河流濕地底泥疏浚與原位處理關(guān)鍵技術(shù)集成獲獎科研報告摘

要：我國的地域廣袤、河流眾多，在經(jīng)濟快速發(fā)展的環(huán)境下，很多水體環(huán)境都受到了不同程度的污染情況，而底泥則是一個重要的污染源。為了能做好底泥疏浚工作，需要與原位處理技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到更好的污染治理效果，從而保障我國可持續(xù)發(fā)展。本文對河流濕地底泥疏浚與原味處理關(guān)鍵技術(shù)集成進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：河流濕地;底泥疏浚;原位處理技術(shù);集成

1、前言

對于河流底泥的治理已經(jīng)成為了我國近年來水體環(huán)境治理的一項重要研究方向，這也是解決河水黑臭、毒害的根本辦法。為了能夠達(dá)到更好的處理效果，本文原位處理技術(shù)相結(jié)合，從物理、化學(xué)和生物三方面修復(fù)技術(shù)來探討河流濕地底泥疏浚工作的優(yōu)缺點。

2、河流濕地底泥特點

2.1底泥物化性質(zhì)

首先是底泥的顆粒物組成。在河流濕地的底泥中，大部分都由粉砂和粘粒，并且在受到污染程度越大的底泥中，其細(xì)小顆粒的占比也就越高。其次是陽離子交換量。探究底泥的陽離子交換量主要在于其表征底泥吸附性質(zhì)，而在經(jīng)過研究可以發(fā)現(xiàn)，河流濕地的底泥陽離子交換量由有機交換基和無機交換基組成。其中有機交換基一般為腐殖質(zhì)酸，而無機交換基一般為黏土礦物。底泥的陽離子交換量與很多因素都有關(guān)系，包括但不限于有機質(zhì)、沉積物顆粒等一些因素。最后則是有機質(zhì)和無機質(zhì)。有機質(zhì)能夠有效地表明底泥的有機污染情況，一般來說，底泥里的有機質(zhì)一般為腐殖質(zhì)和有機氮、有機磷等，比如說蛋白質(zhì)、氨基酸、胡敏素等。無機質(zhì)則指的是一些氧化物，比如說二氧化硅、三氧化二鋁、氧化錳等，以及各種形態(tài)的無機氮和無機磷。無機質(zhì)也能夠體現(xiàn)水體的污染情況，不同的污染情況中期無機質(zhì)種類與組成也不相同[1]。

2.2底泥的分層

底泥一般會分為三層。第一層為浮泥層，該層一般是黑色絮狀物，具有非常大的含水率，并且粒徑都較小，一般都是以粉砂為主。一般來說其厚度在3厘米左右，與水體直接相鄰。在浮泥層中，其污染物含有量要高于水體和下兩層，且能夠作為中間介質(zhì)來運輸污染物。第二層為近代沉積層，其具有1-3米范圍內(nèi)的厚度，總體顏色也呈黑色，但是結(jié)構(gòu)更為疏松，一般是由一些植物、動物的殘骸以及一些有機垃圾組成，在該層中金屬污染物含量要高于其他兩層，并且具有強烈的刺激性氣味。最后一層則是原始沉積層，該層總體呈黃色，是一類污染物較少的正常沉積層，但是其含水量并不高。

2.3底泥的污染物

底泥中的污染物也分為三種。第一種是有機污染物，一般會分為一般有機物和難講解有毒有機物。一般有機物與該水體中的生物種類有著很大的關(guān)系，而達(dá)到重污染水平的水體中，其碳氮比一般都大于十，并且該污染基本來自于陸源。難降解有毒有機物則是由于農(nóng)業(yè)、工業(yè)上的污染物沉降吸附在土壤顆粒上，最終在底泥中沉積。第二種是營養(yǎng)鹽，在外源污染得到控制的情況下，底泥中的氮磷元素將是這種污染物的主要來源，會造成水體富營養(yǎng)化，使得藻類大量繁殖，而藻類生長或者腐爛過程又將會消耗大量的氧氣，使得其他生物無法生存，且氮含量太高也導(dǎo)致了其他機體會受到毒害。最后則是重金屬污染物，這種污染物的降解難度很大，大多都是因為工業(yè)廢水的排入，一般來說，重金屬污染物最后將通過食物鏈到達(dá)人類端，從而損害人體，而我國水體中的重金屬污染在世界各國中也較為嚴(yán)重[2]。

3、原位處理技術(shù)特點與分類

原位處理法是目前地下水污染治理中的應(yīng)用熱點，其并不需要大量的資金和設(shè)備的投入，對水體造成的影響非常小，而污染治理效果卻很強，是目前地下水污染治理技術(shù)的趨勢。一般來說，原位處理技術(shù)有加藥法、土壤改性法、沖洗法、射頻放電加熱法等。加藥法就是通過井群系統(tǒng)來將被污染的水體中施加一類化學(xué)藥劑，使得底泥中的污染物質(zhì)能夠被有效降解或者形成沉淀。土壤改性法則是在土壤的粘土層中注射表面活性劑或者是有機改性物質(zhì)，使得粘土有機化，從而達(dá)到對水體中污染物的吸附作用。沖洗法則是將空氣注入污染水體中，而污染物的一些揮發(fā)性組分將會隨著空氣一起上浮，通過蒸汽沖洗的方式熱降解有害物質(zhì)。這種方法主要是針對于一些烴類污染物。射頻放電加熱法則是利用電流來講解污染物，但是該過程需要注意重金屬很容易形成沉淀，會造成堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致處理效果不高。

4、河流濕地底泥疏浚與原位處理關(guān)鍵技術(shù)的集成

4.1物理處理技術(shù)

4.1.1工程清淤技術(shù)

目前我國擁有各類工程清淤技術(shù)，且各類工程清淤技術(shù)的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點都各不相同。一般來說，工程清淤技術(shù)分為排干清淤和水下清淤兩種。排干清淤一般由干挖清淤、水力沖挖和抓斗式清淤三種情況，但是這三種方式無一例外都需要排干河道的水流，從而影響了河道通航情況，所以在排干清淤過程中很容易導(dǎo)致河道兩邊的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，并且該方式也特別受氣候條件的影響，清淤效果也不夠好，甚至?xí)斐捎倌嗷赜俚那闆r。

4.1.2環(huán)保清淤技術(shù)

與工程清淤不同，環(huán)保清淤的主要特點就在于清淤的深度和其位置，通過合適的清淤點和一定的環(huán)保清淤設(shè)備來進(jìn)行清淤工作，從而在改善污染情況的基礎(chǔ)下避免了對水體環(huán)境的破壞。一般來說，環(huán)保清淤和一般的工程清淤最大的差別就在于環(huán)保清淤對于施工精度、清挖邊界、底泥擴散限制等方面比工程清淤的要求要高很多，無論是精度還是控制范圍都要優(yōu)于工程清淤。目前國家也在大力投入環(huán)保清淤技術(shù)，但是因為該技術(shù)的設(shè)備特殊，我國目前還并未生產(chǎn)出完全自主研發(fā)的環(huán)保清淤設(shè)備，大多還是依賴進(jìn)口。

4.1.3底泥覆蓋技術(shù)

底泥覆蓋技術(shù)就是底泥疏浚和原位處理技術(shù)的有效集成。其是指通過一種阻隔能力較強的清潔材料來覆蓋底泥，這樣就能夠有效的阻止底泥中的污染物向上擴散，污染上覆水體。一般來說，覆蓋材料都會使用一些天然材料，比如說一些清潔的泥沙、礫石和腐殖質(zhì)，當(dāng)然也有很多底泥疏浚工程中會采用人工合成材料。目前在水體治理領(lǐng)域中提出了一種活性覆蓋理念，通過一些復(fù)合材料來有效過濾底泥中的某些污染物。比如說在富營養(yǎng)化的水體中，通過水鐵礦/方解石活性復(fù)合材料能夠有效地控制底泥的氮磷元素和鐵元素的釋放。因為底泥覆蓋技術(shù)會破壞底棲環(huán)境，也會降低水深，一旦大規(guī)模使用還需要投入巨大的成本，所以該技術(shù)一般只用在小規(guī)模的水體治理中。

4.1.4人工復(fù)氧技術(shù)

在物理治理方法中，人工復(fù)氧技術(shù)已經(jīng)通過了多方實驗驗證，并探明其具有非常好的污染抑制能力。通過人工復(fù)氧技術(shù)能夠有效地抑制住底泥的污染物釋放。一般來說，人工復(fù)氧技術(shù)包括有純氧、復(fù)氧、水下射流復(fù)氧和鼓風(fēng)-微孔曝氣復(fù)氧等。在人工復(fù)氧技術(shù)中，曝氣是一項非常重要的工作，曝氣量、曝氣深度和曝氣方式都能夠?qū)Φ啄辔廴镜囊种飘a(chǎn)生影響。目前通過實驗證明，在低強度下的連續(xù)曝氣能夠?qū)⑽廴疽种颇芰ψ畲蠡?，并且該方式下的能量消耗也并不大，底泥曝氣要比水曝氣效果更佳，并且曝氣的深度越大，其抑制力就越大。人工?fù)氧技術(shù)目前是行業(yè)內(nèi)比較流行的技術(shù)，因為其成本低、效果好、無二次污染等優(yōu)點也被認(rèn)為是未來水體治理技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。

4.2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

在河流濕地底泥疏浚工程中，化學(xué)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用其實并不多，一般也只分為兩種。第一種是化學(xué)增氧技術(shù)，就是通過設(shè)備或者人力向底泥中投入一種含氧量非常高的化合物，使得底泥中能夠具有充分的氧氣來分解掉一些有機質(zhì)，這部分技術(shù)國內(nèi)一直處于缺失狀態(tài)，近幾年才興起，但是國外在這方面有許多案例和技術(shù)可以借鑒。第二種是化學(xué)固化技術(shù)，就是通過向底泥中投入一定的化學(xué)藥劑，從而將底泥中的一些營養(yǎng)鹽固定起來，使得其在底泥中獨立分層，達(dá)到封閉效果，使得其他污染物無法釋放。目前在清淤工程上最常使用的是鋁鹽、鈣鹽、鐵鹽等，比如說硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化鈣等。使用化學(xué)修復(fù)技術(shù)還是需要施工人員非常謹(jǐn)慎，因為各類化學(xué)藥劑的投入都有可能會造成水體環(huán)境的破壞，具有較大的風(fēng)險，所以化學(xué)修復(fù)技術(shù)一般也不會長期運用在底泥疏浚工過程中，大多都是緊急情況時才使用[3]。

4.3生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)一般會分為土著微生物定向擴培和生物強化兩方面內(nèi)容。

4.3.1土著微生物定向擴培

所謂土著微生物定向擴培技術(shù)，就是指利用水體中本來就已經(jīng)存在的微生物進(jìn)行培養(yǎng)，使其朝著規(guī)定的方向發(fā)展。首先是底泥生物氧化，就是通過呼吸代謝的途徑來誘導(dǎo)土著微生物能夠定向擴增，使得一些能夠?qū)е挛廴镜奈⑸锷L和繁殖能夠收到抑制，并且通過對電子受體、共代謝底物等技術(shù)的組合達(dá)到在氧氣稀缺條件下的生物氧化效果，從而有效地減小有機質(zhì)的含量，凈化了水體。其次就是生物促進(jìn)劑，所謂生物促進(jìn)劑，就是一些酶、電子受體、共代謝底物、微生物促升劑等，這些促升劑能夠有效地幫助土著微生物生長和繁殖，從而達(dá)到對氮氨和磷酸鹽的有效轉(zhuǎn)化和處理，目前也應(yīng)用非常廣。

4.3.2生物強化

所謂生物強化技術(shù)，就是通過選擇一些能夠有效處理污染的微生物來進(jìn)行培養(yǎng)和馴化，經(jīng)過多輪篩選之后將菌種投入到污染底泥中，從而有效地處理掉底泥中的污染物，使得底泥的污染性能夠降低。目前生物強化技術(shù)已經(jīng)非常廣泛，不過雖然生物強化能夠有效地解決底泥污染問題，但是無法解決底泥降解和土著微生物減量的問題，這也是后續(xù)科研工作中需要解決的問題。所以在引入生物時，要做好篩選工作，確保外源微生物的引