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第３４卷第１期２００８年１月
水处理技术
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＷＡＴＥＲＴＲＥＡＴＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２００８
受污染沉积物原位修复技术研究进展
孙远军１，李小平２，黄廷林１，卢丽君３
（１．西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安７１００５５；２．上海市环境科学研究院，上海２０１２００；３．东华大学，上海２０１２００）
摘
要：底泥异位修复技术因费用高、对环境破坏性强等缺点，在应用上受到了很大限制，因此底泥原位修复技术逐
渐成为研究的热点。本文介绍了各种底泥原位修复技术，探讨了其发展状况和存在问题，指出应充分利用各种原位修复技术的优势，联合使用这些原位修复技术。
关键词：受污染沉积物；原位修复；自然修复技术；帽封；原位处理；植物修复中图分类号：ＴＱ０２８．８
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－３７７０（２００８）０１－０１４－０５
在对受污染沉积物的众多治理方法中，疏浚技术（Ｄｒｅｄｇｉｎｇ）作为一种主要的异位处理方法应用
范围最为广泛［１］。由于能够将污染物彻底移出水体，该技术能在较大程度上削减底泥对上覆水体污染的贡献率，但是因费用昂贵、污染残留、污染物漏失以及对原有水体底部生态破坏严重等缺点难以大范围地推广和应用［２］。基于异位处理技术的上述缺陷，原位修复技术应运而生，并逐渐成为受污染水体沉积物治理的研究热点。
理技术所需费用低。
我国水体底泥污染的问题已经相当严重，但是考虑到经济和环境影响等问题，在国内很少有条件可以像欧美国家那样通过大规模的底泥疏浚对污染底泥进行治理。因此，治理费用相对较低、对生态环境干扰程度较小的原位修复技术更加符合当今国情。虽然目前原位修复技术应用并不广泛，但对该领域开展一些前沿性的研究，将来会使其成为一种可行的治理方案［５］。
１受污染沉积物原位修复技术
受污染底泥的原位修复，是指无需将污染沉积物移出水体，就在原位进行污染物治理的技术。目前，对水体受污染底泥的原位修复技术，使用较多的主要有自然修复技术、原位帽封技术、原位处理技术以及原位植物修复技术等。
与受污染底泥的异位修复技术相比较，原位修复技术具有如下优点。首先，在原地处理受污染底泥，不但可以避免疏浚时底泥再悬浮引起的污染问题，还可以减少因转移底泥向周围环境流失的污染
其次，原地处理技术不需要额外的场地对物总量［３］；
疏浚底泥进行堆放或处理，因此也无需对处置设施（如填埋场）进行长期监测；另外，原位修复技术对永久性地减小底泥体积、降低污染物毒性以及控制污染物迁移性具有较为显著的效果［４］；最后，原地处
２受污染沉积物的自然修复技术
自然界有着很强的自我净化能力，它会通过各
种过程降解和消除进入环境中的污染物，只有在污染物负荷超出了其自净容量后才会发生环境污染。自然修复技术是美国ＥＰＡ进行底泥修复首选的治理方案，只有当污染物对人类或生态的风险较高时才会考虑其它较为积极的治理方法，以最大限度地利用自然能力和自然资源［６］。２．１可监测的自然修复技术
可监测的自然恢复（ＭＮＲ）技术是一种利用自然界自身的净化能力来修复受污染环境的方法，ＥＰＡ将其定义为一种采用已知的、进行中的和自然发生的过程抑制、去除或减少底泥中污染物的生物利用率或毒性的去污方法［７］。由于ＭＮＲ技术完全依赖自然过程来减少污染物对生态环境和人类健康的
收稿日期：２００７－０３－３１
基金项目：上海市科委２００４年重大攻关项目（０４ＤＺ１２０３０）作者简介：孙远军（１９８０－），女，博士研究生，研究方向为水体底泥原位修复研究；联系作者：李小平，Ｅ－ｍａｉｌ：：ｘｉａｏｐｉｎｇ＿ｌｅｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ。
孙远军等，受污染沉积物原位修复技术研究进展危害，因此该技术成本较低，对生态环境不产生干扰。美国ＥＰＡ已将该技术列为每个污染现场都可考虑单独或联合其它技术使用的修复方法［７］。ＭＮＲ技术逐渐被人们所接受，并得到广泛使用。Ｂｒｅｎｎｅｒ等［８］对Ｓａｎｇａｍｏ－Ｗｅｓｔｏｎ／ＬａｋｅＨａｒｔｗｅｌｌ／ＴｗｅｌｖｅｍｉｌｅＣｒｅｅｋ污染底泥的自然修复做了相关报道。１９５５～１９７７年期间，该地区多氯联苯（ＰＣＢｓ）的累积排入量超过４０万ｋｇ，１９７７年该地区停止使用ＰＣＢｓ，并启动自然修复的底泥清理计划。经过大约２５年的时间，表层底泥的ＰＣＢ浓度由１０～６６ｍｇ／ｋｇ降低到１～３ｍｇ／ｋｇ，而且由于生物及其他过程，多氯联苯化合物中的氯原子个数逐渐减少［７］。２．２
强化自然修复技术
部分的污染物质都能吸附在固态颗粒上，所以对固态颗粒的封盖掩蔽也可以间接地实现对沉积物污染物质的包封。因此，只要人为地在受污染沉积物表层覆盖一层洁净的材料，就可以很大程度地减小污染物对环境的风险。受污染底泥的原位物理帽封技术就是基于此理论而建立起来的。
早在１９８５年美国军方水陆实验室（ＵＳＤｅｐａｒｔ－ｍｅｎｔｏｆｔｈｅＡｒｍｙＷａｔｅｒｗａｙｓＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｔａｔｉｏｎ）的Ｄ－８５－１０科技报告中就已经有了使用就地帽封处理方法治理受污染底泥的说明，通过砂石对底质中的污染物进行物理隔绝，以利于减少污染物与水体的交换［１２］。虽然当时只是较为简单地直接将砂石投加到河底，但是使用物理阻隔的实验方法还是值得借鉴的。３．２原位活性帽封技术
近年来人们对原位帽封技术的研究，开始转向采用物理阻隔与原位处理技术相结合的方法减少底泥中污染物的通量，即活性帽封技术的开发。活性帽封材料对污染物质不仅起到包封作用，还具有就地处理的功能。当沉积物中的污染物质向上迁移穿过帽封层时，帽封材料通过吸附、包封、化学束缚及降解等作用阻止污染物进入水体，该功能与地下水污染治理中的活性渗透墙非常相似。
ＨｕｌｌＪＨ提出了ＡＱＵＡＢＬＯＫＴＭ帽封材料的制作和使用，经对比发现ＡＱＵＡＢＬＯＫＴＭ帽封材料的帽封效果远远好于单纯用沙粒做帽封材料的效果［１３］，该帽封材料在加拿大的安大略省治理河流受污染底泥的示范工程中已有应用。２００３年秋天，在美国的ＡｎａｃｏｓｔｉａＲｉｖｅｒ，分别将活性帽封材料ＡＱＵＡＢＬＯＫＴＭ、磷灰石和焦炭作为就地帽封的主体材料应用于该河段的污染物治理，其中，磷灰石主要针对底泥中的重金属污染物，而焦炭则针对底泥中的有机污染物如ＰＣＢ，ＰＡＨ等［１４］。
３．３原位帽封技术存在的问题
原位帽封技术存在减小水深、材料需求量大、可能引入新的污染物、污染物保留在原水体以及对原地质生态破坏严重等问题。为了解决上述问题，可以对传统的帽封技术进行改进，比如薄层覆盖、因地制宜地选用周边易得材料、使用与底层性质相似的帽封材料［１４］，以及做好帽封之后的监测管理工作等等。
如果沉积物中的污染物浓度较高或污染现场的条件过于恶劣，单纯依靠自然恢复来达到预定目标所
需时间太长，这时就需要人为地采取一些措施，来强化自然恢复能力，缩短修复时间，这种方法被叫做强
［９］
化自然修复技术ＥＮＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄｎａｔｕｒａｌｒｅｃｏｖｅｒｙ）。沥青属于大分子化合物，不易被微生物降解，吸附于泥床表层的沥青在自然条件下２０～６０天只能自然降解０．６％～２．７％。ＰｒｏｃｔｏｒＬＭ等人［１０］采集美国Ｔａｍｐａ港湾被沥青污染的底泥进行实验室研究，发现自然降解速率缓慢是由于缺乏碳源，在加入天然有机碳源海草和钉头鱼后，其降解速率增加了２～９倍，而且在前２０ｄ保持较高的代谢速率。２．３自然修复技术存在的问题
自然修复技术的修复速度较慢，历时较长，并且要求沉积物中污染物的浓度不能太高，因此在应用上受到了一定的限制。为了克服上述问题，往往采用与其它较为积极的修复措施相结合的方式，比如先对污染现场实施疏浚或帽封处理，将污染物含量降低至一定水平后，再采用自然修复技术。
３受污染沉积物的原位帽封技术
与自然修复技术相比，受污染沉积物的原位帽封技术是一项积极的修复方法，在污染底泥表面铺设一层隔离材料（通常是清洁的沉积物或土壤），对底泥中的污染物进行包封或稳定处理［２］。受污染底泥就地帽封处理技术作为一种新的底泥污染原位修复技术近几年开始在美国和一些欧洲国家得到了迅速发展［１１］。３．１原位物理帽封技术
早期的原位帽封技术主要通过帽封材料的物理阻隔作用来实现对受污染底泥的控制。沉积物中大
４受污染沉积物的原位处理技术
受污染底泥原位处理技术指的是，在原位利用
物理化学或生物方法减少受污染底泥的容积，减少
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水处理技术第３４卷第１期
污染物量或降低污染物溶解度、毒性或迁移性，以及减少污染物的释放的受污染底泥整治技术［１５］。按其采用方法原理的不同，可将受污染沉积物的原位处理技术分为原位化学／生物处理技术和原位固定化／稳定化处理技术两种。４．１
原位化学／生物处理技术
性重金属、氯代有机化合物以及石油烃类等染污的地下水，都具有很好的去除效果［２０］。零价铁在受污染沉积物的治理上应用较晚，且多停留在实验室水平。ＤｒＫｅｖｉｎＧａｒｄｎｅｒ在ＮｅｗＨａｍｐｓｈｉｒｅ大学进行的研究表明，零价铁对沉积物中的多氯联苯具有明显的快速脱氯作用
［２１］
。但是要实现零价铁治理含ＰＣＢｓ
原位生物／化学处理，往往是向受污染沉积物中投加微生物、媒制剂或化学药剂等，以启动或强化微
微生物对污染物质的生物降解作用［１６］。在该过程中，
生物作用和化学作用对污染物的去除过程很难区分开来，两者往往同时发生。一般情况下，投加的化学药剂首先与污染物质发生化学反应，改变原有污染物的性状，为后续的微生物降解作用提供有利条件。根据投加药剂的作用不同，可将原位化学／生物处理技术分为原位氧化／生物处理技术和原位还原／生物处理技术。４．１．１
受污染沉积物的原位氧化／生物处理技术
底泥的商业应用，还有许多工作需要完成。首先要研究纳米级零价铁的迁移规律和最终归宿，其次还要弄清楚ＰＣＢｓ的脱氯途径以及在脱氯过程中所遵循的质量守恒规律，另外还有必要研究脱氯微生物与纳米级零价铁之间的关系［２２］。４．２
原位固定化／稳定化处理技术
原位固定化／稳定化处理技术是指向受污染沉积物中投加水泥或化学药剂，以包裹沉积物中的污染物质或降低污染物质的溶解性、迁移性或毒性［１６］。稳定化／固定化技术曾用于受污染沉积物的异位处理，近期才在原位处理上有所尝试［１６］。１９８９年，在澳大利亚西部的Ａｌｂａｎｙ进行了一项用零价铁原位稳定含汞底泥的实验研究，ＰｒｉｎｃｅＲｏｙａｌ港口因暴风雨天气引起含汞底泥再悬浮，水中汞含量超标，投加零价铁１ｍｉｎ后就实现了对大部分汞的去除。实验结果表明，该方法对稳定底泥中非溶解态汞较为可行［２３］。
４．３原位处理技术存在的问题
同异位处理技术相比，原位处理技术的治理效果一般不高。其主要原因在于处理过程难以控制，很难将药剂或稳定剂均匀地投加搅拌；另外，处理时因搅拌引起的底泥再悬浮也是一个不容忽视的问题。为解决上述问题，各国研究者开发了一些新的技术手段，如药剂直接注射技术、板桩式沉箱搅拌技术、微生物胶囊制作以及生物毯法等［１１］。
原位氧化／生物处理技术主要是向受污染底泥中投加化学氧化剂或给沉积物上方水体充氧，以减少污染物的迁移性和生物毒性，该技术的主要优点在于费用低，并且对污染物的去除效果快［１７］。目前，使用较多的氧化剂主要有：高锰酸盐（ＭｎＯ４－）、双氧
ｆｅｎｔｏｎ试剂、过硫酸盐（Ｓ２Ｏ８２－）、臭氧（Ｏ３）、硝水（Ｈ２Ｏ２）、
酸钙（ＣａＣＯ３）以及硫酸盐（ＳＯ４２－）等。
上述各氧化剂对受污染土壤或地下水大都有了工程上的应用，对于受污染底泥的原位氧化治理，目前研究较为成熟的是采用硝酸钙作氧化剂。向底泥中投加硝酸钙可以氧化底泥中有机污染物，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
在对加拿大Ｈａｍｉｌｔｏｎ港受油和其他有机化合物象［１８］。
（尤其是ＰＡＨｓ）污染底泥的实验室研究表明，在保持底泥缺氧状态的情况下，投加硝酸钙和有机调理剂与底泥混合，１９７ｄ后底泥中有７８％的油和６８％的ＰＡＨｓ被微生物降解。作为一种生化技术，目前向污泥中注入硝酸钙溶液已经得到了工程上的应用［１９］。
４．１．２受污染沉积物的原位还原／生物处理技术
受污染底泥原位还原／生物处理技术是指向底泥中投加还原剂，改变底泥的氧化还原电位，降低高价重金属的价态以减小其毒性，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。
零价铁最先在受污染地下水的治理上有着广泛应用，含零价铁介质的可渗透反应墙（ＰＲＢ）对受溶解
５受污染沉积物的植物修复技术
植物修复技术是一种广泛应用于环境污染领域
的治理方法，主要利用植物或植物根系区微生物的降解、吸收、代谢以降低或消除污染物毒性［２４］。
利用植物修复来解决土壤和地下水的污染问题已经有很多年了，并且也取得到了广泛的应用。植物修复同样可以应用于受污染沉积物的治理，比如在浅水区沉积物上种植挺水植物，在深水区沉积物上种植沉水植物。对受污染沉积物量较大的场所进行生态修复，原位植物修复技术是一个很好的选择，湿地技术在美国对污水和污染治理上已经取得了稳定的发展。
孙远军等，受污染沉积物原位修复技术研究进展
颜色由黑色变为灰色，臭味明显减少，挥发性含硫气
体减少９０％；９０ｄ后，臭味基本消除，挥发性硫化物减少９８％，污泥毒性未增加。工程完成后河流水质得到明显改善，有多种鱼类在城门河中繁殖。
６原位修复技术在中国的发展
受污染沉积物的原位修复技术，在国内的研究
大都处于试验阶段。
上海市环境科学研究院和上海大学合作，针对苏州河底泥污染问题进行了底泥原位化学处理以及新型帽封材料开发的大量研究。把氟磷灰石作为稳定剂处理受污染底泥，发现对重金属污染物具有较好的稳定作用，来源较为广泛的氟磷灰石作为一种新兴的环境矿物材料有着广阔的应用前景；以传统帽封材料膨润土为基础，开发出具有内核层、中间密封层和外部保护层结构的新型颗粒帽封材料，通过物理隔离和化学反应来抑制底泥中重金属污染物和有机污染物向上迁移；选用硝酸盐、硫酸盐、零价铁、微生物促生剂等化学药剂进行底泥原位化学处理实验，结果表明对沉积物中的有机污染物有着很好的去除效果。
中科院南京地理与湖泊研究所对底泥原位植物修复技术也进行了很多的研究。结果表明，浮叶植物
ＴＮ以荇菜不仅能显著地降低上覆水体中ＮＨ４＋－Ｎ、
及ＰＯ４３－Ｐ、ＴＰ、藻类的含量，还可以通过根系的吸收降低内源沉积物中的营养物水平，对内源氮磷的释
另外，在用太湖６种常见放也有一定的抑制作用［２５］；
沉水植物对五里湖底泥上的种植试验表明，沉水植物在生长过程引起的水体ｐＨ、Ｅｈ以及藻类含量变化，使铁磷、有机磷等主要化学形态磷的释放得到明显的控制，同时沉水植物的生长使沉积物中总磷水平也有明显的降低［２６］。童昌华等人用狐尾藻、凤眼莲进行了控制湖泊底泥营养盐释放的试验，结果表明水生植物能有效地控制底泥中总氮、总磷、硝态氮、氨态氮的释放［２３］。
沉积物原位修复技术在国内工程上的应用实例不多，香港城门河的原位生物化学修复就是其中较
尽管从１９９０年起环保署就开始对为成功的一个［２７］。
城门河实施截污工程，截断了大部分污染源，但底泥中的污染物仍不断释放，水质和臭气未能得到明显改善。特区政府决定按“生化处理为主，疏浚为辅”的原则从根本上治理城门河淤泥，改善城门河的生态环境。施工前经过一系列原位技术及多种生物、化学处理方案的可行性研究，最终选择硝酸钙作氧化剂，运用加拿大环保局的喷注系统专利技术注入河床淤泥中（淤泥面以下０．１～０．５ｍ），对河床淤泥进行原位生化处理。在注射药剂一周的时间内，底泥的
７展望与思考
底泥的修复技术中，异位修复虽然见效快，但成
本高，且不能实现大规模的治理，因此难以推广。目前，原位修复技术虽然还都停留在实验室研究阶段，
但由于具有投资小、操作容易、不易产生二次污染等优点，受污染底泥的原位修复技术将成为今后解决水体沉积物污染的一个方向。
沉积物中的污染物质种类往往不是一种，仅仅采用单一的原位修复技术很难解决复杂的污染问题。实践证明，应充分利用各种原位修复技术的优势，采用多种集成的修复技术体系。
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ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＲＥＭＥＤＩＡＴＩＯＮＩＮ－ＳＩＴＵＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＯＦＰＯＬＬＵＴＥＤＳＥＤＩＭＥＮＴＳ
ＳＵＮＹｕａｎ－ｊｕｎ１，ＬＩＸｉａｏ－ｐｉｎｇ２，ＨＵＡＮＧＴｉｎｇ－ｌｉｎ１，ＬＵＬｉ－ｊｕｎ３
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ７１００５５，Ｘｉ＇ａｎ，Ｃｈｉｎａ２．ＳｈａｎｇｈａｉＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２００，Ｃｈｉｎａ；３．ＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｃｏｓｔｌｉｎｅｓｓａｎｄｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇｅｃｏｓｙｓｔｅｍｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｅｘ－ｓｉｔｕｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｉｎ－ｓｉｕｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ．Ａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｉｎ－ｓｉｔｕｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｖａｒｉｏｕｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｍｕｓｔｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒｔｏｔｒｅａｔｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，ｓｏａｓｔｏｍａｋｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ；ｉｎ－ｓｉｔｕｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；ｎａｔｕｒａｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；ｃａｐｐｉｎｇ；ｉｎ－ｓｉｔｕｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ
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河北海水淡化项目开工建设
一个投资２亿美元、日产淡水１０万ｍ３的海水淡化项目开始在唐山曹妃甸开工建设。该海水淡化项目由挪威阿科凌海水控股公司投资兴建，由世界五百强企业挪威阿科克瓦纳公司负责承建，是曹妃甸工业区开工的第一个海水淡化项目。工程分三期建设，一期形成日产淡水２万三期將达到日产淡水１０万ｍ３的能力。项目每期工程工期为１５个月，一期工程预计到２００９年３月投产。项目吨生产能力，二期增加３万ｍ３，全部建成后，將解决曹妃甸工业区三分之二的规划用水量。
曹妃甸海水淡化项目是挪威阿科凌公司在中国投资的第一个项目。阿科凌公司还將在曹妃甸投资兴建全球海水淡化设备制造基地，使该可实现向曹妃甸周边地区及北京提供高品质而又经济的新淡水资源。项目未来供水能力达到每天４０万ｍ３的水平，
推动海水淡化在电力、化工两个行业的应用。８大海水淡化工程主要集中在沧河北省还计划投资人民幣３１亿元建设８个海水淡化工程，
州、唐山、秦皇岛三个沿海城市，其中包括唐山曹妃甸港口和重化工业园区的１０万ｍ３／ｄ反渗透海水淡化工程。
（张
浩）