2.深圳市龙华区水务局，广东 深圳 518100
3.深圳市世邦环境科学有限公司，广东深圳 518051
摘要：当前我国污水治理得到了国家的重视，其中很重要也很容易忽略的就是污泥的处理，河道水的污染不仅有外源污染还有内源污染，河道底泥就很容易引起严重的内源污染，所以河道底泥的修复和处理就是治理黑臭水体很重要的一环。本文结合深圳市城市河道水体污染情况进行分析，对河道底泥无害化处理工艺进行研究。
关键词：河道底泥；底泥修复；无害化
引言
随着我国经济技术的发展以及国家对生态环境治理的重视，全国主要流域及湖泊的水质环境已经得到了很大的重视，但是在大面积的国土上，各种小型河流相互连通，构成了一大片区域的水域网，其中很大部分是主要河流与湖泊的上游或支流，它们的水质环境不仅与主要流域及湖泊的水质环境有直接关系，还与各乡镇、城市的居民生活质量息息相关。
如今，地表水上覆水的处理技术已经较为成熟，在控制住主要的点源污染排放后，进行一定的处理，水体水质就大为改观，但是却很难达到相应的标准要求。这是因为我们对水环境“欠账”过多，污染物经过长期的沉降，在河底形成了污染物浓度极高的淤泥，与水体中的污染物形成一定的动态平衡，导致水体难以得到彻底的净化，而且当水体水文环境发生较大变化时，大量污染物重新进入水体，造成水体污染的反弹。
深圳市是中国最具活力的新兴城市，城镇化率100%，GDP位于中国前列，但环境治理要跟上经济的步伐，尤其是在很多区域的小型河流仍受到较为严重的污染，究其原因是因为水体流动性差且有大量底泥淤积。本文针对全国河流底泥处理方法现状，结合深圳的实际情况，通过对经济、环境、技术等方面的比较，设计出一条适合深圳市的河流底泥的无害化处理工艺，为深圳市的底泥修复工程提供借鉴。
1 河道底泥的主要污染物
河道底泥成分复杂，主要含有有机物、氮磷无机盐以及重金属。这导致底泥的的力学性质较差，含水率较高，难以脱水。
1.1有机物
存在于底泥的有机物多为难以分解的有机物，处在河底缺氧的状态下，会缓慢地产生NH3、H2S等臭气，影响观感和周围居民生活，且这些难降解有机物经过动物及食物链不断地富集后，就会产生一定的毒害作用。
1.2 N．P无机盐
氮磷元素通过各种途径进入水体后，若超过的水体的自净能力，则会沉降到底泥，底泥的氮磷超量会导致沉水植物的疯涨以及藻类的爆发，前者会进一步降低水体的流动性，后者会导致水体进一步缺氧，使自净能力越发降低，造成水体的黑臭。
1.3重金属
自然清洁水体中几乎不会含有重金属成分，水体中的重金属污染种类与污染来源有直接的关系，大多数重金属是借助底泥疏松的特性吸附、絮凝、络合在淤泥之中，与水体保持一定的动态平衡，既容易扩散到上覆水中，又容易在生物体内富集，造成长期、持续的影响。
2 河道底泥处理技术
底泥处理技术主要分为三大类，分别为物理处理、化学处理和生物处理。它们的适用条件、处理费用以及处理效果大有千秋，以下分别对这三类处理方法的相关技术手段进行简要的介绍。
2.1物理处理
物理处理通常采用工程的手段，直接消除底泥中的污染物。一类是原位处理，在底泥上放置覆盖物使底泥与水体隔离，这种方法对持久性有机污染物的污染的底泥修复效果较为明显，且成本较低。但是这种方法治标不治本，其核心为覆盖层，若覆盖层材料被破坏，则失去了处理效果，所以此方法不适用于水文条件变化较大或者流速较大的河流，而且底泥经过覆盖之后，河流的过水断面缩小，水面会上涨，河流流速也会增大，这有可能会有一定的洪涝风险。
第二类是以疏浚为主的异位处理，将河道隔离或者抽干，挖除表面一定厚度的污染污泥，再对污泥进行后续处理，这种方法可以永久性地去除底泥，但是工程投资较大，施工期间会对河道水体环境造成严重的破坏，且污泥后续的处理也是个急需重视的问题。
值得一提的是，近些年新兴开发了一种洗脱原味修复技术，通过创造湍流的水体环境，把底泥表层的污染物质扰动释放出来，分理出水；又把洗净的、颗粒较大的泥沙原位覆盖在底泥上，阻挡深层淤泥找那个氮磷无机盐和重金属的扩散，既减少了底泥释放的影响，又避免了水体浑浊。
2.2化学处理
化学修复就是向水体中直接投放化学试剂，让化学试剂与底泥中的氮磷、重金属等污染物产生化学反应，从而去除或固定底泥中各类污染物，改善水体污染和底泥黑臭的情况。常用的技术有氧化还原技术和稳定固化技术。
氧化还原技术又分为氧化处理技术和还原处理技术。氧化处理技术是向污染底泥中投加氧化剂，氧化降解底泥中有机污染物，从而控制河道中的藻类生长。常用的氧化剂有硝酸钙、剂高锰酸钾、双氧水、Fenton 试剂等，目前能成熟的应用于工程上的氧化剂为硝酸钙。向底泥中投加硝酸钙可以氧化底泥中的有机污染物，抑制底泥中磷元素的释放，同时还可以有效地去除底泥的黑臭现象。还原处理技术是向污染底泥中投加还原剂，改变底泥的氧化还原电位，为微生物营造还原性环境以实现对某些有机污染物的生物降解，目前使用较多的还原剂主要是零价铁。氧化还原工艺处理河道底泥具有见效快的优势，但操作过程较为复杂，操作的难度较大，且在氧化还原过程中容易带来新的污染，使河道底泥的污染修复不够彻底。
稳定固化技术又称为钝化技术，主要是针对河道底泥中的重金属污染治，其工艺原理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，将重金属等固定在河道底泥中，降低水体的污染物和有害物质的浓度，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，如三氯化铁、碳酸钙、明矾等，加入石灰、硅酸钙炉渣、钢渣等碱性物质也可以抑制底泥中的重金属进入水体。同时这些化学物质很容易与沉积物中释放出的磷形成沉淀转移到底泥中，从而有效的抑制磷向水体中扩散。稳定固化工艺处理河道底泥是一种应用十分广泛的技术，但大多只应用于河道底泥中的重金属污染修复，后续修复条件发生变化时，河道底泥中的重金属污染物有重新释放的风险。
总之，化学方法的优势就是见效快，效果好，但是在使用的时候需要谨慎，化学试剂过量就会对水中的生物及生态环境造成非常严重的危害，因此这种方法在实际情况下一般是不建议使用的。
2.3生物处理
生物修复技术是指在基本不对水体底泥自然环境做出干扰的情况下，加入能够降解污染物的微生物或者栽种一些水生植物，利用微生物和水生植物的代谢活动，吸收底泥中的氮磷有机物，以达到降解和吸收底泥污染物的目的，改善河道底泥污染现况。常用的生物修复技术有植物修复和微生物修复。
植物修复是指通过栽种去污能力强的沉水植物、浮水植物、挺水植物，利用这些植物发达的根系来吸收和降解水体中的富营养物质，同时也让微生物得以生长繁殖，有利于形成水生植物及微生物互利共生的微环境，加速水体及底泥中的污染物的分解释放，这样就可以实现对污染物的吸附、降解。植物修复技术主要低投资、低能耗的优点，处理过程是利用生物修复生态，能与自然生态系统融为一体，一般不会产生二次污染，能实现水体营养平衡，提高水体的自净能力，而且对水体中的各种主要污染物均有良好的处理效果。
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微生物是去除水体及底泥污染物的重要部分，微生物修复是通过利用天然的或经驯化的对河道底泥污染物的降解能力较强的微生物，当河流污染严重而又缺乏有效微生物作用时，在微生物酶或微量元素刺激下，这群较强的微生物群能在河流水环境中迅速繁殖，并将河道底泥中的有机污染物作为生长繁殖的营养物质，从而达到分解淤泥、消除恶臭、净化水体的效果。一般适合于河流净化的微生物主要有硝化菌、有机污染物高效降解菌和光合细菌。
虽然生物修复技术是利用生物修复生态，能耗低，是生态友好型的技术，但是这个修复方法速度慢。当采用植物修复方法时，必须及时打捞死去的植物,避免植物腐烂产生腐败重新污染水体，另外生物-生态修复过程中水生植物的生长与季节有关，微生物的生长活性与温度、pH、溶解氧等诸多因素有关，而且水质的变化也具有随机性，所以处理效果不稳定。
3 底泥无害化处理
底泥疏浚是目前国内外处理河道底泥的方法，因为挖除底泥能将污染底泥彻底去除，而且能增加河道水体的容积，但是进行异位处理时，底泥不仅体量大，如果处理不好就会对环境有很高的污染风险，所以必须进行无害化的处理，但是国家对河流底泥的处理并未制定有相关的标准，而污水处理厂产出的污泥与底泥在性质上有一定的差异，不可直接照搬相关的处理工艺，但是可以通过对污泥处理技术进行分析、改进，设计出最适合河流底泥的无害化处理方案。
3.1污泥填埋
污泥填埋是最早的广为应用的一种污泥处理方式，最原始的方式是直接将污泥集中堆置到塘等低洼位置，无覆盖，封场等工序，污泥产生的渗滤液也无法收集处理，对于环境的污染较大，因此在20世纪60年代卫生填埋取代了传统污泥填埋。卫生填埋采用了一定的技术规范要求和卫生要求填埋污泥，渗滤液也必须收集处理，对于环境的污染也大大降低。但目前根据我国实际情况，很多地方并没有专门的卫生的污泥填埋场，而是将污泥与城市生活垃圾统一填埋，但由于污泥的含水量较高，不利于压实填埋，给填埋作业带来很多困难。但根据我国的经济情况，在相当长一段时间内脱水污泥填埋仍将是一种不可或缺的过渡性处置途径。
污泥填埋的投资量少、处理量大、效果明显，对污泥的卫生学指标和重金属指标要求比较低。但它也存在一些问题，如场地不易寻找，尤其是在深圳这种地理面积较小，人口较多的城市，使用污泥填埋方式不合理也不切实际，而且污泥运输和填埋场建设费用较高，填埋容量有限，有害成分的渗漏可能会造成地下水污染，填埋场的卫生、臭气会造成二次污染，污泥中含有的营养物质会为大量病原菌繁衍创造条件等。
3.2污泥厌氧消化
污泥的厌氧消化是在无氧、无硝酸盐存在的条件下，由兼性微生物及专性厌氧微生物的作用，将复杂的有机物分解为无机物，从而使污泥得到稳定处理，避免在运输及最终处置过程中对环境造成不利影响。
污泥厌氧消化过程中会产生大量沼气，可以回收能源进行发电，供污水厂使用，降低了污泥处理成本，在消化的同时会有25%-50%的污泥固体被分解，实现了污泥的减量化，减轻了后续污泥处理的费用。消化过程需要在50℃-60℃的高温条件下进行，能杀死部分致病菌。但厌氧消化在处理污泥时不仅反应时间长投资大，而且其运行容易受环境条件的影响。
3.3污泥堆肥
污泥堆肥是利用自然界广泛存在的微生物，可以使底泥中含有的有机物重新进入自然环境，降解转化为稳定的腐殖质。底泥中含有丰富的植物生长所必需的有机物和N、P、K等营养元素以及各种微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长。
但是底泥中也含有大量对植物、土壤及水体有危害作用的病菌、寄生虫(卵)、难降解有机物、重金属离子以及多氯联苯、放射性元素等难降解有毒有害物质这些物质会造成对土壤地表水和地下水的严重污染，重金属离子等甚至可能产生致癌物质。因此，底泥在作农田林地利用前，应首先进行检测分析，用堆肥处理以杀死病菌及寄生虫卵。采取物理化学方法去除重金属离子等有害物质。但处理不当会产生相当危险的后果，化肥的普遍应用造成底泥堆肥销售市场难以开发等。这些使得此种处置方式尚在研究开发当中未得到普遍的推广。
3.4建材利用
污泥的建材利用目前一般是用来做砖块，陶粒和水泥，充分利用了底泥具有颗粒细、可塑性高、结合力强、收缩率大等特点，是一种将污泥变废为宝的处理方法，不但可以降低这些建材的生产成本，同时也可以缓解砖瓦厂、水泥厂土源紧张问题，具有很好的社会效果，是值得提倡的一种方法。
如果是直接大量使用底泥制作建材，那么对底泥的预处理要求较高，必须对底泥进行彻底的除臭除毒，用硝化等方法将底泥中极易发臭腐败的有机物腐殖质分解成二氧化碳、氮气和水，并在高温条件下把大部分有毒有害物质及各种病原体彻底分解，避免了二次污染，然后用物理化学方法把底泥中的各种重金属稳定化，再通过脱水使底泥含水率尽可能降低，最后这些除臭除毒灭菌脱水后的底泥方可用来制造建材，可供我们生产生活方面使用，同时这样一方面可节省粘土的用量，减少对土地资源的破坏，另一方面又充分利用了污泥，减少了处置费用，节约用地，一举多得。
3.5污泥焚烧
污泥焚烧是利用高温氧化燃烧反应，将污泥中的有机质等物质在高温下热解后去除。污泥焚烧分为脱水污泥直接焚烧和脱水污泥干化后焚烧，直接焚烧就是将污泥作为热源直接放进焚烧炉燃烧，但由于脱水后的污泥含水量仍然较大，热量低，所以需要投加大量的辅助燃料，投资成本大，而且后期产生的尾气也较大，因此该方法逐渐被干化后焚烧所取代。
目前使用最多的是脱水污泥干化处理后焚烧，该方法降低了污泥的含水量，减小了污泥体积，使污泥的形状变为颗粒状，更有利于污泥后期的燃烧，达到更优的污泥焚烧效果。污泥燃烧过程中会产生大量的飞灰、酸性气体、二噁英等环境污染物，要严格控制后期尾气处理技术，使烟气达标排放，尤其是二噁英，这是一种迄今为止人类已知的毒性最强的污染物，国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物，环境中的二噁英很难自然降解消除，常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中，因此二噁英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。所以污泥焚烧适用于含有较多矿物质或持久性有机物的底泥，已广泛被土地资源紧张的大中城市所采用，该方法虽然占地面积小，残渣量小，能达到完全除菌的目的，但处理工艺复杂，设备多，能耗高，且焚烧后产生的灰渣以及烟气需要收集起来再处理，投资成本大。
结论
现在我国越来越注重水污染的治理，现在更是将治理臭黑河作为环保工作的重点，但是却容易忽视污泥的处理，尤其是河道底泥的治理，这是河道治理与恢复的重要环节，将直接影响河道最终改善情况。结合本文的研究分析表明，深圳市作为一个人多地少的现代化城市，河道底泥的处理可以使用生物修复技术直接对河道进行修复，但该方法还在持续改善中，现在最适合的方式还是将底泥挖出制作建材，底泥建材的利用能够及时消纳大量底泥，这是底泥资源化利用的最佳出路。
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论文作者:林维帅1, 陈述蔚2,张小青3
论文发表刊物:《城镇建设》2019年18期
论文发表时间:2019/10/31
标签：污泥论文; 水体论文; 河道论文; 污染物论文; 重金属论文; 技术论文; 微生物论文; 《城镇建设》2019年18期论文;