CN102372406B - 一种重金属污染底泥的异位修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染底泥的异位修复方法，属于环境和水利工程中底泥污染修复领域。其特征在于该方法主要由底泥疏挖和输送、修复区防渗与排水、底泥改良剂和微生物菌种投加、微生物和植物联合修复、废水处理与植物收割及焚烧处置单元组成；具体步骤是先进行修复区的选址和防渗处理，再采用工程方法把重金属污染底泥疏挖并输送到修复区，接着进行底泥的排水固结过程，然后投加底泥改良剂和微生物菌种与底泥充分混合并耕种植物，最后收割植物并将其焚烧后，把焚灰运送至危险废物填埋场填埋或是用于回收重金属元素。本发明适用于内河、湖泊、水库受重金属污染底泥的修复，具有操作简便、经济有效、环境友好等优点。

Description

一种重金属污染底泥的异位修复方法

技术领域

本发明属于环境和水利工程中底泥污染修复领域，特别涉及一种重金属污染底泥的异位修复方法。

背景技术

随着城市化进程的加快和经济的快速发展，大量工业废水和生活污水未经处理或是处理不达标就排入水体中，同时一些污染物通过大气沉降、雨水淋溶、洪水冲刷和农田退水等过程进入地表水体。由于重金属不易被生物降解而迅速迁移至悬浮物和底泥中并不断富集，由此导致河、湖等水体底泥的重金属污染问题凸显。污染底泥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、通过生物富集和食物链放大等过程影响陆地生物和人类健康、危害生态系统、形成二次污染。如日本由汞、镉污染引起的水俣病和骨痛病，多瑙河铜、铅事件，以及近期屡传不止的儿童铅严重超标、山东肖家店癌症村、重金属污染“菜篮子”等因重金属污染导致的公共卫生事件连连发生。因此，急需解决底泥中的重金属污染问题。

目前国内外对河流污染底泥的修复主要分为原位修复和异位修复。原位修复技术因受客观条件的限制未能被广泛应用于实际工程。异位修复需将底泥先挖出再进行后续处理，处理的方法主要包括物理修复、化学修复、生物修复。物理修复效果明显，但工程量大、投入大、疏浚污泥后续处理处置困难。化学修复方法存在化学药剂消耗量大、实际运作困难以及固化药剂的环境毒害作用等缺点。生物修复利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对底泥中的污染物进行转移、转化及降解，从而达到去除污染物的目的，具有处理效果好、工程费用少、运行成本低、无二次污染等优点。目前生物修复技术成功应用于废水处理和重金属污染土壤的修复，但是底泥特征与耕作土壤有较大差别，用于重金属污染底泥的修复技术的研究起步较晚也不成熟，因此很有必要进行开发。

生物修复包括微生物修复和植物修复。微生物修复是利用微生物改变重金属的氧化还原状态以及本身的新陈代谢作用转化、降解或是固定土壤中的重金属，从而达到降低重金属量和脱毒效果。用作生物修复菌种的微生物主要来自土著微生物、外来微生物和基因工程菌。植物修复技术利用绿色植物及其根际的微生物共同作用，以清除环境污染物的一种新技术。植物修复是通过植物体内降解、植物根系钝化、植物吸收富集、植物气化等作用实现污染物的去除。植物修复技术与传统的物理化学修复技术相比，具有费用省、无二次污染、能耗少、超富集效果好等优势。目前已发现的重金属超积累植物400多种，其中大都为单一的重金属超积累植物，一部分植物存在生长量少、生长周期长等问题。但是重金属污染底泥的污染物成分复杂，重金属元素种类多，寻找一种高效联合修复技术是解决重金属污染底泥的重要途径。

本发明针对重金属污染底泥量大、含水率高、污染物多、污染严重的特点，针对现有的重金属污染底泥处理技术能耗高、化学试剂改变环境毒害性、运行成本高以及不经济实用等问题，开发一种重金属污染底泥的异位联合修复方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的重金属污染底泥处理技术能耗高、化学试剂改变环境毒害性、运行成本高以及不经济实用等问题，为重金属污染底泥修复提供一种能耗少、成本低、无二次污染的联合修复方法。

本发明一种重金属污染底泥的异位修复方法，其特征在于该方法主要由底泥疏挖和输送、修复区防渗与排水、底泥改良剂和微生物菌种投加、微生物和植物联合修复、废水处理与植物收割及焚烧处置单元组成。本发明的重金属污染底泥的异位生物修复方法包括如下步骤：

（1）进行修复区的选址和防渗处理；

（2）采用工程方法把重金属污染底泥疏挖并输送到修复区；

（3）进行底泥的排水固结过程；

（4）投加底泥改良剂和微生物菌种与底泥充分混合并耕种植物；

（5）培育植物，待植物生长成熟后，收割植物并将其焚烧，且运送焚灰至危险废物填埋场或用于回收重金属元素。

所述的底泥改良剂主要由石灰、肥料、螯合剂和用于负载微生物的多孔介质组成，底泥改良剂可在底泥排水后或植物种植和底泥翻耕时施用，施用量为处理底泥量的0.1%-2%。

所述的用于重金属污染底泥修复的微生物主要是高效耐受性细菌，菌种来自土著微生物或是外来接种微生物或是基因工程菌种，可在底泥改良剂施加、植物种植或底泥翻耕后投加。

所述的种植植物应是对目标重金属污染物有特征吸收的一种或多种，可进行单作、间作、连种、轮作方式种植植物，直至底泥中的重金属含量低于限值要求，限值要求根据处理后底泥用于造地、农用等用途，按照国家出台的行业相关法律、法规执行。

所述的修复重金属污染底泥的修复区，选址应具有良好的地形地质、气候和施工条件，便于耕作和排水，并须防渗处理。

所述输送到修复区内的底泥通过排水固结5-20天实现脱水，余水处理达标后排放。

有益效果：

本发明的实质是基于环境科学和水利工程中重金属污染底泥处理的基本原理，根据河流疏浚底泥与土壤具有相似性也有其独特性，通过对疏浚底泥进行排水固结脱水后，施用底泥改良剂改善底泥的特性，在微生物的强化植物修复作用下，利用目标污染物重金属元素能够在特定植物体内降解、富集等性质，种植一种或多种植物，达到降低底泥中的重金属含量的目的。由于本发明开发的一种重金属污染底泥的异位修复方法在操作过程中无需其它运行设备，特征吸收植物和微生物菌种容易获得，不会对外界环境造成二次污染，在具有明显修复效果的同时可以美化环境。本发明适用于各类重金属污染的河流、湖泊底泥的治理。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

（1）投加底泥改良剂，改善污染疏浚底泥的理化性质，促进超富集植物生长，提高重金属的修复效果。

（2）不需要增加运行设备，能耗低，节约运行成本。用于取自河流疏浚底泥来种植植物，无需对底泥进行高温无害化等特别的处理，亦无需进行机械脱水，只需利用修复区的结构优势对其进行自然排水固结，由此大大降低能耗，节约运行成本。

（3）费用低廉、易操作、无二次污染。利用植物-微生物对重金属污染底泥的联合修复，植物容易获得，且在种植过程中无需其他设备投入；高效耐受性细菌可来自土著菌种、外源接种菌种和基因工程菌种。因此，此方法成本费用低廉，便于操作，而且因无其他药剂的投入，不会造成二次污染，是一种绿色环保的生物技术。

（4）经济有效、修复效果明显、环境友好。在微生物的降解、脱毒作用下，通过一种植物或多种植物的单作、间作、轮作、连种方式，处理某一种或是多种重金属元素。本发明开发的一种重金属污染底泥的异位修复方法有成熟的技术基础，植物超富集效果好；高效耐受性细菌的投加，一方面可降解重金属元素，另一方面可改善植物根系处理效果，构成高效复合型净化系统。同时，植物修复的另一个优势就是可以美化环境。

综上所述，本发明开发的一种重金属污染底泥的异位联合修复方法操作简便、经济有效、环境友好。它具有处理效果好，耗能少，工程造价和运行成本低等优点，还可以与绿化环境及景观改善结合起来，具有较大的生态环境效益。

附图说明

附图是一种重金属污染底泥的异位修复方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明开发的一种重金属污染底泥的异位修复方法。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对实施方案中的微生物种类、底泥改良剂配方、投加量及投加方式和植物修复重金属污染底泥的种类、种植方式的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。

我国中部地区某大型河流受重金属污染严重，底泥中含有多种重金属污染物，主要污染物有汞、铬、铅、砷、镍，危害严重，必须进行治理。现采用该发明方法对其实施修复。首先根据当地地形地质及气候条件，选定在修复河段附近一个地势低洼的荒地作为修复区域。该修复区具有了良好的耕作、排水和施工条件，面积约200亩，总容纳底泥量大于20万m³。但该修复区容易受降水和地下水渗流的影响，因此铺设土工布进行防渗处理。在修复区旁边修筑余水处理和渗滤液收集与处理站。采用耙吸式挖泥船对污染河流进行疏浚，将含水率超95%的重金属污染底泥吹填值修复区，经自由沉降后，排水固结20天（含水率60%），余水处理达标后排放。对排水后的底泥施用底泥改良剂。此时投加的底泥改良剂主要是石灰，施用量为处理底泥量的0.2%。两天后，对底泥翻耕后投加高效耐受性细菌-菌根菌、假单孢杆菌、EDTA、缓释肥和硅藻土。此后，在修复区播种，并进行幼苗移栽耕种。种植的植物种类主要有油菜、紫花苜蓿、遏蓝菜、东南景天、苎麻及周边的土著植物，在植物栽培管理过程中，合理使用缓释肥。待植物成熟后，收割植物地上部分。同时测定修复区泥土中的重金属含量，适当采用连种、轮作方式继续进行种植修复，直至重金属含量低于限值要求。由于修复后的土地用于林业用途，所以限制要求按照《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)的三级标准执行。收割后的植物采用焚烧处理，焚灰运送至危险废物填埋场填埋。修复区排放的渗滤液主要含有有机物和重金属污染物，用化学沉淀法处理后回用于修复区的植物耕种。

Claims (5)

1.一种重金属污染底泥的异位修复方法，其特征在于该方法主要由重金属污染底泥的疏挖和输送、底泥修复区防渗与排水、底泥改良剂和微生物菌种投加、微生物和植物联合修复、废水处理与植物收割及焚烧处置单元组成；底泥改良剂主要由石灰、肥料、螯合剂和用于负载微生物的多孔介质组成；具体步骤是：1）底泥修复区选址和防渗处理，2）采用工程方法把重金属污染底泥疏挖并输送到底泥修复区，3）重金属污染底泥排水固结，4）投加底泥改良剂和微生物菌种，与重金属污染底泥充分混合并耕种植物，5）收割植物并将其焚烧，6）回收处理含重金属物质的焚灰或运送至危险废物填埋场进行处置。

2.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的异位修复方法，其特征在于底泥改良剂在重金属污染底泥排水后或植物种植和底泥翻耕时施用，施用量为处理重金属污染底泥量的0.1%-2%。

3.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的异位修复方法，其特征在于对重金属污染底泥修复时微生物菌种在底泥改良剂施加、植物种植或重金属污染底泥翻耕后投加。

4.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的异位修复方法，其特征在于底泥修复区选址应具有良好的地形地质、气候和施工条件，并须防渗处理。

5.根据权利要求1-4所述的重金属污染底泥的异位修复方法，其特征在于对重金属污染底泥修复时输送至底泥修复区内的重金属污染底泥需经过脱水处理才能进行修复处理，通过排水固结5-20天实现脱水，余水处理达标后排放。