海洋技术研究 海洋沉积物修复技术进展及发展方向初探

水平除雾器海洋论坛▏海洋沉积物修复技术进展及发展方向初探
海洋沉积物是海洋底部堆积的不同性质和来源的生物或矿物的碎屑物质,面积约为3.5 亿km2,是地球上面积最大的覆盖层,构成了地球空间覆盖中最大的单一生态系统,在全球生物地球化学循环中占有重要地位,与人类社会生活也息息相关。本研究针对新出现的海洋沉积物污染问题进行了初步研究,并对其进展和发展方向进行探索,以期为该问题的预防和解决提供借鉴。
一、我国海洋沉积物及污染概况
近年来我国城市化、工业化快速发展,排入海洋中的污染物日益增多,对海洋生态系统造成了巨大的威胁。据统计,2015年我国典型海洋生态系统86%处于亚健康和不健康状态,近岸海域环境污染形势严峻。更为严重的是,由于海洋沉积作用,污染物最终在海洋沉积物中富集,使其成为地球上藏污纳垢的最终场所。如2011年6月,隶属于康菲公司的蓬莱19-3油田发生的两起重大溢油事故,不仅造成6200km2的海域海水污染,还致使1600km2沉积物污染,沉积物中石油类含量最大超标71倍,影响范围涉及辽宁、河北、天津、山东等多个省市。
海洋沉积物一旦遭受污染,将直接导致其生态环境的恶化,威胁海底生物的生存。此外,由于沉积物与底层海水之间的交换作用,还存在对海洋产生二次污染的潜在危险。沉积物能够累积各种有毒有害物质,由于其毒性以及在生物体内的累积作用,能够引起严重生态问题。近年来由于珠江口海域沉积物中铜的含量升高,中华白海豚死亡数量逐年增加,2006~2015年有记录的年均死亡数近14头,整体生存状况堪忧。
因此,在日益重视海洋生态环境问题的同时,不可忽视海洋沉积物所遭受或面临的污染。根据《中国海洋环境状况公报》,近年来我国管辖海域沉积物质量状况总体良好。但不可忽视的是,由于陆源污染物的大量排海,各入海排污口及临近海域的沉积物遭受到严重污染(如表1)。排污口沉积物质量不达标(排污口邻近海域沉积物质量不能满足
二、海洋沉积物污染修复方法
目前,沉积物修复技术尚在发展中,尤其是国内海洋沉积物污染治理尚无大规模、常态化工程案例。本研究总结归纳了淡水、海水沉积物及部分土壤修复的技术方法,并对其进行海洋适用性探讨,以期为海洋沉积物修复提供借鉴和思路。
沉积物修复按修复地点可分为原位修复和异位修复,按修复机理可分为物理修复、化学修复、生物修复等。本研究主要从修复机理方面概述沉积物修复技术方法。
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⒈ 物理修复
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物理修复通常采用工程技术,直接或间接消除沉积物中的污染物,一般包括覆盖修复、疏浚修复和底泥曝气修复等。
⑴覆盖修复
覆盖修复的原理是利用覆盖材料物理性地将污染的沉积物与上覆水体隔离,以阻止其再悬浮或迁移,减少沉积物中污染物的释放通量。传统意义上的覆盖修复大多使用无污染的中性材料,如沙子、淤泥、粘土或碎石片等,并己经在河道、近海、河口区域开展过大规模工程化应用,如日本Kihama湖(细沙覆盖)和Akanoi海湾(细沙覆盖)、美国Eagle海湾(沙性沉积物)、Denny海湾(沙性沉积物)
、塔科马港(沙性沉积物)、Sheboygan 河(含石块的沙层)、Manistique河(塑料衬垫)、Stlawren河(沙、砂砾、砾石)、Hamilton海港(沙子)、挪威Eitrheim 海湾(土工织物和篾筐)等在20世纪90年代都有采用覆盖法治理沉积物污染的工程实例。
而近年来新发展的利用活性炭或含活性炭的材料作为覆盖层,除了能够隔离污染物外,还能主动吸附污染物,更有效地防止污染物释放到水体中或被海底生物吸收。该技术将活性炭单独或与沙、土等材料混合,作为薄覆盖层覆盖在沉积物上方,修复对象基本集中在有机污染物
上。2011年,挪威特隆赫姆港通过现场试验研究不同覆盖层对PAH污染沉积物的吸附效果,发现“活性炭+黏土”作为覆盖层对PAH的吸收量达60%。
采用覆盖法修复海洋沉积物污染,尽管操作简单,可以进行大规模应用,但由于该方法对底栖生物活动干扰很大,且由于污染物依然存在于海洋系统中,因此该方法非长久之计。
⑵疏浚修复
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疏浚修复,或称挖泥修复,一般采用机械方法直接将污染源清除。国内海洋沉积物疏浚一般限于港池和航道疏浚,且主要目的是为了改善船舶通航条件,而河流、湖泊、水库等内陆水体底泥疏浚已有大规模的使用,如天津临港经济区为减轻渤海近岸污染,2015年投入2.19亿元启动大沽排污河综合整治
工程,包括河道底泥的疏浚清淤和异地深化处理等流程,至2016年6月,大沽排污河综合整治工程完成90%。
疏浚修复费用高,但能够通过转移快速减少污染物的含量,多用于沉积物遭受严重污染的情况,由于对沉积物中的生物落及其功能影响较大,一般需要联合其他修复技术才能达到修复目的。远距离遥控器
⑶底泥曝气修复
底泥曝气与常规水体曝气技术相似,通过向沉积物中人工增氧,控制沉积物中含N、P、H2S等污染物的释放。底泥曝气不仅能提高沉积物或底层水体中溶解氧的含量,还能形成由水体底部到表层的水流,将营养盐从底部带到中上部水体。目前,底泥曝气技术仅在河流沉积物修复
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