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城市湖泊底泥问题及处置对策
作者:裘巧俊 黎南关 邹朝望     来源:     类别:     日期: 2012-05-17 10:32:23     浏览次数:2563

摘 要:城市湖泊是自然与人类最为接近的部分,而随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,城市工业的快速发展,工业、生活污水的长年无序排放,城市湖泊普遍受到严重污染和淤塞,大量污染物沉积在湖泊底泥中,使底泥发黑发臭,严重破坏了生态环境,威胁着城市居民的身心健康。本文从底泥的污染成因、表现及类别着手,探讨了污染底泥的处理与资源化利用技术方法及其应用前景。
        关键词:湖泊底泥污染;污染底泥修复;污染底泥资源化利用


        湖泊底泥是湖泊生态系统的重要组成部分,也是水土界面物质(物理的、化学的、生物的)积极交换带。各种来源的营养物质经一系列湖泊物理、化学及生化作用,沉积于湖底,形成疏松、富含有机质和营养盐的灰黑色淤泥,也就是底泥。底泥在湖泊水体环境中具有特殊的重要性。一方面,底泥可以吸附水体中的污染物,降低水质污染程度,一旦条件发生变化,污染物会重新释放出来,影响上覆水体的水质;另一方面,底泥又是底栖生物的主要生活场所和食物来源,其中的污染物质可直接或间接地对水生生物产生致毒致害作用,并通过生物富集、食物链放大等过程进一步影响陆地生物和人类。随着工业经济的不断发展,湖泊底泥的污染已严重妨碍了湖泊功能的正常发挥,因此,弄清底泥污染机理对恢复湖泊生态环境有重要意义。
        1. 湖泊底泥污染成因及表现
        长期的外源输入和水生生物残渣的沉积,在湖底形成具有一定厚度的含有各种污染物质的淤泥层,淤泥层中富集了大量的有机质、N、P等营养物质,这些营养物质一方面为水生生物提供了丰富的食物来源,另一方面如果沉积物中营养物质含量过高,则可能会大量释放到水体中,使上覆水体处于富营养化状态,引起水生生态系统的退化,成为水体污染的内污染源。如我国的滇池、太湖、巢湖和西湖的富营养化问题始终治理不成功,主要归因于底泥沉积物中释放的磷负荷占外源输入磷负荷的比例大,杭州西湖占到41.5%[1]。对瑞典一个湖泊的研究表明,夏季湖泊中99%的养分来自沉积物,更重要的是,当水体养分的外源得到有效控制后,沉积物中养分的季节性再悬浮仍能使水体的富营养化持续数十年。
        通过各种途径进入水体的重金属很容易被水体悬浮物或沉积物所吸附、络合或沉淀,从而在水底的淤泥层中富集,致使淤泥层中重金属浓度相对于水中的浓度要高得多。积累在底泥中的重金属污染物不是固定不变的,在一定条件下,重金属会再次进入水体而造成二次污染。另外重金属不能被生物降解,但具有生物累积的特性,可以通过水体食物链产生生物富集和浓缩效应,最终影响到“食物链” 的顶级生物或者人类。如美国EPA(环境保护署)在1998年的调查报告中指出,美国已发生的2100起有关鱼类消费中的事件,多次证实污染来自于底泥[2]。因而底泥沉积物中的重金属对水生生态系统构成长期且相当大的威胁。
        底泥中高浓度的有机物和挥发性硫化物,经阳光照射就会释放到水中。表现为水体发黑,臭气熏天,河中生物绝迹,河流生态环境严重恶化,既威胁居民的身心健康,也损害城市形象。
        此外,底泥淤积导致河道行洪排涝不畅,调蓄容量减少,排洪、抗旱能力下降,航运萎缩等。
       

2. 底泥污染物种类
        2.1重金属污染
        重金属通过吸附、络合、沉淀等作用而沉积到底泥中,同时与水相保持一定的动态平衡。当环境条件发生变化时,重金属极易再次进入水体,成为二次污染源。
        2.2营养元素污染
        经各种途径进入水体的N、 P等营养元素,相当一部分沉积到底泥中。水生植物的生长会吸收部分营养成分,其余大部分仍与水体保持动态平衡。当水体污染源得到一定控制后,N、P则可能主要来自底泥的释放,严重时可造成水体富营养化。
        2.3 难降解有机物污染
        PAH、PCBs等有机物,由于疏水性强,难降解,在底泥中大量积累。通过生物富集作用,有毒有机物可以在生物体内达到较高的水平,从而产生较强的毒害作用,通过食物链还可能危害到人类。
       

3. 污染底泥修复技术
        目前,国内外都相当重视受污染河道底泥的综合整治与修复,并逐渐形成相对完整的治理技术框架。按照控制方法原理不同,污染底泥的修复技术可分为物理、化学和生物修复技术。
        3.1物理修复技术
        物理修复是借助工程技术措施,消除底泥污染行为的一种方法,主要有疏浚、引水冲淤、填沙掩蔽等措施。
        3.1.1疏浚技术
        疏浚技术已成为湖泊、河道内源污染的常规控制措施之一,在国内外应用较多。当底泥中污染物的浓度高出本底值2~3倍,即认为其对人类及水生生态系统有潜在的危害,则要考虑进行疏浚。其优点是在直接清除淤泥的同时,可以将沉积于其中的营养盐、有机质和重金属等污染物输出河道,减轻河道污染,同时底泥疏浚可以扩大河道容量、增加过水流量,从而提高排水能力和保持航道通畅。缺点是,如果疏浚不当,会造成更严重的污染,如荷兰Zierikzee湾由于底泥疏浚过程中使大量底泥再悬浮于水体中,加之下层底泥中的污染物释放加快,导致水体水质在短期内迅速恶化,疏浚后沉积物污染变得比疏浚前更为严重[3]。而且污染底泥的疏浚治理费用十分昂贵,疏浚沉积物的处置也会引起更多涉及政策、经济、立法甚至难以解决的环境问题。
        3.1.2 引水冲淤技术
建筑大坝、引水冲污是国际上常用的一种方法,如东京的隅田川、俄罗斯的莫斯科河、德国的鲁尔河的污染治理等均采用此法,并且取得很好的治理效果。由于建坝会改变河流流量和动力条件,影响内河航运,同时需要巨额投入、工程量大、建设周期长,对于筑坝的时序和地址安排应统筹考虑。此方法通常与疏浚技术相结合使用。
        3.1.3 掩蔽技术
        掩蔽是在污染的底泥上放置一层或多层覆盖物,使污染底与水体隔离,防止底泥污染物向水体迁移。采用的覆盖物主有未污染的底泥、沙、砾石或一些复杂的人造地基材料等。掩蔽是目前美国大湖修复措施之一。相比别的修复技术, 掩蔽花费低,适合有机、无机处理,对环境潜在危害小,现在已得到普遍应用,大量试验结果表明,掩蔽能有效防止底泥中 PCB、PAH及重金属进人水体而造成二次污染,对水质有明显的改善作用。掩蔽存在的问题是工程量大,需要大量的清洁泥沙等,来源困难。同时掩蔽会增加底泥的量,使水体库容变小,因而不适用于河流、湖泊和港口,适用于深海底泥修复。如果与疏浚同时使用,同样可以适用于浅水河道的底泥治理,达到原位修复的效果。将掩蔽和固体废物处理相结合,采用惰性固体废物或废物的固化体作为掩蔽材料,既达到掩蔽的目的,又处置固体废物。
        3.2 化学修复技术
        化学修复是一个人工的化学自然过程,被用来改变自然界物质的化学组成。主要靠向底泥施入化学修



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