底泥环保资源化利用及其风险评价

底泥环保资源化利用及其风险评价薄录吉1,2，王德建1*，颜晓1,2，彭小兰1,2，冉景

1,2

（１．中国科学院南京土壤研究所，江苏南京２１０００８；２．中国科学院研究生院，江苏北京１０００４９）

摘要：随着水体底泥疏浚工程的增多，底泥的处置已经成为不容忽视且日益重要的问题。从底泥的污染类型及危害、污染

底泥修复技术、底泥资源化利用技术和底泥利用的风险评估四个方面，综述了底泥在国内外的利用现状和最新研究进展，着重介绍了底泥的资源化利用途径（土地利用、建筑材料、填方材料、污水处理材料和能源回收）以及底泥污染物的环境风险评价，目的是实现底泥减量化、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：疏浚底泥；资源化利用；风险评价中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：Ａ文章编号：０５６４－３９４５（２０１３）０４－１０１７－０８

收稿日期：２０１２－０５－２９；修订日期：２０１２－０６－２１

基金项目：十二五国家科技支撑项目（２０１２ＢＡＪ２４Ｂ０６）资助

作者简介：薄录吉（１９８５－），男，山东临沂人，在读博士，主要从事河道治理的底泥资源化利用方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｊｂｏ＠ｉｓｓａｓ．ａｃ．ｃｎ

*通讯作者：Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｊｗａｎｇ＠ｉｓｓａｓ．ａｃ．ｃｎ

土壤通报

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ第44卷第4期

2013年8月Vol.44,No.4

Ang.,2013

底泥作为水体的重要组成部分，是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物在水体传输的作用下，经过长期的物理、化学及生物的共同作用后，沉积于水体底部而形成的。因此，底泥中富含大量的营养物质，同时它又是多种污染物的蓄积库［１］，它所积累的污染物质可作为二次污染源直接或间接对底栖生物或上覆水生物产生毒害作用［２］，并通过生物富集等过程，进入食物链影响人体健康。近些年来，随着我国经济社会的发展和人口的增加，大量的工业废水、生活污水和农业废水排入水体，污水中携带的污染物（重金属、难降解有机物等）和营养物（Ｎ、Ｐ等）不断积累于河流、湖泊和港湾等水体底泥中，使底泥成了一个潜在而又巨大的内污染源，如果不及时治理，将严重影响水环境质量甚至威胁到人们的日常生活。底泥疏浚是治理水体污染的常用方法，即将积累了大量污染物质的底泥从水体中移除。根据污染源和污染底泥的厚度可将底泥由上而下分成浮泥层、淤泥层和老土层［３］。通常来说，上部浮泥层含污染物较多，也是最易污染上覆水体的主要因素，是环保疏浚的主要对象；中部淤泥层在疏浚时也要去除；底部老土层属自然构造层，则是应该保留的部分。但是河流清淤出的底泥不仅量大，且含水率和污染物含量均较高，如果将其单纯堆放而不采取任何措施，不仅会占用大量土地，而且很容易会随着降雨降雪的冲刷作用产生二次污染。除此之外，底泥中的有益成分不能得到充分利用，也浪费了资源。因此，疏浚底泥如何处置成为疏浚能否顺利实施的关键因素，而怎样将底泥在环境风险评价基础之上的资源化利用也必将成为彻底解决底泥出路问题、实现“废弃物”资源可持续利用的研究热点。

1底泥污染类型及危害（１）营养元素经各种途径进入水体的Ｎ、Ｐ等营养

元素，一部分被水生植物吸收利用，另一部分则沉积到底泥中，这部分底泥在外源污染得到一定控制的条件下，可作为内源污染源释放Ｎ和Ｐ等，造成水体富营养化，这将对水体中的生物构成严重威胁，甚至破坏河流水生生态系统的平衡。（２）重金属在自然和人为的影响下，被排放到河流的重金属（如铜、铅和铬等）在吸附、水解和共沉淀的作用下，一小部分重金属进入水体，其余大部分沉淀到底泥中［４］

，并与水相保持一定的动态平衡。当环境条件

发生变化时，底泥中的重金属极易再次进入水体，成为二次污染源。（３）难降解有机物多环芳烃（ＰＡＨ）、多氯联苯（ＰＣＢｓ）和有机氯农药等有机物因其疏水性强、难降解而在底泥中大量积累，这不仅影响上覆水体水质，而且易对水生生物产生毒害作用，并有可能通过食物链的生物富集作用对人体健康造成危害。第44卷土壤通报

2污染底泥修复技术目前污染底泥的处理技术主要包括物理修复、化学修复和生物－生态修复，这些方法可单独也可联合使用。（１）物理修复技术物理修复是一种借助工程技术措施来消除底泥污染的方法，其优点是见效快，缺点是工程量大，耗费巨大的人力、物力和财力。主要措施包括疏浚、引水、填沙掩蔽等。（２）化学修复技术化学修复主要是向底泥中添加化学修复剂，使其与污染物发生化学反应，从而使污染物易降解或毒性降低，这种修复方法对生态环境的破坏较大。主要方法包括淋洗法、化学固化法、玻璃化法、臭氧氧化法和电动修复法。（３）生物－生态修复技术生物修复可分为原位生物修复、异位生物修复以及联合生物修复。主要是微生物来降解环境污染物，消除或降低其毒性的过程，它是传统的生物处理方法的延伸，其新颖之处在于它能治理较大面积的污染。并且随着生物技术和生物科学的不断发展，生物修复已经成为研究热点，具有广阔的市场前景。

3疏浚底泥的资源化利用技术疏浚底泥的传统处置方式包括堆放、吹填、海洋抛泥和焚烧等，这些方法在解决了底泥出路问题的同时，也引起了诸如资源浪费和二次污染等一系列社会环境问题。为了实现底泥的资源化，使之符合经济社会发展的需要，研究人员做了很多努力，也取得了丰硕的成果。目前，疏浚底泥已应用到土地利用、填方、建筑、污水处理和能源回收等方面，既产生了一定的经济效益，又减少了环境污染，达到了环保型循环经济的要求。3.1土地利用土地利用是指把疏浚底泥用于农田、林地、草地、湿地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等方面，使底泥重新进入自然界的物质循环和能量流动，并且由于土地利用能耗低，如果处置得当，非常适合我国人多地少的国情。3.1.1农业利用底泥农业利用优势在于底泥中含有丰富的有机质（１３．２￣３７９．２ｇｋｇ－１）、Ｎ（０．３￣

１０．２ｇｋｇ－１）、Ｐ（０．８￣６．９ｇｋｇ－１）、Ｋ（１．７￣２２．０ｇｋｇ－１）

等营养成分，并且底泥中的腐殖质胶体能使土壤形成团粒结构，具有保持养分的作用，所以说，底泥可以直接农用，或者以基质、堆肥等方式进行农用。（１）直接农用将底泥直接应用于农田不仅可以提

高土壤肥力（如加快有机质矿化，维持长时间磷的供应），还可以改善土壤性状（如容重减小，土壤阳离子交换量、土壤结构系数、团聚度和孔隙度增加等），并能提高蔬菜品质（如蔬菜中维生素Ｃ含量增加，硝酸盐含量下降）和产量等［５￣７］。但是对于含有重金属和有机污染物

的底泥则必须谨慎使用，这主要防止污染物进入食物链，减少对人体健康的危害。（２）基质栽培基质栽培是指用固体基质固定植物根系，并通过基质吸收营养液和氧的一种无土栽培方式，是一项高新技术，它以其省工省力、省水省肥、优质高效、环保、少污染以及避免连作障碍等优点正逐渐在农业和设施园艺中推广［８］，具有良好的环境、经济和社会效益，有着广阔的市场前景。（３）堆肥和制作复合肥料底泥经过堆肥后，其质地疏松，容重减小，可利用营养成分增加［９］，病原菌和寄生虫卵减少［１０］，可用来改善土壤物理性质、提高土壤保水能力及土壤团粒结构稳定性［１１］；而将底泥加工成复混肥后，底泥的养分浓度得到提高，并可能作为商品肥纳入市场流通领域［１２］。这些特点使得底泥可广泛应用

于粮食作物、蔬菜［１３］、花卉果树、林业、草业等。

3.1.2园林绿化应用疏浚底泥具有陆地土壤的基本理化性质［１４］，不仅可以作为土壤改良剂应用于园林绿化，也可以作为人造土壤应用于园林绿化的客土置换，其优点是环境利用相对安全，处置费用低，处置量大，且充分利用了底泥中的有益成分，降低污染物进入人类食物链的风险，被认为是最具发展潜力的底泥处置方式［６］。但是由于一些底泥中含有污染物，因此，在使用

时仍需考虑到污染物在迁移、淋滤等对地下水、地表水和土壤的潜在危害［１５］，同时也要考虑植物体内重金属的富集及处置问题。３.1.3湿地及栖息地的建设美国新泽西州的坎伯兰县为了应对地面沉降、海平面上升和海岸侵蚀等对湿地造成的破坏，就曾利用疏浚底泥用于湿地的修复，这不仅改善了地貌，还为动物提供了新的栖息地，同时也提高了堤防，稳定了海岸线［１６］。纽约也曾用疏浚底泥对

七类栖息地（人工岛礁和浅滩、牡蛎礁、潮间带湿地和滩涂、野生动物岛屿等）进行修复和创建，取得了很好的效果［１７］。还有荷兰的风车岛和华盛顿的部分岛屿都

是利用疏浚底泥堆积而成的成功案例。3.1.4修复严重挠动的土地严重扰动的土地是指各种采矿后残留的矿场、建筑取土废用的深坑、森林采伐场、垃圾填埋场和地表严重破坏区等需要复垦的土地。这类土地一般已失去供应植物养分的能力，直接种植植物很难成活。底泥可用于修复此类土地，不仅可以改

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善土壤的物理、化学及生物学性质，恢复改善生态环境；还可以避开底泥污染物进入食物链，减小了对人类生活的潜在威胁。3.2建筑材料底泥取代粘土生产陶粒、砖、水泥、瓷砖［１８］或者制作固化玻璃［１９］是建筑材料发展的一个新方向，这不仅能节约粘土资源，保护耕地，还能疏通江河水道、改善航运和水利设施，具有可观的经济和发展前景。3.2.1制陶粒陶粒具有密度低、孔隙率高、耐腐蚀、抗震和良好的隔绝性等优异的性能，广泛应用于建材、园艺、耐火保温材料和化工等部门。当前我国陶粒原料以粘土为主，但是粘土资源的大量开采，已影响到农村耕田的数量和质量。因此，若能利用河道底泥替代粘土制造陶粒，不但会减缓建材制造业与农业争土，而且还为底泥找到了合理出路，解决了底泥二次污染的问题，达到了废弃物资源化的目的，是一条可持续发展的新路。3.2.2制砖河道底泥制砖技术在国内外都得到了较好的应用。这项技术融入了传统制砖工艺，主要是以底泥为研究对象，从底泥干燥工艺、混合料配合比、生产工艺等方面入手，研制多功能新型砖。在德国不来梅港，每年可疏浚底泥约６０万ｍ３，这些底泥有较好的同质性、矿物学和化学组成，以它们为原料生产出来的建筑用砖不仅符合德国工业标准，并且不会对环境造成影响［２０］。法国则对底泥制砖做了另一番改进，底泥经过预处理后按一定比例与石英砂混合制砖，这种砖的抗压强度和烧成收缩比石英砂砖要高，而且相关试验也表明这种砖不会对环境造成危害［２１，２２］，具有较高的实用性。3.2.3制造水泥熟料世界上许多发达国家利用水泥窑处理废弃物生产生态水泥已有２０多年的历史，拥有成熟的经验，具有较好的可行性。例如日本的研究人员将城市垃圾焚烧灰和下水道污泥一起作为原料来生产生态水泥，有效利用了资源和能源。我国也借鉴发达国家的技术来发展自己的底泥水泥化产业，杨磊等［２３］通过工业试烧确定了利用苏州河底泥生产水泥熟料的工艺参数，并对水泥熟料的性能进行了分析，实验结果表明苏州河底泥不仅可以满足水泥生料的配料要求，而且该底泥所含的有机污染物和重金属元素在水泥生产和使用中对环境和人体均不会造成二次污染和危害。3.3填方材料在适宜条件下对底泥进行固化处理，使其符合工程要求，然后可以作为填方材料进行回填使用。另外，还可以采用固化和轻量化技术开发可再生土工材料［２４］，这既解决了土石方资源匮乏问题，又解决了环境污染问题，具有良好的经济和社会效益。经改良后的底泥可