河道沉积物污染与治理策略研究

黄东明

(中节能铁汉生态环境股份有限公司，深圳 福田 516200)

引言

河道沉积物污染是我国乃至全球河道治理、流域治理领域亟需解决的问题之一。沉积物在水流、温度等外部因素的作用下会释放出有害成分[1]，从而对水生态系统产生不利的影响，甚至对人体健康造成威胁。

1 河道沉积物污染的成因

河道沉积物污染是指河流中的沉积物受到污染物的影响而导致其质量和性质发生变化的现象。了解河道沉积物污染的成因对于制定有效的治理策略至关重要。下面将从人为因素以及自然因素的角度探讨河道沉积物污染的成因及影响。

1.1 人为因素对河道沉积物污染的影响

河道沉积物污染是一个复杂的环境问题，其中人为因素在其中起了重要作用。

1.1.1 工业废水排放对沉积物污染的影响

工业生产废水中含有大量悬浮物、有机物、重金属和其他污染物，这些物质在排放到河道后会与沉积物发生相互作用，导致沉积物的污染程度增加。

工业废水中的悬浮物、有机物会被沉积物吸附，使沉积物中有机质的含量增加，并使沉积物的体积和质量增加。这些悬浮物、有机物自身可能带有一定的生物毒性，其在降解过程中会消耗大量溶解氧，从而影响河道水生态系统的稳定性。工业废水中的重金属元素也是沉积物污染的重要因素，这些重金属元素富集在固相物质上，在随水流运动的过程中，当固相物质的负载超过水体搬运能力时，固相物质就会被沉降下来，进而在沉积物中富集。但表层沉积物中的重金属并不稳定，当外界条件发生改变时，河道表层沉积物中富集的重金属会向水体中释放，造成水体的二次污染[2]，从而对水体生态系统产生毒性影响。当其中的重金属元素如铅、镉、铬、镍、汞等，浓度足够高时，会对生物群体产生毒性作用，从而对生态系统造成威胁。此外，工业废水的排放还可能导致河道水体的酸碱度和温度发生变化，进而影响沉积物的物理化学性质，这些变化可能导致沉积物的结构被破坏，释放出有毒有害物质，进一步破坏河道水生态系统。

1.1.2 农业活动对沉积物污染的影响

农业生产中使用的农药、化肥和畜禽养殖废弃物等，都可能通过地表径流和冲刷作用进入河道，形成河道沉积物并对原有沉积物产生影响。

农药通过地表径流进入河流后，会导致农药残留物在沉积物中富集，对水生生物和生态系统产生潜在的毒性风险。化肥的过量施用会导致农田中的养分过剩，并随着冲刷和地表径流进入河道，使沉积物中的养分含量升高。畜禽养殖废弃物中的有机物和养分会通过冲刷、渗漏、人为排放等原因进入河道，导致沉积物的有机质含量增加和养分富集。

1.1.3 城市活动对沉积物污染的影响

随着城市化进程的推进，城市活动对河道沉积物污染产生了显著影响。生活废水中的有机物、氨氮、总磷等污染物质，会因为城市管网雨污分流不彻底、污水收集率低、管网错接混接、管网病害等原因进入河道水体内，并与沉积物相互作用，导致沉积物的污染程度增加。道路上的汽车尾气、扬尘及大气尘降及冲洗道路后夹杂大量颗粒物的污水，都会通过降雨或径流进入河道，形成新的河道沉积物。城市土地开发活动中的水土流失会导致大量泥沙进入河道，增加了河道沉积物的体积。同时，城市建设中的废弃物及污水排放也会导致沉积物污染程度的增加。

1.2 自然因素对河道沉积物污染的影响

自然因素包括水流动力学特性、水体环境条件以及水生生物活动对沉积物沉积的影响。

1.2.1 水流动力学特性对沉积物输移的影响

水流动力学特性是指水流的速度、流量、流向、湍流度等因素对沉积物输移过程的影响。河道中的水流速度和流量大小直接影响着沉积物的悬浮和沉积过程。当水流速度较快时，沉积物容易被悬浮在水中，并随着水流的推动而被搬运。而当水流速度变慢或停滞时，沉积物会沉积在河床上。因此，水流动力学特性对河道沉积物的输移和沉积过程起着重要的调控作用。

1.2.2 水体环境条件对沉积物沉积的影响

水体环境条件包括水体温度、pH值、DO等因素，对沉积物的沉积过程有着直接影响。例如，河道水体温度、pH值及DO的变化，直接影响水生物的生境，极易造成原有水生物死亡，使沉积物增加。河道水体温度的升高，会造成水体中DO含量下降，从而影响沉积物中有机物的分解速率，进而增加了河道沉积物的量。

1.2.3 水生生物活动对沉积物沉积的影响

水生生物活动是指水中生物体的生长、繁殖和运动等活动对沉积物沉积过程的影响。水生生物如藻类、浮游生物和底栖生物等在河道中的活动会改变沉积物的分布和特性。

2 河道沉积物污染的治理策略

2.1 沉积物源头控制策略

沉积物源头控制策略是河道沉积物污染治理的首要环节，通过对污染物的产生和排放源头进行控制，可以有效减少沉积物的输入，降低河道沉积物的污染程度。

2.1.1 工业废水处理与排放控制

采取有效的工业废水处理与排放控制措施是减少沉积物污染的关键步骤。工业企业应建立完善的废水处理系统，确保企业按照相关标准进行排放，并应加强对工业废水排放的监管，通过在线监测等手段，避免超标废水排放对河道造成的污染。此外，还可以通过推广清洁生产技术和循环经济理念，减少工业废水的产生和排放，从根本上降低沉积物污染的风险。

2.1.2 农业面源污染治理

我国农业面源污染形势严峻。农业面源污染主要包括化肥污染、农药污染、养殖污染、农村生活污染等。为了有效治理农业面源污染，首先，可以通过合理的农田管理措施，如建立植物隔离带、适量灌溉和有序耕作等，减少农田表面径流对河道的冲击，降低沉积物的输入量。其次，应加强对农药和化肥的管理和监管，由于我国化肥利用率不高，需要推广绿色农业技术，减少农药和化肥的使用量和残留物的排放，从而减少其对河道的污染。再者，需要加强对农村养殖场、鱼塘的污染控制，并加强对农村生活污水的治理，保证污水能够达标排放，进一步减少农村生活污水对河道沉积物污染的影响。

2.1.3 城市污水处理与排放控制

为了有效治理城市污水对河道的污染，应建立健全城市污水处理与排放控制系统。首先，城市应建设规模适宜、技术先进、运行稳定的生活污水处理厂，对城市生活污水进行有效处理，确保其达到相应的排放标准。其次，应加强对城市污水管网的管理和维护，防止管网跑冒滴漏和偷排漏排现象的发生。此外，还应推广水资源回用技术，将处理后的污水用于农田灌溉、绿化浇灌等，减少污水对河道的污染输入，从而减少河道沉积物的输入量。

2.2 沉积物搬运与沉积控制策略

为了有效控制沉积物的搬运与沉积，相关人员需要采取一系列的策略和措施。

2.2.1 河道水流动力学调控

通过调控水流动力学中的流速和流量两个关键参数，可以有效控制沉积物的搬运与沉积过程。较高的流速可以使沉积物更容易被水流带走，因此，采取增加水流流量、改变河道形状等增加水流速度的措施，可以减少沉积物的沉积。此外，增加流量可以增加水流的冲刷力和输移能力，从而减少沉积物的沉积。另外，还可以通过增加上游的水源供给、调整水库的放水量和放水方式来增加流量，以达到控制沉积物沉积的目的。

2.2.2 沉积物沉积区域管控

通过合理管控沉积物的沉积区域，可以减少沉积物的积累和扩散，从而有效控制沉积物污染。首先，根据沉积物的来源、沉积特征和沉积区域的地理环境等因素，将河道划分为不同沉积区域，并对各个区域沉积物的沉积情况进行评估，这样可以有针对性地制定治理策略，优先治理重点沉积区域。其次，可以通过建设沉积物拦截设施、设置沉积物沉淀区等方式，阻止沉积物的扩散，并将其进行集中处理。

2.2.3 沉积物输移路径调控

通过调控沉积物的输移路径，可以有效控制沉积物的搬运和沉积。通过改变河道的弯曲程度、增加河道深度等方式，可以改变沉积物的输移路径，使其更容易被水流带走，减少沉积。此外，还可以采取沉积物导流措施，通过设置导流堤坝、挖掘导流渠道等方式，将沉积物引导到指定区域进行集中处理或再利用，这样可以有效控制沉积物的搬运和沉积，减少沉积物对河道的污染。

2.3 沉积物污染的修复与治理策略

2.3.1 沉积物污染修复技术的研究

沉积物污染修复技术的研究是解决河道污染问题的重要途径之一。许多研究人员致力于开发和改进各种沉积物污染修复技术，以恢复受污染河道的生态系统功能和水质。

一种常见的沉积物污染修复技术是物理法，主要包括机械清除、深度挖掘及环保清淤等。在实际应用过程中，选择适当的机械设备和方法非常重要。例如，当河道中存在大量沉积物和底泥时，使用挖掘机、吸污车、水利冲挖机组、绞吸船等机械可以有效清除含淤泥在内的沉积物。但在实际操作过程中需要注意，机械清除可能会对河道的生态系统造成一定的破坏，因此工作人员在操作过程中需要谨慎操作，避免进一步破坏河道的生态环境。

化学药剂法目前已较少使用，主要包括投加吸附剂、氧化剂及沉淀剂。在实际应用过程中，选择合适的吸附剂、氧化剂及沉淀剂非常重要。例如，重金属污染物可以选择具有高吸附能力的吸附剂，有机污染物可以选择适当的高级氧化剂，而悬浮颗粒物污染可以通过投加适量的沉淀剂，促使悬浮颗粒物和溶解有机物在水中形成沉淀，从而净化河道水体，但特别要注意的是，在此过程中需要考虑添加剂的投加量和添加方式，以确保其在沉积物中的均匀分布和有效作用，而且还不会造成二次污染。

生物修复技术也是一种常用的沉积物污染修复方法。该技术可以利用水生动物、水生植物和微生物的生物学特性来降解和转化污染物。在实际应用过程中，选择适合当地环境和污染物特性的水生动物、水生植物和微生物非常重要。水生动物修复主要是利用水中生物如鱼虾类、底栖动物类、浮游动物类进行水质修复，并结合水生植物构建完整的水下生物链。水生植物可以选择具有较强吸收和降解能力的植物，如芦苇、菖蒲、风车草、再力花、美人蕉等。微生物修复需要选择适当的菌株（如芽孢杆菌、EM菌），并考虑其适应性和生存条件。此外，需要注意生物修复过程中的监测和管理，以确保修复效果的持续和稳定。

综上所述，沉积物污染修复技术的研究涉及物理、化学和生物等多个领域。通过不同修复方法的结合，可以有效降低沉积物污染对水体生态系统和人类健康的影响[3]。不同的河道环境和污染物特性可能需要采用不同的修复策略，因此在实际应用过程中，工作人员需要综合考虑各种因素，以制定出最合适的修复方案。

2.3.2 沉积物污染综合治理方案的设计

沉积物污染综合治理方案设计是解决河道污染问题的关键步骤之一。在设计综合治理方案时，工作人员需要综合考虑沉积物来源、污染物特性、河道环境和治理目标等因素，以制定出科学、可行及有效的治理方案。首先，需要详细分析沉积物的来源。沉积物来源主要包括工业废水、农业面源、城市活动等。通过分析沉积物的来源，并进行取样分析，可以确定主要污染物的类型和浓度，从而为后续治理方案的制定提供依据。此外，针对不同污染物的特性，需要选择相应的治理技术。例如，有机污染物可以采用生物修复技术，利用植物和微生物的降解能力来减少污染物的浓度。而对于难降解的有机污染物，可能需要结合化学氧化技术进行处理。因此，在设计综合治理方案时，需要对污染物的特性进行详细分析，以选择合适的治理技术。

在设计综合治理方案时，还需要对河道环境进行全面评估，主要包括对河道流量、流速及水质，水文情况，生态系统状况，沉积物沉积厚度及分布等方面的调查和分析。通过对河道环境的评估，可以了解沉积物污染对生态系统的影响程度，为治理方案的制定提供依据。例如，如果河道生态系统已经受到严重破坏，可能需要采取河道水环境综合治理技术，如“控源截污，内源治理、生态修复、活水补给”等综合治理技术。通过采取综合治理技术，可以促进生物多样性的恢复和生态系统的稳定，从而恢复河道的自净能力。

2.3.3 沉积物污染监测与评估方法研究

沉积物污染监测与评估方法的研究对于了解河道污染状况、制定有效的治理策略至关重要。沉积物污染的监测方法包括现场采样和实验室分析。现场采样可以通过采集沉积物样品来获取污染物的信息，并规定采样频率、采样项目、每个监测点的采样个数和样品种类等，采样点的选择应该具有代表性。采样人员在采样时需要注意样品的保存和处理，并进行规范操作，以保证分析结果的准确性。实验室分析可以使用各种分析技术，如重金属分析、有机污染物、相关污染指标分析等，来确定沉积物中污染物的组成及浓度。

沉积物污染的评估方法包括污染物浓度评估和生态风险评估。污染物浓度评估可以通过计算和比较采样样品的分析结果，确定沉积物中污染物的浓度水平。生态风险评估可以通过综合考虑污染物的毒性、生物可利用性和生态系统敏感性等因素，评估沉积物对生态系统的潜在风险。随着科技的不断发展，一些新兴技术也被应用于沉积物污染的监测与评估中。例如，遥感技术可以通过卫星图像获取大范围的沉积物信息，从而实现对河道污染的快速评估。生物标志物技术可以通过分析沉积物中的特定生物标志物评估污染物的来源。此外，数学模型和地理信息系统（GIS）等新兴技术也可以用于沉积物污染的模拟和预测。

3 结论

河道沉积物污染是自然因素和人为因素单独或共同作用的结果，所以治理河道沉积物污染需要综合考虑源头控制、搬运与沉积控制以及污染修复与治理等策略。未来的研究应该进一步深入探讨河道沉积物污染的机理和影响因素，分析沉积物的污染特征以及生态修复与沉积物污染之间的联系，并提出更加有效的治理策略，以保护水生态系统的健康和人类的生活环境，促进人与自然的和谐共生。