黑臭水体底泥原位治理技术研究 摘要：在我国现阶段的城市中，污染非常严重，经常会有黑臭水体出现。随着 外源污染逐步得到有效控制，治理底泥内源污染已成为改善黑臭水体水质的关键，直接影响河道治理效果。为了从根本上治理黑臭水体，必须控制河道底泥污染， 防止水体返黑、水质反复恶化。异地处理技术（如疏浚底泥）应用较广，但存在 工程量大、治理费用较高、处置过程中存在二次污染、底泥后续处理困难等问题，而底泥原位治理技术具有治理费用低，对河道水体二次污染和河道治理效果好等 优点，受到广泛关注，并逐渐成为底泥污染治理的研究热点。针对城市黑臭水体 处理现状，介绍了原位覆盖处理、化学处理以及生物修复3种黑臭水体底泥原位 治理方法的机理和修复效果，以期为治理城市黑臭水体提供借鉴。 关键词：黑臭水体；底泥污染；原位治理；生物修复 引言 黑臭水体不仅严重影响了城市的水景观，给人带来不愉悦的观感；丧失水体 功能性，抑制了人们的亲水和取水需求，同时还影响周围居民的身体健康，对人 们的呼吸系统、循环系统、消化系统都有不良影响。因此，解决城市河流的污染 问题、恢复河流的生态和社会功能不仅关乎城市整体形象的提升，更是与居民健 康和生活息息相关，是十分必要且迫切的。 1城市黑臭水体危害分析 在探讨城市黑臭水体治理问题和相关技术前，我们首先需要明确黑臭水体的 来源、构成，并且分析其造成的极大危害。城市黑臭水体之所以会产生，其根源 在于大量城市生活污水和工业废水被肆意排放，未经过相应处理。这些水体中存 在过量污染物质，而微生物在这些污染物中肆意繁殖，消耗大量氧气，水体逐渐 呈现缺氧状态。在这种条件下会进一步导致各种厌氧微生物的繁殖，这会使得水 体中有机物迅速腐烂随之发酵，这就会产生很多氨气，硫化氢及甲烷等具备恶臭 的有毒有害气体，这也是水体臭味的来源。而水体中的金属离子又会进一步和水 体中存在的硫离子发生反应，生成FeS或MnS这些黑色物质，这便是我们看到水体呈黑色的造成原因。城市黑臭水体无论是对自然环境还是人们的生活环境都具 备极大危害。首先，黑臭水体的存在会严重影响自然生态环境，在污染空气，破 坏市容的同时也会对于其他生物的生存构成恶劣影响。另一方面，城市黑臭水体 中会产生大量挥发性有毒气体，比如硫化氢就是其中一种。这种气体对于人体有 严重毒害作用，达到一定剂量后甚至会有致命危险。因此，城市黑臭水体必须得 到尽快治理，并且要得到积极有效治理，这才会营造良好的社会环境和城市生活 环境，才不会影响到城市居民的生活质量。 2黑臭水体治理技术 2.1原位覆盖技术的应用 目前，原位覆盖技术的施工方式主要有以下几种：机械设备表层倾倒法、移 动驳船表层撒布法、水力喷射表层覆盖法、驳船管道水下覆盖法。国外运用覆盖 技术进行底泥污染释放的控制工程很多。此技术在我国研究开展较晚，应用并不 广泛，大多停留在实验室阶段，存在巨大前景。目前，我国已有学者在研究新的 覆盖材料，如李杨等将芦竹茎、芦苇茎、花生壳及玉米芯利用限氧升温炭化法烧 制成的生物炭可以提高底泥的硝化作用强度，对底泥NH4+-N、COD及PO34--P的释放有削减作用，具有应用到污染水体底泥修复的潜力。 2.2清淤疏浚
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910248539.1 (22)申请日 2019.03.29 (71)申请人 浙江融信环保科技有限公司 地址 314500 浙江省嘉兴市桐乡市梧桐街 道发展大道1488号1幢2楼西间 (72)发明人 曹玉成 许佳霖 汪奇 武帅 谢成浩 苑永魁 (74)专利代理机构 浙江杭知桥律师事务所 33256 代理人 王梨华 陈丽霞 (51)Int.Cl. C02F 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种底泥修复剂及其应用于底泥原位修复 的方法 (57)摘要 本发明涉及水污染防治与生态修复领域，公 开一种底泥修复剂及其应用于底泥原位修复的 方法，底泥修复剂由以下质量百分比的组分组 成：原生蛭石粉：25～35％；改性牡蛎壳粉：15～ 25％；改性白云石粉：20～30％；改性生物炭粉： 20～30％。发明提供的底泥修复剂，是以水生动 物源废弃物、植物源废弃物和天然矿物为原料， 经煅烧、破碎、筛分、炭化等工序处理后制备而 成，原材料来源广泛、廉价宜得，制备工序简单， 制备条件温和；生产易于规模化，应用不会产生 二次污染问题。本发明底泥修复剂，可高效抑制 底泥中污染物质的释放， 特别是对容易引发水华的氮、磷物质， 具有很好的抑制和钝化效应。权利要求书2页 说明书6页CN 110104913 A 2019.08.09 C N 110104913 A
权 利 要 求 书1/2页CN 110104913 A 1.一种底泥修复剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成： 原生蛭石粉：25～35％； 改性牡蛎壳粉：15～25％； 改性白云石粉：20～30％； 改性生物炭粉：20～30％。 2.根据权利要求1所述的一种底泥修复剂，其特征在于：原生蛭石粉是由蛭石原矿粉经破碎和筛分处理制备而成，原生蛭石粉的粒径小于0.5mm。 3.根据权利要求1所述的一种底泥修复剂，其特征在于：改性牡蛎壳粉是由牡蛎壳经过煅烧、破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳粉的粒径小于0.5mm，煅烧的温度为450～650℃。 4.根据权利要求1所述的一种底泥修复剂，其特征在于：改性白云石粉是白云石经煅烧、破碎和筛分处理制备而成，改性牡蛎壳粉的粒径小于0.5mm，煅烧温度为650～670℃。 5.根据权利要求1所述的一种底泥修复剂，其特征在于：改性生物炭粉的制备过程如下： (1)将收集的废弃生物质风干、破碎、筛分，获得粒径小于2mm的生物质粉； (2)在步骤(1)得到的生物质粉中加入液态氯化镁改性剂，并充分搅拌混合得到生物质粉混合物，液态氯化镁改性剂中液态氯化镁的质量浓度为50～70％，液态氯化镁改性剂的投加量为生物质粉质量的5～10％； (3)对步骤(2)得到的生物质粉混合物进行通风热干化处理，干化温度低于150℃，待混合物料干化至含水率低于20％后，对其限氧炭化，炭化温度为400～800℃，炭化时间为1～3h。 6.一种底泥修复剂的制备方法，其特征在于，包括： 1)制备原生蛭石粉； 2)制备改性牡蛎壳粉； 3)制备改性白云石粉； 4)制备改性生物炭粉； 5)将步骤1)～4)制备的组分进行混合，按以下质量百分比计，原生蛭石粉：25-35％，改性牡蛎壳粉：15-25％，改性白云石粉：20-30％，改性生物炭粉：20-30％。 7.一种底泥修复剂应用于底泥原位修复的方法，其特征在于，包括以下措施： (1)应用于开放式河道底泥修复时，选择晴朗天气、水流相对缓慢的时间段在河道水面上投加底泥修复剂；投加时，在河道上游、河道近岸处和污水入河排放口区域的投加量为每平方米水面1～5kg，在河道下游、河道中部和雨水入河排放区域的投加量为每平方米水面0.5～1kg； (2)应用于相对封闭的天然水体时，在进水区域、水面上均匀投加底泥修复剂，投加量为每平方米水面0.5～1kg。 8.一种如权利要求1～5任意一项所述的底泥修复剂在水体底泥原位修复中应用，其特征在于，所述水体底泥是指开放式河道水体底泥；投加时，在河道上游、河道近岸处和污水入河排放口区域的投加量为每平方米水面1-5kg，在河道下游、河道中部和雨水入河排放区域的投加量为每平方米水面0.5-1kg。 2
第32卷 第4期2008年12月 黑龙江环境通报H e ilong jiang Environmenta l Journal V o l 32N o 4D ec 2008 河湖底泥修复技术的研究进展 李立欣 战 友(黑龙江科技学院 资源与环境工程学院 黑龙江 哈尔滨 150027) 摘 要:本文综述污染底泥的修复技术,探讨其发展状况及存在的问题。指出物理修复见效快,但成本高;化学修复 成本较低但易造成二次污染;生物修复投入低,处理量大,但处理效率低,。将这三类技术联合使用,取长补短,具有较广阔的发展前景。 关键词:关键词:底泥;物理修复;化学修复;生物修复 中图分类号:X 26 文献标识码:A 文章编号:1674 263X (2008)04 0027-03 P rogresses of R e m ediation Techniques for P olluted Sedi m ent i n R ivers and Lakes LI Li x i n Z HAN You(College o fResource and Env ironm ent Eng i n eeri n g ,H e il o ng ji a ng I nstit u te of Sc i e nce and Technology ,H arb i n 150027,China)Abst ract :R e m ediation techn i q ues for polluted sed i m ent are discussed i n this paper Curren tl y there are t h ree ki n ds of re m ediati o n technolog ies inc l u d i n g physica,l che m ical and biore m ed i a ti o n Physica l re m ediation takes effect fast butw ith h i g h cos,t che m ical re m ed iati o n is cheaper butw ith secondary po llution wh ile biore m ed iation can treat great a m ount of po ll u tion w ith l o w i n put and lo w effic i e ncy The co m b i n ation o f the three re m ed iation m ethods w ill be prospective K ey w ords :Sed i m en;t Physical re m ed iation ;Che m i c al re m ediation ;B i o re m ediation 收稿日期:2008 10 12 第一作者简介:李立欣(1980 ),男,环境工程专业,硕士研究生,参加工作2年,助教,研究方向:环境生态及环境微生物。 河湖底泥污染,是一个世界范围内的环境问题。底泥通常是湖泊营养盐、难降解有机物、重金属等污染物的蓄积库。污染物被水体颗粒物吸附、络合、絮凝、沉降而沉积在底泥中,在外源污染得到有效控制后,底泥中的这些污染物仍可能对水体产生 二次污染 。此外,底泥又是底栖生物的主要生活场所和食物来源,污染物质可直接或间接对底栖生物或上覆水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健康。污染底泥的治理,经过多年的实践,已取得一定效果,尤其是近几年生物技术的应用,使污染底泥的修复获得了快速的发展,目前主要采用物理、化学和生物方法修复污染底泥,各方法还可相互结合应用到工程技术修复中。下面分别对常用的几类修复方法作简要介绍。 1 物理修复 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、填沙掩蔽等措施。1 1 疏浚 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危害时,则要考虑进行疏浚。在重污染底泥沉积层采用工程措施,最大限度地将储积在该层中的污染物质移出,改善水生态循环,以遏制自然水体退化。疏浚时注重生物多样性和物种保护,疏浚后的基底应为后续生物修复创造条件。薄层精确局部疏浚和严格的环保工艺控制要求为其显著特点,与普通的工程疏浚的扩大湖泊库容、开挖土方等有本质区别。此外,环保疏浚要求在疏浚过程中采取措施防止二次污染,对清除出来的污染底泥进 27
清淤及底泥原位修复工程施工方案 （一）清淤施工方案 采用人工或机械清淤和水力清淤等方式。对于河道断面小、现场场地狭窄、暗涵内空间较小，不适合机械作业的地段采用人工清淤，对于现场具备机械作业条件的地段可采用机械清淤和人工配合。清淤前，需做好底泥污染调查，明确疏浚范围和疏浚深度；根据当地气候和降雨特征，合理选择底泥清淤季节；清淤工作不得影响水生生物生长；清淤后回水水质应满足“无黑臭”的指标要求。 （1）清淤实施原则 河床受河道两侧生活垃圾、生产污水影响，沉积大量泥沙、污泥，淤积严重，设计对整个河道进行清淤，清除河底垃圾及淤泥。河道清淤建议从上游向下游，先中央后两侧的顺序施工，可采取分段实施，每200m～300m左右作为一个施工段，多段同时施工，循环施工。 （2）清淤方式 由于水深较小，可采用挖掘机进行清淤施工。用挖掘机挖装至运输车，运至临时堆场沥水、固化，然后运至指定弃渣场地或利用。见图67。 图67 清淤施工图片 挖掘机在进入河道清淤时，河道内水位一般不应超过10cm，在河道内设计导流沟，将积水排出清淤河道下游。清淤时主要采取挖掘机倒运打堆形式进行，将河道内淤泥堆放在便道内侧沥水，沥水后由车辆运输出场外。 由于采用水中清淤，淤泥含水量大，运输过程中容易造成道路及周边环境污染，因此淤泥挖至河岸后需经过晾晒方可外运。
在淤泥运输车辆出入口位置设置下河坡道，每处长20m、宽5m。河道内设置临时施工便道，宽5m。外运车辆出场前在出口处派专人进行轮胎清理，避免车辆带泥出场。 （二）底泥原位修复 底泥原位修复可在基本不破坏水体底泥自然环境条件下，对富营养化的底泥进行降解和修复。底质改良型环境修复剂是具有多年工程运行经验的固载化的复合微生物制剂，能够在激活原有底泥环境中土著微生物的同时，引入多种特效微生物及其生长所需要的营养来提高生物活性，因而可在原地快速分解黑臭污泥中的多种污染物，减少底泥内源污染。 （1）底泥原位修复技术的优点： 1）受污河水和污泥同步治理，快速消除黑臭现象； 2）河道及湖泊和水库中的污泥处理后污泥的氧化还原电位增加数倍，污泥被减量2/3左右，河道的库容量增加，污泥中的重金属被固化，基本达到土壤耕作要求,实现黑臭河流的生态修复，标本兼治，不产生二次污染； 3）具有淤泥去除、水质净化和底泥恢复活性三种功能合一； 4）水质经过处理后，新增污染源不超过自净能力能达到国家III～V类水标准，且能长期保持水质； 5）运行稳定，投资和运行成本低，维护简便。 底泥修复效果如图68。 图68 底泥修复前后对比图 底泥改良过程如图69。
黑臭河涌原位治理生物修复技术 本文介绍的是获得国家发明专利的一种治理河涌污染技术（专利公开号CN101417840A）。 专利发明者认为，黑臭河涌污染是我国城镇河网的普遍现象，究其原因是有机污染物的排入和沉积造成河涌氧平衡体系失衡。黑臭河涌的治理目前尚未有理想的方法，一般采用截污、清淤、驳岸、调水补水等市政工程手段进行整治，但由于种种原因，截污、清淤无法彻底进行，水质净化收效甚微。 本发明提供一种以曝气增氧为主导的采用生物修复技术（Bioreme-diation）治理黑臭河涌污染的方法，通过河道曝气增氧、投放复合微生物菌剂、底泥生物修复和设置生物巢系统，控制和消除河涌外源和内源污染，净化河涌水质，提高水体自净能力，达到消除黑臭的目的。本法无须在河道中兴建构筑物或将河涌水引出河道外处理，也无须清疏河道底泥。普遍适用于截污、清淤不彻底或一时无法截污、清淤的河涌，以及受潮汐影响流态变化复杂的河道进行原位治理。 本发明方法突出的优点是不必征地不必清淤，不产生二次污染。由于避开了征地和淤泥处置的难题，大大降低了治理投资和运行费用，见效快而效果好；治理后不影响河涌排水功能和自然净化功能，是解决城镇黑臭河涌污染问题的一个值得推广应用的好办法。详细内容可参阅该发明专利申请公布说明书。 由于城市规模的扩大，经济发展和城区人口的迅速增加，昔日作
为城市景观的河涌实际成了公共排污渠。河涌黑臭是我国城市河网的普遍现象。目前黑臭河涌污染主要采用截污、清淤、补水、调水等市政工程手段进行治理，但水质的净化未能跟上，以致一些虽经整治的河涌，水质没有得到根本的改善，仍然发黑发臭污染环境，严重影响居民生活、城市形象和城镇投资环境。 河涌治理方法 河涌黑臭的根本原因是进入河涌的污染物量超过环境容量。有机污染物的排入和沉积，消耗水体中大量的溶解氧，使水体和底泥变为厌氧生境，在厌氧微生物的作用下，有机污染物分解产生有毒有害的气体和臭味，造成河涌的黑臭。 治理河涌污染的关键在于截污、清淤和恢复河涌正常的生态平衡。截污是切断河涌外源污染，清淤是消除河涌的内源污染。但由于种种原因，现时河涌整治采取市政工程措施，截污和清淤往往不可能彻底，甚至一时无法进行；补水、调水也仅仅是稀释水体和向其他河道转移污染，因而实际水质净化收效甚微。有鉴于此，我们提出一种采取原位治理生物修复（Bioremediation）的方法，在河道投加微生物菌剂和增加供氧，改变水体特别是底泥和底部水层的厌氧生态环境，发挥好氧微生物迅速分解有机污染物的作用，消除河涌外源和内源污染，提高水体自净能力，恢复河涌正常的生态平衡，从而消除河涌的黑臭。 原位治理生物修复技术要点
污染底泥修复治理技术方案 一、污染底泥修复技术筛选 修复技术的筛选与污染物、场地特征情况、修复成本、修复过程对环境的影响、修复时间、技术可获得性等各种因素相关。在修复技术的筛选方面应主要考虑以下问题： 1.针对沟渠池塘内污染物特征：由于涉及沟渠中污染物种类浓度均不同，因此需要结合污染浓度选择合适的场地清理方法。 2.修复技术成熟可靠：目前，国内外针对河塘沟渠有多种疏浚清淤技术，对于污染底泥的修复技术，有些技术已经成熟，有些还在研究阶段。为了保证该沟渠清理顺利完成，本方案设计采用成熟可靠的修复技术，避免采用不成熟的修复技术。 3.修复时间合理：为尽快完成该底泥修复工作，降低修复过程中的潜在环境风险，在选择修复技术时，同等条件下，选择场地修复时间短的技术。 4.费用经济合理：本方案将结合污染物特性，选择几种经济可行的清理技术，既满足修复要求，又尽量控制清理费用。 5.减少对周边环境影响：在修复施工过程中，控制二次污染，减少污染底泥的转移，减少废气、废水、扬尘、噪声等排放，将对周边居民、环境的影响尽量减小。 6.修复效果好：污染底泥修复的最终目标是为了恢复沟渠池塘原有的环境，确保环境安全及周边居民健康。 技术筛选矩阵见表 1-1。
污染底泥修复技术筛选矩阵1-1
二、本项目修复技术方案确定 根据上述修复技术比选，综合考虑本项目污染污染程度、修复技术的科学性等因素，推荐以下修复技术作为主要技术。 （1）针对单独重金属污染底泥以及重金属与氟化物复合污染底泥，选用稳定化修复技术进行集中处置，处置合格土进行安全利用，可考虑采用异位临时储存+固化稳定化技术组合处理； （2）针对单独有机物污染底泥，化学氧化技术适用于本项目有机污染底泥的修复，且操作简便，修复时间短，原位、原地、异位均可操作，施工灵活，因此本次项目选用化学氧化修复技术作为本项目有机物污染修复的优选技术。 （3）针对有机物与重金属、有机物与氟化物复合污染底泥，考虑到修复有机物加入的化学氧化药剂会对底泥中重金属等无机污染物相互干扰，造成修复效率的降低，因此本项目考虑按化学氧化+稳定化的顺序修复复合污染底泥。 二、修复技术方案设计 2. 修复总体技术方案 本项目总体修复技术工艺流程如图 2-1所示。对耿车废旧塑料回收加工片区河塘沟渠污染底泥，单独重金属和氟化物污染底泥直接采用异位固化稳定化方法进行处理；有机污染底泥可选用异位化学氧化技术；重金属、氟化物与有机物复合污染底泥采用先化学氧化再稳定化的技术方案。 1）修复边界复核 进入场地后，根据技术资料和取样结果复核修复边界拐点坐标，并由监理、业主单位、承包单位三方确认。 2）表层清理 排干清淤是指通过在沟渠构筑临时围堰，将沟渠或河塘中水排干后进行干挖的方法。待修复区域水排干后，利用机械、人工方式对修复范围内的淤泥、建筑垃圾、生活垃圾等进行清理、分拣、分类处理，清理出的建筑垃圾、生活垃圾等直接送至周边垃圾填埋场，并对场地进行整平，方便后续施工的开展。 3）土方开挖与运输 污染土壤拟采取异地处置方式，二恶英污染土壤开挖深度最大为 20cm，现场对调查报告中指定的污染区域进行彻底清除，保证所有涉及污染的底泥及土壤
污染底泥修复剂 底泥指水体的沉积物，是水体生态系统的重要组成部分。自然河流内，底泥作为“汇”，沉淀吸附水体污染物，在底泥微生物作用下，污染物被降解和转化，实现水体自我净化。当河流已经受到较严重污染，超出水体自净能力范围，大量污染物沉积，形成厌氧状态的污染底泥层，包括混合层（黑色流动浮泥层）与富集层（黑色污染淤泥层），污染底泥作为“源”，不断向水体释放氨氮、硫化氢、磷酸盐等各类污染物，加重水体的污染负担。 污染底泥修复剂是我司专门针对黑臭水体治理的污染底泥处理问题，自主研发的一种长效底泥原位修复产品，该产品能够配合其他技术工艺，快速消除水体黑臭，初步恢复并持续增强水体自我净化能力。该产品主要解决黑臭水体治理过程中的如下关键问题： 1.各类功能微生物相辅相成，加速水体生态系统特别是底泥的物质循环和能量流动，形成正反馈，实现底泥消减，恢复水体部分自净能力； 2.迅速形成有益微生物的优势群落，激活土著微生物，并重建退化的底端生物链，为上行生物链的梯次恢复奠定基础； 3.实现底泥长效原位修复，与传统的底泥化学修复技术或微生物修复菌剂相比，该产品实现了底泥的联合治理与修复体系的长效维持，治理效果好环境适应能力强，效能稳定。 产品成分 1.改性沸石。沸石是具有四面体骨架结构的多孔型含水硅酸盐晶体，经改性后具有良好的吸附及离子交换性能，能够通过离子交换作用快速吸附水体和底泥中的氨氮、磷酸盐等各类污染物，改善水体和底泥环境，同时沸石比表面积大，可作为微生物附着载体，沸石表面承载的各类微生物菌群将吸附在沸石上的氨氮等快速降解和转化，形成一个自我吸收、自我消化的循环过程，使沸石不断再生，循环使用。 2.复合微生物。微生物是所有有机污染物的最终分解者。调查待治理水体底泥污染特征，针对性地驯化选配多类目标微生物菌群，包括降解常规污染物的菌群、消除硫质的菌群、降解持久性有机污染物的菌群、钝化固定重金属的菌群、抑制有害微生物生长的菌群等，并利用改性沸石进行载体化，各类有益微生物协同配合，能够更好适应水体环境变化，并持续消减底泥污染物。 3.复合促生剂。生物促生剂是由矿物质、有机酸、酶、微生物和营养物质按比例混合而成的天然产品，它的添加能够刺激复合微生物生长繁殖，并持续激活土著微生物，协助形成优势菌群。 4.缓释氧化剂。硝酸钙、过氧化钙等缓释氧化剂能够持续改善底泥厌氧环境，为有益微生物营造良好的繁殖场所，使各类功能微生物快速适应并优势繁殖。
重（水）：可生物降解的河道底泥原位修复结构体关键技术研发 一、领域：资源与环境技术—水污染控制技术 二、主要研发内容: （一）河道底泥修复结构体构造技术研发； （二）结构体对河道底泥再悬浮的防治效果研究； （三）结构体对底泥营养盐释放的抑制作用研究； （四）结构体对底泥有机物消解的影响规律研究； （五）可生物降解的结构体应用于典型河道污染底泥原位修复技术应用。 三、项目考核指标（项目执行期内）: （一）经济指标：实现销售收入≥1000万元。 （二）学术指标：申请专利≥6项，其中发明专利≥2项；发表论文≥3篇。 （三）技术指标： 1.形成1套完整的技术体系，并应用于河道修复工程； 2.提出1套完整且行之有效的工艺流程； 3.提出新型材料制作的河道底泥原位修复结构体设计指标体系。 四、项目实施期限：2年 五、资助金额：不超过500万元
重（水）：近岸海域微塑料毒性机理与生态修复关键技术研发 一、领域：资源与环境技术—水污染控制技术 二、主要研发内容: （一）深圳市近岸海域微塑料与常见污染物的相关性、迁移转化规律及其毒性机理研究； （二）针对近岸海域微塑料污染复合生态修复系统构造； （三）典型近岸海域进行现场实验。 三、项目考核指标（项目执行期内）： （一）经济指标：实现销售收入≥1000万元。 （二）学术指标：申请发明专利≥6项；发表论文≥5篇。 （三）技术指标： 1.阐明近岸海域微塑料污染现状、与常见有毒有害物质的相关性、迁移转化规律和毒性机理; 2.开发高效降解微塑料的功能微生物菌群≥2个; 3.研发生态修复技术方案≥2套，并获得最优运行参数; 4.典型近岸海域现场试验面积≥1000m2，示范区的海水水质指标达到《海水水质标准》(GB3097-1997)Ⅱ类标准； 四、项目实施期限：2年 五、资助金额：不超过500万元
2012年7月（中）科技创新科技创新与应用 关于地表水生物修复技术的探讨 薛海涛1吴琼2王琦2 （1、绥化市环境保护科学研究所，黑龙江绥化1520002、哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨150001） 1污染水体生物修复技术简介 20世纪90年代，生物修复技术作为一项污染治理新技术得以迅速发展[1-2]。生物修复是指利用天然存在的或特别培养的微生物，将有毒、有害的污染物在可调控环境条件下转化为无毒物质的处理技术[3-4]。它是一种利用特定生物(尤其是微生物)的新陈代谢活动，实现对水体中污染物的吸收、转化或降解，达到减缓或彻底消除水体污染、恢复水体生态功能的生物措施。较之传统的修复技术，该技术具有成本低，环境影响小，效果明显，可最大限度地降低污染物浓度，可用于处理常规污染治理技术难以应用的场地等优点[5-6]。 根据人工干预的情况，生物修复可以分为原位生物修复和异位生物修复[7]。原位生物修复是指对受污染的水体原地点的生物修复，过程主要依赖于土著微生物或外源微生物的降解能力及合适的降解条件；异位生物修复是移动污染水体到其它地点或反应器进行的生物修复处理。 2污染水体生物修复技术研究现状 2.1原位生物修复技术研究状况 2.1.1曝气复氧 在污染物浓度高的水体中，氧化能力不足，需要根据水体缺氧的特点进行人工复氧，通过增加曝气装置向水体充入空气或氧气，提高水体溶解氧量，加速水体复氧过程，恢复和加快水体中好氧微生物的代谢速率，降解水体中有机污染物，从而净化受污染水体的水质，进而恢复水体的生态系统[8]。曝气复氧是城市水环境生物修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治理。 2.1.2生物促生和生物强化 生物促生技术是通过投加促生剂，促进土著微生物的生长，形成一个能完成自然降解的环境[9]，从而强化污染环境的自净能力，实现对有机污染物的快速分解。通过多种途径，如向污染环境投放解毒剂、促进污染物降解的酶、常量元素、微量元素、有机酸、电子受体、维生素等，减轻环境中的毒性，促进土著微生物生长，加快对有机污染物质的降解，逐步改善环境污染状况，提高水体中溶氧量。 生物强化技术也就是外源微生物接种技术，最早从清除海洋石油污染开始，已广泛应用于水产养殖、农业等领域。在我国实际城市水环境修复工程中，投放的微生物包括光合细菌、有效微生物群、东江菌、固定化细菌等。并取得了一定的治理效果。但此法目前争议较多，主要考虑外来菌种是否会带来环境安全性方面的问题[10]。 2.1.3放养水生植物 水生植被具有重要的环境生态功能，其植物和根区微生物共存，产生协同效应，经过植物吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用达到澄清和净化水质的效果。水生植物一方面能够直接吸收水体中营养盐，同时挺水植物可以减少风浪搅动，促进水中悬浮物沉淀，促进河湖生态系统中底泥氧化；沉水植物能隔离上层水动力搅动对下层水体的影响，增加底泥表层溶解氧，从而有效控制底泥中造成水体富营养化的N、P等盐向上层水体中释放；浮叶植物和漂浮植物对浮游藻类具有一定的竞争抑制作用。作为城市水质污染的重要生物指标之一，水生植被恢复成为城市水环境生物修复十分重要的环节。 2.2异位生物修复 2.2.1土地处理技术 土地处理技术是利用土地以及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施，由废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等部分组成。 2.2.2人工湿地和氧化塘处理技术 人工湿地是模拟天然湿地形成人工生态系统，在生态系统中植物、土壤、微生物的物理、化学和生物的综合协同作用下，经过了过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解，最终实现对污废水的高效净化[5]。氧化塘利用生物天然净化能力处理污水，可增加人工曝气、放养适生水生动植物等辅助措施强化处理效果。 人工湿地和氧化塘形式灵活，对于暂时无法截污的城郊河道和湖泊，可以改造废弃旧河道、河滩、沼泽及无农业利用价值的鱼塘、荒地等闲置资源，对上游污水进行预处理。人工湿地和氧化塘等污水预处理系统可形成多级食物链组成的复合生态系统[11]，具有投资低、效率高、运行费低、操作简单、能耗低等优点。 3我国地表水生物修复的应用现状 在我国地表水生物修复的案例中，虽然大多获得成功，但是也有诸多问题值得广大学者思考。首先，应当重视多学科组合，多种技术联用进行生物修复和生态治理。只有将环境工程、微生物工程、生态工程等多种技术措施整合起来。才能使生物修复的效果最大化。其次，为了从根本上维护和保持水环境治理成果，达到治标和治本的目的，必须通过生物和生态法，强化水环境生态系统功能，延长生物链，提高水环境生物多样性和水环境自净能力。再次，注重底泥修复的作用，城市水环境是一个开放的系统，其水体或是流动的，但底泥却是相对静态的，而且底泥氧化层的厚度，是衡量河湖自净能力的重要标准，底泥氧化层越厚，河湖自净能力越强，反之，河湖自净能力越弱。最后，强化土著微生物的作用。强化其对有机污染分解作用，提高水环境自净能力。 目前我国对地表水修复的一般过程中，首先对待治理的水域的水体和底泥的各种理化指标和生物学指标进行调查，同时还要调查河湖污染情况。其次，激活土著微生物，最后，进行底泥生物氧化和水体生物修复，对残存的有机污染物质进行降解，提高环境中的溶氧，逐步改善污染环境，建立好氧微生物区系，竞争性地抑制只能在污染环境中生存的微生物。 4地表水生物修复技术前景 地表水生物修复技术是利用植物和微生物净化水体的一种经济、高效、具有巨大发展潜力的新兴技术，在治理和防治污染方面均有着广阔的前景。随着生物技术的不断进步，基因工程菌的出现大大拓宽了生物修复的应用范围，为地表水生物修复提供了新思路。高效特异微生物和重金属超富集植物的筛选和污染去除机理研究等生物技术研究逐渐成为地表水生物修复领域研究的热点。 参考文献 [1]沈德中.污染环境生物修复[M].北京:化学工业出版社，2002. [2]史小丽,王凤平,蒋丽娟等.温度对外源性32P在水、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响[J].应用生态学报，2003，14(11):1967~1970. [3]顾继东.国外环境生物技术的发展和展望[J].生物技术通报，1999，(6):8~12. [4]张甲耀,李静,夏威林等.生物修复技术研究进展[J].应用与环境生物学报，1996，2(2):193~199. [5]徐祖信.河流污染治理技术与实践[J].中国水利水电出版社:北京，2003. [6]胡庆昊,朱亮.应用于污染环境治理的生物修复技术[J].陕西环境. 2002，9(6):32~34. [7]陈玉成编.污染环境生物修复工程[M].化学工业出版社:北京，2003. [8]孙从军,张明旭.河道曝气技术在河流污染治理中的应用[J].环境保护.2001，4:12~20. [9]胡庆昊,朱亮.应用于污染环境治理的生物修复技术[J].陕西环境，2002，9(6):32~35. [10]章营军,孙从军.浅谈污染河道水体治理[J].造船工业建设，2001，(4):34~39. [11]黄民生,徐亚同,戚仁海.苏州河污染支流绥宁河生物修复试验研究[J].上海环境科学，2003，22(6):384~388. 摘要：针对水体富营养化的现状，对地表水水体生物修复的原理、种类、特征以及研究进展点进行了介绍。通过对中国水环境生物修复存在的问题分析，总结城市水体生物修复，要根据实际情况，选择适当的生物修复方法。 关键词：地表水；生物修复；富营养化；原理 20 --
黑臭水体底泥原位修复技术研究应用现状 发表时间：2019-08-12T14:09:18.587Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：祝雅杰 [导读] 本文将黑臭水体底泥原位修复技术作为研究对象，对其研究现状和应用前景进行分析。 广州中洲环保科技有限公司广东广州 511400 摘要：城市基础设施建设与城镇化建设发展速度存在差异，使城市的生活污水和工业废水逐渐集聚，形成黑臭水体，对城市的生态环境造成较大的破坏，不利于城市的可持续发展及城市居民的身体健康。黑臭水体的治理关键在于底泥的处理，本文将黑臭水体底泥原位修复技术作为研究对象，对其研究现状和应用前景进行分析。 关键词：黑臭水体；底泥；原位修复技术 1.黑臭水体底泥原位生物修复技术 底泥原位生物修复技术主要包括微生物修复技术和植物修复技术两种。微生物修复技术是目前学术界的研究热点，在黑臭水体治理中的应用最为广泛。微生物修复技术主要通过向底泥中投加微生物菌剂或生物促进剂，利用微生物的代谢能力，将沉积在底泥中的有机污染物降解，对于底泥中的重金属，可通过静电、离子交换、共价键等作用被微生物吸附，或通过生物氧化还原改变重金属的氧化还原态，进而消除或降低重金属的毒性。根据黑臭水体的不同污染环境，需要选择相应的微生物，在底泥中创设良好的微生物繁殖环境，确保微生物在底泥中的有效培育。吴光前等[1]采用以硝化细菌、杆菌、霉菌、放线菌、真菌、丝菌为主要成分的微生物菌剂固定化在具有特殊结构的生物带上，配合水体曝气富氧技术进行黑臭底泥处理，结果发现，底泥厚度降低80% 以上，底泥COD去除率达93%，上覆水体中的COD、氨氮等均有良好的去除效果，水体中的生物相种类和数量也显著增加。涂玮灵等[2]采用反硝化细菌制剂来修复南宁市朝阳溪黑臭底泥，结果表明，投加菌剂6周后，底泥厚度可降低3cm以上。此外，有研究表明，微生物修复技术的应用可以有效改善水体中的微生态体系，强化水体自净能力，避免黑臭水体问题的复发。 植物修复技术主要利用水生植物具备的净化修复功能，其应用原理主要包括三个方面：1）水生植物直接将底泥中的重金属或者营养盐进行吸附、吸收、富集；2）植物根系释放分泌物和酶用于转化污染物；3）水生植物的根系为微生物提供生长载体，有助于微生物分解污染物。植物修复具有投资少、能耗低、无二次污染、美化河道等优点。目前植物修复技术主要应用沉水植物、浮叶植物以及挺水植物等植物种类，如睡莲、浮萍、芦苇及金鱼藻等。黄勤超[3]采用睡莲、荷花对河道底泥进行原位修复，修复176d后，睡莲、荷花对PAHs的去除率分别为55.9%、32.4%，对重金属的去除率分别为18.23%、20.42%。相对而言，单一的植物修复技术对底泥修复效果有限，且修复周期较长。 2.黑臭水体底泥原位化学修复技术 黑臭水体底泥原位化学修复技术主要是指在黑臭水体的底泥表层或者上覆水体中投入化学试剂，对污染物质进行氧化或者固化处理。在黑臭水体治理中，化学修复技术具有成本低廉、修复效果佳等优势，但是存在二次污染隐患。黑臭水体底泥原位化学修复技术主要应用过氧化钙、硝酸钙、石灰等化学药剂进行修复。常见的修复方式包括化学氧化及化学钝化两类。 化学氧化主要是利用氧化剂将有机污染物、硫化物进行氧化分解，实现底泥修复的过程。硝酸钙氧化法是目前研究和应用最为广泛的修复技术，其投加方式是向底泥中注入硝酸钙溶液。研究结果表明[4]，硝酸钙可以提升底泥中脱氮微生物的活性，在将硝酸根转变为氮气的同时，对有机物、硫化物进行降解，实现底泥及黑臭水体的治理。在硝酸钙作用的过程中，微生物主要将硝酸盐作为电子受体，将有机碳源作为电子供体，通过对电子供体的氧化，将有机污染物分解为二氧化碳和氮气，实现底泥的化学修复。同时，硝酸钙中的钙离子能够与硝酸根结合，生成不溶性的磷酸盐，有效抑制底泥释放的磷元素。该技术已在加拿大Hamilton港、香港城门河等河道治理中得到充分验证。虽然硝酸钙溶液注入法应用效果得到验证，但直接注入硝酸钙溶液，不仅硝酸钙利用率较低，药耗较高，且硝酸钙扩散还会导致上覆水体中硝酸盐的浓度升高。近几年，学者们研究了硝酸钙结合缓释工艺制备底泥修复缓释材料对于底泥修复的应用效果，研究表明，这种方法有效解决了注入液体硝酸钙的应用缺陷，具有良好的市场应用前景。 化学钝化主要是利用铝盐、铁盐和石灰等在溶解水体中所发生的絮凝沉淀作用将污染物稳定在底泥中从而实现底泥的原位修复。研究表明，铝盐水解后形成的Al(OH)3絮状体，不仅可以去除水体中的颗粒物和磷，絮状体覆在底泥表面还能吸附底泥中析出的磷；铁盐水解后形成的Fe(OH)3絮状体不仅能吸附底泥中的磷，还能与磷反应生成以FeOOH-P04络合物从而去除磷；投加石灰形成的Ca-P能有效抑制磷的释放[5]。化学钝化仅仅将污染物稳定在底泥中，并不能从根本上去除，因此其适用性相对有限。 3.黑臭水体底泥原位物理修复技术 在黑臭水体底泥原位物理修复技术中，主要包括原位覆盖和电动力学修复技术两种。原位覆盖技术，主要通过清洁覆盖物的合理配置，将其平铺在底泥表面。这类清洁覆盖物具有水力阻滞及吸附作用，能够避免底泥释放污染物质。不同覆盖物质的原位修复效果有所不同。以重金属污染为例，细颗粒片麻岩适用于底泥中铁重金属污染的原位修复，其覆盖抑制效果可达99%；但是对底泥中的钙、铜和镍等有促进释放作用[6]。 电动力学修复技术属于新兴物理原位修复技术，主要通过在底泥中加载电流，从而在底泥结构中形成电场，利用电场的作用引导底泥中的电荷进行电子迁移，从而带走底泥中的污染物质，实现黑臭底泥的原位修复。Ryu等[7]在研究中指出，电动力学修复技术会受到pH值的影响，酸性溶液条件下污染物去除率有很大的提升，重金属污染物的去除效率均超过60%，但如果底泥中的目标污染物浓度相对较低，其去除效果不佳。 结论：综上所述，黑臭水体底泥原位化学修复技术包括生物修复、化学修复和物理修复三方面，且这些技术各有优缺点。从实际情况来看，对于污染较严重的水体，采用单一的修复技术难以发挥有效作用，因此，技术人员需要根据黑臭水体的特征，采用多种修复技术相结合的方式进行底泥原位修复，从而降低黑臭水体内源性污染负荷，从根本上改善水体黑臭现象。 参考文献： [1] 吴光前，刘倩灵，周培国，等．固定化微生物技术净化黑臭水体和底泥技术[J].水处理技术，2015，34(6):26-29． [2] 涂玮灵，胡湛波，梁益聪，等．反硝化细菌修复城市黑臭河道底泥实验研究[J].环境工程，2008，33(10):5-9．
文章编号:1007-2284(2006)08-0030-05 底泥修复技术与资源化利用途径研究进展 宋崇渭1,王受泓2 (1.浙江省环境保护科学设计研究院,杭州 310007;2.深圳市水利规划设计院,广东深圳 518036) 摘 要:阐述了当今污染底泥修复技术方法,以及污染底泥资源化利用途径。目前主要有疏浚、掩蔽和引水等物理修复方法,化学修复和生物修复方法。物理修复效果明显,但投入大;生物修复投入低,修复面积大,但速度慢。底泥资源化利用途径有土地利用,填方材料,建筑材料,污水处理材料等。对各种修复技术和资源化利用途径进行了比较探讨,分析了各种技术方法的优点与不足。 关键词:底泥;修复技术;资源化 中图分类号:X703 文献标识码:A Advance in Research on Remediation Techniques and Resource Utilization of Polluted Sediment S ONG Chong-wei1,WANG Shou-hong2 (1.Zhejiang Design and Re search Institute of Envio nmental Science,H ang zho u310007,China; 2.Shenzhe n W ater Resources Planning&Desig n I nstitute,Shenzhen518036) A bsract:Remediatio n techniques and resource utiliza tion o f polluted sediment are discussed in this paper.T he remedia tion techniques include phy sical treatments,such as dredging,capping,w ater div ersio n,and bioremediation;chemical remediatio n and bioremedi-a tion.P hy sical treatments can obvio usly co ntrol co ntaminated sediment,but cost to o much,while bio remediatio n is just reve rsed. T he resource utilization of po lluted sediment is to use sediment as a resource,such as land reclamation,filling material,co nst ruction material and w aste w ater ma te rial and so on.A dvantages and disadvantag es of each remediation technique,and resour ce utilization appro aches are analy zed and compared. Key word:sediment;remediatio n technique;resource utiliza tion 水体底泥污染,是世界范围内的一个重要环境问题。污染物通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶与冲刷进入水体,最后沉积到底泥中并逐渐富集,使底泥受到严重污染,最后底泥变成污染物的汇集地。莱茵河流域、美国的大湖地区、荷兰的阿姆斯特丹港口、德国的汉堡港等,底泥污染均十分严重[1]。当外污染源得到控制以后,一旦河流湖泊库水体环境发生变化,沉积在底泥中的氮磷营养元素、重金属和难降解有机物会重新释放出来进入水体,影响上覆水体的水质,形成二次污染。从而底泥由“汇”变成污染物的“库”。此外,底泥是底栖生物的主要生活场所和食物来源,污染物质可直接或间接对底栖生物或上 收稿日期:2006-03-04 作者简介:宋崇渭(1982-),男,硕士。覆水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健康[2,3]。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[4]。在我国也已发现并证实水体底泥具有毒性,如乐安江在20～195km 的河段内沉积物均显示毒性[5]。同时,污染底泥氮、磷营养的释放与彻底解决河流湖泊库的水体富营养化密切相关[6,7]。 根据底泥本身的特性:底泥量很大,含水率较高,污染较严重,含有各种有益、有害成分等,如果把疏浚的底泥单纯堆放而不采取任何措施,一方面会占用大量土地,另一方面会由于雨水的冲刷又会产生二次污染,而且其中有益成分不能得到充分利用,又浪费了资源。所以,人们的眼光开始转向底泥资源化,这不仅可以解决底泥的出路问题,又可以变废为“宝”,产生一 30中国农村水利水电·2006年第8期