毕竟有差异，故从研究阶段到实际应用阶段我们还需要做很多优化调试。

（3）后期监测

每一项原位修复工程完成后都应该继续监测河道底泥及水体的污染情况，观察是否会造成其他环境危害，也对原位修复技术的适用性做一定的考察。