不同原位修复技术在玉龙河底泥治理中的应用

不同原位修复技术在玉龙河底泥治理中的应用

1城市河流的水质状况和污染源龙龙河流域位于广东省东北部。（1）该流域大量废水直接排入河流，在处理和简单处理后直接排入河流。（2）虽然该盆地的人口迅速增加，但长期以来没有形成完整的排水体系。（3）龙江路沿线生活垃圾没有得到充分妥善处理，导致雨水进入河流等原因，严重影响了河流水生生态系统。受到不同程度的污染。为此,当地政府于2010年开始,集中力量推进龙岗河干流综合整治工程。龙岗河干流综合整治工程实施之前,水质污染严重,水体发黑并且散发出刺激性浓烈臭味。张远等人于2003～2004年对龙岗河进行了水质和水生物监测,调查显示,龙岗河中下游有机质、氮和磷污染等严重。污染物随水流进入河道水体后,与河道中的泥沙发生长期的物理及化学反应而沉积到底泥中。戴纪翠等人分析了深圳市龙岗河、布吉河、茅洲河、深圳河等4条河流底泥的环境监测资料,发现龙岗河底泥中重金属含量水平在4条河中最高。积存于底泥中的污染物很不稳定,在适当的条件如水力冲刷、外界扰动等情况下又会从底泥中重新释放出来,再一次进入水体,使水体受到二次或者多次污染。另外,由于底泥是底栖生物的主要生活场所和食物来源,所以沉积物中的污染物质对底栖生物产生了严重的影响。因此,当排入河道的污染物得到逐步控制时,底泥污染将成为影响水体质量的重要因素。在环境条件改变时,沉积在底泥中的污染物会重新释放到水体中,对水体生态环境构成长期威胁。所以在对河流上覆水不断净化治理的过程中,河道的黑臭现象仍然存在。因而,需要对污染河道进行综合整治,即在对入河污染物进行截留处理的同时,对河道污染底泥实施治理。2污染物质的组成底泥是河道生态系统的重要组成部分,底泥中的污染物质种类繁多,主要分为三大类:有机污染物、重金属和氮磷等营养物质,而龙岗河的底泥同时受到这三种污染物的影响。2.1氧耗氧化反应根据有机物是否具有生物毒性,以及是否容易被微生物所降解,可将有机物分为易降解有机物和难降解有机物。易降解有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪等可在微生物作用下最后分解成简单的无机物,二氧化碳和水,同时,在分解过程中要消耗大量的溶解氧。当氧耗尽时,有机物在厌氧菌作用下分解,放出甲烷、硫化氢、氨等还原性气体,产生恶臭,使水质和环境恶化。河流底泥中难降解有机物具有持久性,这些污染物由于疏水性强,难降解,在底泥中大量积累,其中比较典型的污染物包括多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAH)以及有机氯农药等。通过生物富集作用,这类有机物可以在生物体内产生较强的毒害作用,通过食物链还可能毒害到高等动物以及人类。2007年龙岗河水质调查结果显示,龙岗河流域CODcr为125.0mg/L、BOD5为48.0mg/L,均超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的V类标准,有机污染严重。龙岗河底泥有机质含量3.63%～6.28%,超过海洋沉积物质量标准(GB18668—2002)中的第二类标准,表明龙岗河底泥有机污染严重。2.2底泥与水相中重金属的动态平衡河道底泥中的重金属一般是指Hg,Cd,Pb,Cr以及类金属As等生物毒性显著的金属,也指具有一定毒性的一般重金属,如Zn,Cu,Co等金属。重金属不能降解,被生物摄取便可通过食物链进入人体,在人体的某些器官中积蓄起来以致构成慢性中毒,危害人体健康。重金属通过吸附、络合、沉淀等化学作用而沉积到底泥中,致使沉积物中重金属的浓度要高于水中重金属的浓度,当水体中的有机酸、腐植酸、硫酸根等与重金属生成各种络合物或螯合物时,可促使底泥中的重金属又向水体释放。因此,底泥与水相中的重金属保持一定的动态平衡。戴纪翠等人对1996～2007年深圳河、布吉河、龙岗河和茅洲河4条河流沉积物中重金属元素(Ca、As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn)的含量和年际变化进行了调查和研究,研究显示4条河流的污染程度大致为:龙岗河>布吉河>深圳河>茅洲河,其中尤以Cu、Cd、Cr和Zn的污染程度最重。由于河流的底泥已经受到重金属污染,导致河流水生生态系统结构的退化。龙岗河干流抽样调查表明河道内水生动物、植物种类较少,且以耐污种为主。浮游植物的多样性指数都很低;浮游动物几乎全是污染指示种;除了上游个别调查样点外,下游采样点都没有发现底栖动物。依据原生动物SBI指数(参考浮游动物丰度和种类),各位点水质均属于差到中等之间。因此,龙岗河的污染和潜在的生态危害已达到严重的程度。2.3控制上覆水污染源经各种途径进入水体的氮、磷等营养物质,有相当一部分会沉积到底泥中。除了部分营养物质被水生植物吸收外,其余大部分仍存留在底泥中,并可与水体保持动态平衡。当上覆水污染源得到一定控制后,底泥中沉积的大量营养元素将构成上覆水的主要污染源,氮磷等营养元素将从底泥中释放出来,造成水体富营养化,使水体受到严重污染。2007年龙岗河水质调查结果显示,龙岗河流域NH3-N为25.7mg/L,TN为28.8mg/L,TP为3.4mg/L,均超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的V类标准,可见龙岗河中氮磷污染严重。3污染底泥治理污染底泥处理是指采用物理、化学或者生物方法降低污染底泥中污染物浓度,将污染物转化为无害物质,或将污染底泥从水体中移除或隔离,从而达到污染底泥治理的目标。在对底泥处理的研究中,国内研究的较少,国外目前实际应用的污染底泥处理技术大体可以分为二大类:一为原位修复技术,二为异位修复技术。3.1底泥污染治理原位修复技术是指不将污染底泥从水体中移除,在原位进行修复处理。原位修复技术虽然工程造价比较低廉,对控制底泥中污染物再次进入水体的“二次污染”效果明显,但是该技术由于向河道底泥中添加各种处理材料,因此会降低水深、减小水体的库容,不仅对底栖生物群落有影响,而且底泥污染治理的长期效果还有待于进一步的研究。目前,我国对于受污染河道底泥的研究在原位修复技术上较少,主要集中在异位修复技术。3.2底泥的疏浚及生物处理技术异位修复技术就是将底泥从河道中移出,再转移至特定的环境进行相应的处理。在河道的疏浚过程中,要合理控制底泥的疏浚程度,不可过度疏浚,一般只将表层沉积物移出,历史沉积的底泥则尽可能的少受影响,以保护水体的生态系统。疏浚不仅见效快,而且效果好,对于重金属、有害难降解有机物含量较高的污染底泥,该方法可以较大程度地消除其对水体的影响。对龙岗河底泥的疏浚采用生态疏浚方式,在枯水季节进行,采用干河机械施工方法。清淤要考虑冲淤平衡及河势稳定,在确保防洪安全的前提下,结合河道河势特征,只清除底泥上层的活性底泥层,以减少泥沙搅动对周围水体造成的污染。疏浚时采用抓斗式挖泥机下河作业,将挖出的淤泥用机械轮提升上岸,清理装车运输至底泥处置场处置。疏浚后底泥的处置是异位修复技术的关键点。疏浚底泥常规的处置方式主要有填埋、海洋抛泥等方法。虽然它们具有处理量大、造价低、见效快等优点,但是它们只是将底泥作为一种固体废弃物来处置。如果能将疏浚底泥变废为宝,既解决了底泥的处置问题,又可大大地提升底泥的利用价值,一举两得。按疏浚物处理技术去除污染物的原理不同,将疏浚底泥处理技术分为三类:(1)破坏疏浚物中的污染物或将其转化为低污染的物质,包括焚烧、热解、高温高压氧化、玻璃化、化学处理和生物降解等技术;(2)污染物与疏浚物固相分离技术,使疏浚物中的污染物与固相分离后进入气相或液相进一步处理,包括浮选法、淋洗法、超声波降解法和电动力学法等技术;(3)污染物的稳定固化技术,利用水泥等物质将污染物与固相紧密结合,使污染物失去或降低其迁移性,从而降低其对环境和人类的危害。3.2.1生物处理技术在此类处理技术中,象焚烧、热解、高温高压氧化和玻璃化等技术都是利用高温条件将底泥中的有机污染物完全破坏,但除了玻璃化技术外,其余处理技术对重金属的去除效果甚微。此类处理技术费用昂贵,而且处理时易产生有害气体,还需对产生的气体进行处理,以避免污染大气环境。对于生物降解处理技术,它是用微生物来降解有机污染物,此技术可分为三种:填埋处置、土地处置和反应器处理。生物处理法主要是针对有机污染物,对重金属污染物去除的作用有限。此法具有投资小、对环境的影响小等优点,但也存在着占地面积大,有机物降解速度慢,处理耗时长等缺点。3.2.2去除底泥中污染物的方法此类处理技术中,以淋洗法应用最为广泛。与其他处理方法相比,淋洗法不仅具有可以去除河道底泥中大量的污染物,限制有害污染物的扩散范围,还具有操作易于控制,操作人员可以不直接接触污染物等优点。因此,在底泥的去污染处理技术中经常被用到。淋洗就是用化学药剂将底泥中的污染物转移到水中,再对淋洗废水进行集中处理,以此来去除底泥中污染物的方法。根据底泥的污染特性,淋洗过程可分几个阶段进行,分别有针对性地处理不同性质的污染物。对于底泥中的有机污染物,通过将含化学氧化剂的淋洗液与污染底泥混合形成泥浆,并进行机械搅拌,使附着于泥沙颗粒表面或在水相中的有机物氧化,将其分解或转化为小分子量、易于降解的形式。对于底泥中的重金属污染物,将含有促进重金属溶出的淋洗液与污染底泥混合形成泥浆,通过逆转沉积物固持重金属的反应机制,可把底泥固相中的重金属转移到液相中。然后通过泥水分离工序将泥沙颗粒与淋洗液分离,再对分离出的废水进行处理,达到去除污染物、清洁底泥的目的。对于含有各种无机污染物和有机污染物的淋洗废水,可以经过简单处理后循环利用,以达到减少对清水消耗的目的。对于淋洗去污染处理这种方法,最关键的是淋洗药剂的选用。根据底泥中污染物质种类的不同,可分为两类:一是去除难降解有机物的淋洗剂;二是去除重金属的淋洗剂。每种淋洗剂都有各自的优点,在选用淋洗剂时,要综合考虑各方面的因素,比如污染物的特性,处理成本的高低等,以选择最适合处理该河道底泥的淋洗剂。3.2.3染底泥的综合利用此技术是通过将污染底泥与固化剂/稳定剂混合,通过孔隙水与固化材料发生反应而把污染物捕获或固定在固体结构中,以避免或减缓污染物的释放。常用的固化剂/稳定剂有水泥、石灰、粉煤灰、石膏及其他化学材料。经固化/稳定化法处理的污染底泥通常需经过毒性浸出实验,以确保处理后底泥对环境的安全性。虽然此技术对处理重金属污染非常有效,但它只是将污染物固定起来并没有改变污染物的毒性,在一定的条件下污染物可能又重新释放出来,而且由于固化材料的加入导致底泥体积增大,因此可将其进行资源化利用,既解决了处置占地面积,又使底泥变废为宝。经过去污染处理后的底泥达到无害化程度后,可进行资源化利用,以充分利用底泥的资源价值,达到底泥的综合利用。无害化处理的底泥,可用于园林绿化、建设湿地,底泥性质若符合《土壤环境质量标准》和《农用污泥中污染物控制标准》,也可作为土地肥料用于农田中。经过稳定固化以及高温技术处理的底泥可用于制砖、陶粒以及水泥等建筑材料,以缓解粘土的大量开采对农田的压力,减少对自然资源的消耗。4环保疏浚,减少底泥污染近几年来,随着河道水体污染的日益加大,深圳市政府对河流湖泊的治理力度也不断加大,外源污染得到了一定程度的控制。但是单靠截污,并不能有效地遏制河道底泥污染,还需要结合河道底泥修复措施,这样才能有效地控制底泥对水体的污染。由于龙岗