河道污染底泥修复与处理技术探讨

河道污染底泥修复与处理技术探讨搞要:河道底泥中积累的大量污染物质作为二次污染源严重影响了水体环境。

文章分析了底泥的主要污染物种类,系统地介绍了各种处理技术及资源化利用途径。

目的是在实现底泥减量化、无害化和资源化利用的同时探索出一条适合我国国情的经济有效型、环境友好型的底泥可持续发展道路。

关键词:底泥修复资源化利用随着社会和化工产业的发展,近二十几年来河道、湖泊等水体的污染严重,尤其是河道底泥,底泥中含有大量的污染性物质,特别是致病(癌)、破坏生态的持久性的难分解有机物、严重超标的重金属离子。

这些有害物质经过食物链的累积和扩大效应,将会影响人类的健康,破坏自然环境和生态系统。

此外,水体富营养化的解决关键也仍与底泥密切相关。

水体底泥污染是世界范围内的一个环境问题,其污染加剧主要是人为因素造成的,污染物通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶与冲刷进入水体,大量难降解污染物相当一部分积累在水体底泥中并逐新富集,溶解于水中的污染物浓度在很大程度上受到底泥的影响。

污染底泥的治理已刻不容缓,势在必行。

1 底泥中污染物的种类疏浚底泥具有泥量大,成分复杂,含水率较高,含有污染物,并且既含有益物质又含有害成分等特点。

其成分对处理方案的选择具有重要意义,主要含有三类:一是重金属,一般指Hg、As、Zn、Cu等,是环境中普遍存在的一类污染物,具有难降解性、生态毒性和可累积性等特点。

可通过生活污水及生产废水的排放、降水径流等途径进入水体,通过沉淀、吸咐、络合等作用而沉积到底泥中。

河流底泥中有重金属与不同载体相结合,以多种形态存在,大致有可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和金属残片等,不同形态的重金具有不同的生物有效性[1]。

其与水相保持一定的动态平衡,当环境发生水力冲刷、外界扰动等变化时,可再次进入水体,成为二次污染源。

二是有机物,底泥中有毒有机物通过富集作用在生物体内达到较高的浓度,从而对生物体产生较强的毒害作用,并通过复杂的污染生态化学过程,即在气—水—生物—底泥等多介质环境体系中的迁移、转化和暴露,影响人和动物的健康,从而对人类未来的生存发展构成严重威胁[2]。

三是含有N、P等营养物质,导致水体的富营养化。

2 污染底泥修复与处理技术底泥处理的主要目的是降低受污染底泥对水体的污染,使其对生态和环境无害。

污染底泥的治理,经过多年的实践,已取得一定效果。

2.1 原位生物修复技术底泥原位生物修复是指在基本不破坏水体底泥自然环境件下,对受污染的环境对象不作搬运或运输,在原场所进行生物修复。

分为原位工程修复和原位自然修复。

原位工程修复通过加入生物生长所需营养来提高生物活性或添加实验室培养的具有特殊亲合性的微生物来加快环境修复;原位自然修复是利用底泥环境中原有微生物,在自然条件进行生物修复。

对底泥进行生物修复,促进底泥微生物繁殖,底泥有机质在微生物作用下,迅速分解,释放出氨氮、硫化氢等有害气体,使得底泥好氧层加厚,泥层减薄,加快底泥微量营养的释放。

有利于提高藻类多样性,同也可以阻隔下层黑臭底泥有毒物质的释放,加强在泥水界面间的好氧微生物对机污染物分解能力,加快水体生态系统的物质循环和能量循环,提高水体的自净能力。

2.2 原位掩蔽技术掩蔽是在污染底泥上放置覆盖物,使污染底泥与水体隔离,防止底泥污染物向水体迁移的物理修复技术方法。

掩蔽作为底泥的一种原位修复技术,对持久性有毒污染物污染底泥的修复效果非常明显,工程造价低,能有效防止底泥中的持久性有毒污染物污染物进入水体而造成的二次污染。

但是,掩蔽会增加底泥的量,使水体库容减小,不适于河流、湖泊、港口和水库,只适用于深海底泥修复。

目前使用较多的掩蔽材料有未污染的底泥、清洁砂子、砾石、钙质膨润土、灰渣、人工沸石、水泥和其它人工合成材料等。

这种掩蔽技术在国内鲜见应用。

2.3 污染物与疏浚物固相分离技术淋洗可以是原位修复也可以是异位修复,淋洗是将水、油或其它能够促进污染物溶出、溶解迁移的溶剂掺入或注入到污染的底泥中,主要用于重金属污染土壤,具体是将土壤中的固相重金属转移至液相中,再进行深度处理的过程,土壤经清水洗涤后归原位再利用。

底泥淋洗技术推广应用和修复效果的好坏关键在于高效淋洗剂的筛选和研制,既能提取重金属,又不破坏土壤的结构,不能造成二次污染。

目前应用较为广泛的疏浚底泥淋洗剂主要有酸、碱、表面活性剂、植物油和EDTA络合剂等。

淋洗在美国、日本和德国等一些国家已经得到应用,其在发展中国家推广应用面临的最大问题是费用太高,经济上难以承受。

2.4 清淤疏浚后卫生填埋底泥疏浚,以改善水体环境质量为目的,用机械手段清除水体底床上层一定范围内富含有机质、氮、磷和重金属的污染底泥并妥当处置,一定程度上去除污染内源, 为水体水质的好转和稳定创造条件。

为防止造成二次污染、破坏水体正常生态层, 因此要着重考虑疏挖及输送方式的选择,一般采用水采水运方式,即用绞吸式挖泥船进行水下疏挖,用加压管道将泥浆送至堆场。

卫生填埋对于水体底泥处置而言,其优点是投资较少、容量大、见效快,且能够通过产生填埋气获取新能源。

但填埋不当也会造成新的污染,主要是有害物质溶出对地表水和地下水带来的污染,所以要借鉴城市生活垃圾卫生填埋场的经验建设,这种废物填埋场底部铺有衬层,可防止溶出液体渗透入土壤并污染地下水,溶出液体经管道收集后,送污水处理厂进行处理。

2.5 干式热处理底泥的干式热处理包括污泥干化、焚烧、熔融三种方式。

底泥的干化处理,是指通过直接或间接加热方式,进行低温处理,使污泥脱水、减容,同时使泥性趋于稳定化,它是多种处理工艺中重要的第一步,包括机械脱水、土工管袋脱水及自然干化脱水等。

焚烧是目前最终处置含有毒物质的有机底泥最有效的方法,适用于土地资源紧张的大中城市采用。

将底泥作为固体燃料投入焚化炉中,使其与氧发生反应,转化成高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。

目前应用最广的焚烧设备是流化床焚烧炉,一般有机污泥应保证燃烧温度在815℃左右,焚烧过程中所有的病原体、病菌均被杀灭,有毒有害的有机残余物被氧化分解,但会产生二恶英等空气污染物。

熔融燃烧温度与产生底灰与焚烧不一样,熔融的燃烧温度高达摄氏1800℃至2400℃,焚化炉的温度即便在二次燃烧室也仅有摄氏1600℃～2400℃;而熔融燃烧后的灰渣可回收制造路基,焚化炉底灰利用则相对较为困难[3],其发展趋势将会取代焚化炉。

干式热处理成本都较高,都有可能产生二次污染,并且处理产物焚烧灰虽可减容90%以上,还需与其他方法结合使用进行最终处置。

3 底泥资源化技术3.1 土地利用此技术操作简单能耗低,较适合作为低污染底泥的处理方式,疏浚的底泥需经测定达到《农用污泥中污染物控制标准》(GIM284-84)及《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)规定的标准。

主要有农业园林利用、湿地及栖息地建设、修复受扰动的土地区三种方式。

底泥的土地利用是一种符合中国国情的安全积极的底泥处置方式,此方法需底泥有机质的含量要比较多,需去除有害的病菌、病原体、重金属、难分解的持久性有害有机物等物质,避免长期使用对人体及土地的毒副作用。

底泥中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素钙、镁、铁等施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进农作物的生长。

但是底泥中也含大量病原菌、寄生虫,以及铜、铝、锌、铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性元素等难降解的有毒有害物[3]。

所以,底泥要作土地处置必须经无毒无害处理,否则底泥中的有毒有害物会导致水体或土壤二次污染。

3.2 建筑材料底泥中除了有机物和重金属外,还含有20%左右的矿物无素,如硅、铁、铝、钙等,其组成与粘土基本相似。

以往技术都是以污泥焚烧灰作为原料生产建材,现在可直接利用污泥来原料来生产建材,这样可充分利用污泥自身的热值,节省能耗,节约投资,目前相关方面的技术已开发成功。

污泥制水泥的原料有三种形式:脱水污泥、干燥污泥、污泥焚烧灰。

现已确认以污泥为原料生产水泥时,水泥窑排出的气体中NOx含量减少40%,这是因为污泥中氮在高温下挥发,与气体中的NOx反应,使之分解,从而起到脱硝剂的作用[4]。

另外还有污泥制轻质陶瓷、污泥制微晶玻璃、污泥制生化纤维板。

选取适当的利用途径,可能实现清淤底泥不脱水直接利用,成功在把污泥处理费用转移到有用的产品生产上来,因此,污染底泥用于建筑材料有着显著的节能效果,但其适用于性质稳定、有机质的含量比较低、粘土成份的含量高,无毒害且不含具有放射性的元素的污染底泥。

3.3 填方材料疏浚底泥可以通过脱水、固化和热处理等预处理方法使其满足作为填方材料的要求,固化土有透水性小、强度高、不易固结沉降的特点,一般应用道路路基、低洼地区的回填、筑堤材料。

3.4 污水处理材料疏浚底泥能制备污水处理填料与其自身性质有关,含有大量的腐殖质,对金属离子有吸附交换和络合的作用,并且其吸附能力与底泥表面积有关,表面积越大,吸附能力越强,所以粉状底泥较颗粒状底泥具有更强的吸附能力和富集能力。

此技术制备的产品应用于污水处理,具有良好的环保效益[5]。

4 结语由于河流河段不同,污染源差异较大,因此底泥的污染程度和成分也有一定的区别。

所以应加强底泥性质及处理技术优缺点的相关性研究,以确保取得最佳的处理方式。

就是要结合我国国情,实现底泥减量化、无害化和资源化利用,降低或者减少底泥对环境和对人体的危害,走一条适合我国国情的经济有效型、环境友好型的底泥可持续发展道路[6]。

参考文献[1]程晓东,郭明新.河流底泥重金属不同形态的生物有效性[J].农业环境保护科学,2001,20(1):19-22.[2]钟萍,李丽,李静媚,等.河流污染底泥的生态修复[J].生态科学,2007,26(2):181-185.[3]景长勇,霍保全.河道底泥的处理处置途径分析[J].工业安全与环保,2008,34(10):8-10.[4]薛丹.污泥的处理与处置技术探析[J].环境保护与循环经济,2012,32(5):58-61.[5]陶君.河道疏浚底泥与资源化利用方案研究[D].天津:天津理工大学环境科学与工程学院,2010.[6]薄录吉,王德建,颜晓.底泥环保资源化利用及其风险评价[J].土壤通报,2013,44(4):1017-1023.。