河道底泥治理技术研究进展

梁 康，杨佘维

（1.广东环科院环境科技有限公司；2.广东省环境科学研究院，广州，510045）

我国现存的污染河道往往存在截污不彻底或者未截污的情况，大量高浓度污水的长期汇入，通常会导致底泥淤积，形成严重的内源污染。在一定条件下，淤积在底泥中的存量污染物会释放到上覆水体中，影响上覆水体水质[1]。已有研究表明，当底泥中的污染物浓度超过其对应的本底值的2～3倍时，它就会对水体构成潜在的危害，需要对其进行治理[2]。

根据底泥处理的位置不同，可将治理方法分为原位治理与异位处理。各种处理处置方法优缺点各异，工程上尚未有有系统的、规范的底泥治理技术标准可以参考借鉴[3]。基于此，笔者在对国内外的内源污染治理技术进行充分调研的基础上，结合自身工程经验，对常用底泥治理技术进行了总结，特别是对一些具有应用前景的方法进行了详述，以期为有关技术人员提供参考。

1 原位治理

原位治理指的是底泥无需进行清淤疏浚，直接在底泥上采用物理、化学或生物修复的方法稳定或去除底泥中的污染物。常见的原位治理方法如图1所示。

图1 常见原位治理方法

1.1 物理处理

底泥的原位物理处理相对简单，目前，底泥覆盖技术是研究与应用最广泛的物理处理方法，其原理是通过覆盖一层适宜的覆盖材料将水体与底泥阻隔开，从而减少底泥污染物向上覆水体的迁移释放。原位覆盖虽然简单方便，但也存在着较大的局限性。底泥覆盖只是将底泥中的污染物隔离，并没有彻底移除，因此一旦覆盖层破损，污染物仍会向水体扩散。此外，覆盖也会增加底泥的厚度，从而改变河床坡度，对河道的泄洪蓄水存在着潜在的影响，在水流较大的区域，覆盖物也容易被冲走[4]。

底泥覆盖已被广泛地应用于各国的河道治理，但高效覆盖材料来源紧张限制了该技术的发展应用。常用底泥覆盖材料包括天然功能土、粉煤灰、改性材料、合成覆盖材料等[5]。Fan Y等开发了一种由沸石/含水氧化锆复合物组成的独特底泥覆盖材料，并研究了其对磷的去除，经过28 d的底泥覆盖试验后，上覆水体的浊度、总磷和溶解性磷浓度明显降低[6]。杨洁扬利用高炉煤渣覆盖受污染水体底泥，结果表明，采用曝气与覆盖相结合的方法可以使上覆水的NH3-N、TP浓度保持0.2 mg/L和0.07 mg/L左右[7]。

1.2 化学处理

底泥的原位化学处理是指向底泥中投加化学试剂，固定或者转化底泥中的污染物，从而降低底泥的污染程度，根据化学药剂的作用和性质，化学处理技术也分为氧化还原技术与钝化技术等。

氧化还原技术的原理是向底泥沉积物中注射氧化还原试剂，促使底泥污染物因发生氧化还原反应而去除。目前，常用的氧化剂有硝酸钙、高锰酸钾、双氧水等。孙士权对比了不同原位氧化还原修复方法对东洞庭湖底泥磷释放的控制效果，结果表明，在溶解氧≥20%时，对磷的控制效果依次为：硝酸钙原位处理＞沸石覆盖＞曝气≥未处理[8]。

原位钝化技术是向底泥或者水体中投加钝化药剂，钝化药剂可以捕获水中污染物，降低水体的污染物浓度，沉降下来的钝化药剂会形成钝化层覆盖在底泥上，抑制底泥的悬浮。常用的钝化剂有铝盐、钙盐、铁盐等。赵卫民等研究了不同钝化剂对河道底泥的钝化作用，结果表明，铝盐和钙盐钝化剂对,TN、TP、COD释放的抑制效果比铁盐钝化剂好，掺加4 g铝盐钝化剂和掺加6 g钙盐钝化剂后的河道底泥污染物的释放量较小[9]。Gan F研究了天然富钙凹土进行700℃高温热处理后，用于底泥钝化，这样可以显著提高其对磷的吸附效率，吸附量可达42.0 mg/g[10]。

1.3 生物修复

底泥的生物修复是利用微生物、动植物的代谢作用将底泥中的污染物分解、转化固定成无害物质。相比于物理、化学修复，生物修复是一种适用性强、廉价且对环境干扰少的方法。目前，常用的底泥生物修复技术主要包括：微生物修复、植物修复等。

底泥的微生物修复研究以固定化微生物技术为主，涂讳灵利用碳纤维生态草固定反硝化菌修复黑臭底泥，处理6周后，底泥有机质去除率、削减厚度分别为14.2%、1.79 cm，上覆水NH3-N、CODCr、TP、TN去除率分别为93.9%、66.5%、90.2%、84.6%[11]。林舒康将光合细菌固定在沸石上，并以0.5 kg/m2均匀投加到河道底泥中，修复5个月后上覆水NH3-N、CODCr、TP、TN下降了93.61%、57.51%、86.96%、95.16%，底泥有机质下降了27.20%[12]。谢佩君则研究了不同沉水植物对Cu、Pb复合污染底泥的修复效果[13]。结果表明，对Cu的富集能力为黑藻＞金鱼藻＞苦草；对Pb的富集能力为苦草＞黑藻＞金鱼藻。

2 异位处理

底泥的异位处理是指将河道的底泥挖出，运送到指定的地点，进行相应的处理。常见的异位修复方法如图2所示。

图2 底泥常见异位处理方法

2.1 土地利用

河道清淤底泥由于其富含N、P、K等营养元素，在严格控制底泥中污染物含量的前提下，进行土地利用，既可以减少因处理带来的整治费用，又可变废为宝，充分利用底泥中营养成分，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：园林绿化利用、农田利用、土地改良利用、林业利用等。底泥不同利用方式对其相应的污染物含量有不同的要求，我国尚未针对清淤底泥的土地利用出台相应的标准。清淤底泥的园林绿化利用、农田利用、林业利用可分别参考《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T 23486-2009）、《农用污泥污染物控制标准》（GB4284-2018）、《城镇污水处理厂污泥处置 林地用泥质》（CJ/T 362-2011）的相关规定[14]。此外，河道底泥的土地利用宜根据施用地点、土壤本底值、土地利用面积、种植植物类型等确定合理的方式。

常熟南湖湿地公园利用湖内底泥填筑湖边鱼塘，成片种植莲藕，金秋季节，荷花盛开，成为湿地公园一道亮丽的风景[15]。谢瑞桃将黑臭底泥用于马尼拉草、高羊茅草、四季青草、福寿花种植中，发现绿化植物在常温（18～22℃）下发芽率较高，四种植物对TN、TP、有机质去除率均值分别为52.67%、75.95%、49.91%[16]。魏岚利用水库底泥种植蔬菜，并研究了底泥添加对芥菜的生长和品质的影响，结果表明，随着底泥加入比例的增加，芥菜生物量先升高后降低，当m（底泥）:m（土壤）=2:1时，芥菜的生物量最高[17]。林智将河塘底泥与周边沙地混合，构建了30 cm厚耕作层，分别种植了空心菜与苦瓜，结果表明，疏浚出来的底泥与河沙混合后用于土地改良种植农产品是可行的[18]。

2.2 建材利用

随着我国土地利用政策的调整，可工业开发的地表黏土资源越来越少，河道底泥因其含有大量无机质，是砖瓦、水泥和陶料等建筑材料的优良替代原料。河道底泥用于建材利用不仅减少了因堆放而侵占的耕地，同时避免了因取土对农田造成的破坏，环境效益与社会效益显著。目前，清淤底泥的建材利用主要包括：水泥窑协同焚烧制水泥、掺杂制水泥、协同制陶粒等。

上海吴淞水泥公司利用苏州河底泥生产水泥，生产的水泥质量满足使用要求，一个日产1 000 t的生产线每天可处置约200 t（干基）底泥[19]。翁晶晶利用河道清淤底泥，以发泡聚苯乙烯颗粒作为掺合料，成功制备了满足市场需求的轻质墙体砖，其容重 1.31 g/cm3，强度等级可达MU10[20]。李铖研究了利用污水处理厂污泥和河道底泥烧制陶粒的可行性，发现污泥干重占混合污泥的5%～15%，预热温度300℃下，预热20～30 min，焙烧温度1 120～1 150℃下焙烧10 min，陶粒的体积、堆积密度、简压强度和表观密度等物理性质均满足建材性能的要求[21]。

2.3 填埋

清淤底泥可以与生活垃圾混合填埋，但用于填埋的底泥应符合现行国家标准《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T 23485-2009）和《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）的规定[22]。

2.4 填方筑坝

底泥固化后可以用作填土或道路工程的填方材料，与一般的土料相比，固化的底泥具有不产生固结沉降、强度高、透水性小等优点。张春雷对无锡五里湖疏浚出的底泥进行了固化处理和筑堤试验，结果表明，底泥固化后用作为土方材料，其28 d强度、渗透和变形系数均能够满足堤防筑堤的要求[23]。广州市通过将底泥固化后运送至填埋场作为填方土，解决了广州市300万m3底泥的处置难题。

2.5 海洋倾倒法

海洋倾倒法主要适用于沿海城市，是将疏浚泥运送到海洋管理部门指定的海洋抛泥区内，倾倒于海中。底泥的海洋倾倒应符合《海洋倾倒物质评价规范疏浚物》（GB30980-2014）的规定，具体如图3所示。但近年来，随着我国对海洋环境保护的重视以及近海倾倒区的饱和，部分沿海地区已经禁止向海洋倾倒底泥。

2.6 其他无害化、资源化处置方法

疏浚后的底泥还可用于填地造景、开发旅游资源等。杭州西湖南面的江洋畈，从1999年开始吸纳西湖疏浚的底泥，2003年库满后，山谷经过多年的发展，底泥中的种子逐渐萌发生长，形成了一片茂盛的沼泽林地，如今已被修建成为江洋畈公园，成为杭州市的一张亮丽名片[24]。

底泥由于含有大量的有机质，还可用于堆肥处理。吴桢芬对滇池清淤底泥气化利用进行了技术和经济性分析，结果表明，底泥气化在技术及经济上均可行，是较合理的湖泊底泥资源化利用方法[25]。但与其他有机物料相比，底泥含水量高，水分不易蒸发，易黏结成块，通气性差，因此需添加适量的调理剂如刨花、稻壳、麦秆、花生壳、锯末、干草等调节整个堆体的通气性[26]。

图3 底泥海洋倾倒法的分类和评价流程

3 结论

河道的底泥治理应以去除存量污染物，改善水质，恢复河流生态系统为目的。目前，随着我国水污染防治攻坚战进行，河道底泥的处理也越来越多地受到人们的关注。关于污染河道的底泥处理，笔者提出如下建议。目前，我国尚未出台底泥处理处置的相关规范或指导性文件，底泥清淤后的处理与处置仅能参考污水处理厂污泥处理的相关标准与规范，但两者性质差异较大，在应用中面临较多的难题，因此建议尽快出台河道底泥处理与处置技术规范。河道的底泥治理应在充分了解底泥污染物和污染特性的基础上，充分考察河道周边区域的处理能力，选择一种或多种处理方式，解决底泥量大、难消纳的问题。

底泥的原位化学修复是一种高效的底泥修复方式，但化学药剂的使用对河流生态系统带来的潜在影响目前尚不明确，因此建议加强底泥原位化学处理对河流生态系统造成的影响研究。底泥建材利用能够及时消纳大量底泥，而且高温条件下底泥中大部分有毒有害物质将被彻底分解，避免了二次污染，这是底泥资源化利用的最佳出路。目前，底泥建材利用技术相对成熟，但制成的砖瓦、水泥的出路是制约底泥建材利用的瓶颈。因此，建议国家加强对底泥建材产品应用的引导与推广，确保底泥制成的建材产品能够得到有效利用。