環境底泥修復—傳統及改良底泥原位覆蓋技術

最新 03-28

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傳統及改良底泥原位覆蓋技術

在場地修復實踐中，人們通常根據污染場地暴露成因及風險來制定相應的修複目標。底泥原位覆蓋技術常用於實現以下一種或多種修複目標，如：

通過穩定沉積物來防止再懸浮和污染物的遷移

通過隔離沉積物從而減少底泥間隙水中污染物的遷移釋放以及對水生生物的直接暴露

通過防止底棲生物和底棲魚類與底層污染沉積物的接觸來保護水生生物群落

設計要素

底泥原位覆蓋技術中，覆蓋層的修復效率通常取決於覆蓋層的厚度。一般情況下，覆蓋層越厚，對近表面的的孔隙水濃度以及穿過覆蓋層的污染物通量的控制效果越好。

此外，覆蓋層的施工也是一項重要的設計要素。覆蓋層的施工方式主要取決於覆蓋材料的物理性質，覆蓋位置，水體的流動特性，以及水體深度。一般情況下，會在水體擾動最小的區域，採用移動駁船表層撒布的施工方式，讓覆蓋材料通過重力作用自然沉降將底泥掩蔽。在其他情況下，亦可以採用機械設備傾倒的方式，或是水力噴射表層覆蓋法，即利用高壓水沖松泥沙形成泥漿，沖洗入水，使其自行沉降覆蓋。

對於活性炭這類沉降性能較差的材料而言，是需要進行預濕處理以去除材料內空氣來幫助減少其水中浮力的。在施工過程中，如果採用此類沉降性能較差的材料，或是遇到水體流速較快不利於施工的情況，可以考慮使用水下擴散器，蛤形或其他抓鬥將覆蓋材料帶入水下釋放，幫助其更好的完成覆蓋。另外，使用土工織物包裹AquaGate一類的複合材料或其他活性複合材料進行覆蓋，亦可以增加施工的可操作性。一般情況下，這種土工織物是通過機械設備或潛水員進行水下覆蓋的。這類包裹著活性覆蓋材料的土工織物，例如Reactive Core Mat材料，在通常情況下覆蓋材料容量較小，厚度也較薄。但如工程需要，也可以通過使用更厚的石龍材料以增大土工織物的覆蓋材料容量，例如：Marine Mattress材料便是使用了這一技術。另外，鉸接式砌塊或其他防護墊，均可用來放置或包裹覆蓋材料。

圖一：應用AquaGate複合材料進行原位覆蓋

圖二：應用Reactive Core Mat進行活性原位覆蓋

圖三：應用Marine mattress進行覆蓋層施工

現實中，許多情況會降低傳統覆蓋層的修復效果，以下列舉了一些情況。其中，當覆蓋材料中含有類似於沙子的惰性材料時，修復效果降低的尤為明顯。

當污染物不易被吸附，具有較高的遷移率時

當地下水的上升流或是潮泵效應造成間隙水內污染物遷移率的增加時

當污染物中存在易遷移的非水相液體時

當水體中一定速度的氣泡擴散造成大量污染物遷移時

當污染物中存在高濃度的有毒物質時

當上述情況存在時，傳統底泥原位覆蓋技術中是不可行的，此時，改良原位覆蓋技術可以更好的保護水體並且更少的影響水體本身。改良原位覆蓋技術使用會與覆蓋層或污染物反應的特殊材料，以改善污染物性質。這種使用其他材料以降低覆蓋層厚度或增強覆蓋層保護效果的方式，也經常被稱為「活性」原位覆蓋技術。

活性原位覆蓋技術已經相對成熟，通過吸附以控制污染物滲透性或阻礙污染物遷移的修復效果，也已被業內認可。許多材料都可以在活性原位修復技術中使用。以下羅列了一些相對重要的改良材料以及材料性質的相關信息。

活性炭：可以有效地吸附底泥中的有機物。由於活性炭材料的浮力接近於中性，在底泥污染區域上覆蓋活性炭的操作比較困難。而使用Reactive Core Mat，AquaGate 和SediMite可有效實現薄層覆蓋。其中AquaGate可應用於粉末活性炭的投放。

磷灰石：一種可用於吸附土壤和底泥中的金屬的天然礦物，可以通過動物骨頭和骨類化石（如魚骨）製成。磷灰石由不同形態的磷酸鈣和多種常見的陰離子組成，如氟離子，氯離子，氫氧根，有時也包括碳酸根。這類礦物通過離子交換（礦物中的鈣離子和底泥中的金屬離子）或形成鉛磷灰石沉澱（羥基磷灰石解離並沉澱底泥中的鉛離子）來捕獲底泥中的金屬離子。

親有機粘土：通過在粘土（如膨潤土）表面摻雜陽離子表面活性劑製成。在覆蓋層中使用這類粘土能形成一層疏水的，可吸附非極性有機物的吸附層。這種吸附層對非水相液體的控制非常有效。

低滲透性黏土：能有效地將地下水上升流導流至底泥污染區域之外，但在水下安裝相對困難。膨潤土防水毯，例如Bentonite CL, 是一種將膨潤土包裹在防護墊中的技術。這種防護墊可用作低滲透性覆蓋層，並且已經在一些底泥修復項目中得到了應用。目前市面上已經有能夠直接將粘土放置在水體中的產品。AquaBlok是其中一種有效的底泥覆蓋材料。這種材料是由聚合體中心（砂礫）與膨潤土和礦物聚合物外殼，構成的覆蓋材料。與底泥污染區域極少混合，滲透率約為10-9 cm/sec。

覆蓋層設計所需資料

設計所需資料可參考關鍵場地特性資料頁中的表格總結：

評估過程

底泥原位覆蓋的長期有效性評估必須考慮的因素包括地下水滲流，覆蓋層侵蝕，邊坡崩塌與深層生物擾動等。需要注意的是，覆蓋的有效性是根據該區域的平均污染物水平進行評估的。

一般來說，覆蓋層的短期效果並不顯著。在安裝覆蓋層時經由覆蓋材料產生的再懸浮底泥和濁度相對有限，並且可經由適當的覆蓋層放置技術控制。

覆蓋層安裝迅速容易，因此可立即形成乾淨的底泥表面。快速的成型過程是該技術的顯著優勢，因為比起自然衰減或疏浚，底泥原位覆蓋通常可以在更短的時間內達到減少風險的目的。然而，長期的成功取決於覆蓋層是否能夠持續控制污染物的遷移擴散。除了一些土質鬆軟，易懸浮的底泥，可能需要薄層澆築之外，覆蓋層施工幾乎不受場地條件影響。

底泥原位覆蓋技術的一個顯著優點是其成本效益。相較於底泥異位處理而言，原位覆蓋技術不需要考慮底泥處理與廢物處理的費用。

監測

為了使覆蓋層實現其預期目標，必須滿足以下準則：

覆蓋層必須正確放置，並由施工監測進行評估

覆蓋層必須保持在正確的位置以便持續達到修複目標，並評估長期覆蓋層的完整性（修復後監測）

覆蓋層必須通過化學和風險監測來實現長期績效目標（修復後有效性監測）

資料來源：ITRC&USEPA

編譯：UCEEF；CESPN

譯者：曾旭輝

譯者簡介：環境工程師，主要工作為北弗吉尼亞州地區市政給水/污水處理設計及項目管理。弗吉尼亞理工大學碩士畢業。