隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，城鎮(zhèn)規(guī)模和人口不斷增加，人類生產(chǎn)和生活污水排放量日益增大，進(jìn)入水體的污染物濃度超過(guò)水體自凈能力。好氧微生物通過(guò)新陳代謝作用消耗水體中氧氣，使水體處于缺氧或厭氧狀態(tài)，此時(shí)大量繁殖的厭氧微生物與有機(jī)物發(fā)生腐敗、分解和發(fā)酵等反應(yīng)，產(chǎn)生有機(jī)硫化物、氨氮和甲烷等14000多種致臭氣體。同時(shí)水體中鐵、錳等重金屬被還原，與硫離子結(jié)合形成FeS、MnS等黑色沉淀使水體變黑。另外，城市水體流動(dòng)性差，水動(dòng)力不足，導(dǎo)致水環(huán)境惡化，污染物積累，水體黑臭狀況加重。
根據(jù)黑臭程度不同，《城市黑臭水體整治工作指南》將城市黑臭水體分為“輕度黑臭”和“重度黑臭”兩級(jí)(表1)。
截至2016年12月，全國(guó)295個(gè)地級(jí)以上城市中，70%以上的城市存在黑臭水體，黑臭水體總認(rèn)定數(shù)已達(dá)2100個(gè)。黑臭水體的存在不僅給人們帶來(lái)了惡劣的感官刺激，也直接對(duì)人們的飲水、用水安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。
目前，治理城市黑臭水體主要包括物理治理技術(shù)、化學(xué)治理技術(shù)以及生物生態(tài)治理技術(shù)。黑臭水體治理雖然廣泛運(yùn)用3種治理技術(shù)，但各自都有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)運(yùn)用某種技術(shù)可能不會(huì)保證其長(zhǎng)久有效性。因此，多種技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用于黑臭河道的治理取得了較好的效果。其中，黑臭內(nèi)源治理是基礎(chǔ)措施。
一、內(nèi)源污染的形成及危害
外來(lái)污染物進(jìn)入水體后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的積累、沉淀和固化以及水體中死亡生物體的沉降，積于水底底泥，形成內(nèi)源污染源。底泥中含有大量的有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽，它們?cè)谝欢l件下會(huì)從底泥中釋放出來(lái)，對(duì)水體水質(zhì)造成二次污染，嚴(yán)重影響了城市水體環(huán)境，加大了水體黑臭程度。
二、內(nèi)源污染治理技術(shù)
目前，黑臭水體底泥的治理方法分為異位和原位兩大類技術(shù)。
2.1 異位治理技術(shù)
異位治理技術(shù)以底泥清淤最為典型。底泥清淤是去除底泥中有害物質(zhì)的最快速簡(jiǎn)便的方法。其原理是通過(guò)采取人工、機(jī)械的方法移除水體底部污泥，以削減累積在底部的氮、磷、有機(jī)物等污染物質(zhì)，從而增加河道水體容量和降低內(nèi)源污染，改善水體水質(zhì)。工程上，一般在當(dāng)?shù)啄嘀形廴疚餄舛瘸霰镜字?～5倍且潛在危害人類及水生生態(tài)系統(tǒng)的情況下，優(yōu)選進(jìn)行清淤異位治理技術(shù)。目前，底泥清淤包括3種方法：干水作業(yè)、帶水作業(yè)、環(huán)保清淤。不同清淤方式對(duì)水環(huán)境的影響不同。其中，環(huán)保清淤是帶水作業(yè)的一種特殊方式，主要清除水底表層20～40cm的淤泥層，在施工工程中注重保護(hù)物種和生物多樣性，且為后續(xù)生態(tài)修復(fù)工程創(chuàng)造較好的基底條件。根據(jù)污染源和底泥的厚度，可將河道底泥從上到下分為浮泥層、淤泥層和老土層。為保證河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性，底泥清淤通常是清除浮泥層和淤泥層的底泥，保留老土層底泥。
江蘇省滆湖北部區(qū)通過(guò)底泥疏浚后，與未疏浚區(qū)域相比，疏浚區(qū)TN、TP和有機(jī)質(zhì)的平均含量減少了51.4%、51.2%和72.0%，浮游植物密度和生物量分別減少了19.8%～28.1%和19.5%～50.2%。江蘇省太湖東部湖區(qū)通過(guò)底泥疏浚工程措施，表層沉積物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到有效去除，底泥重金屬含量及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。但對(duì)不同類型湖區(qū)而言，底泥疏浚對(duì)水質(zhì)和生物群落結(jié)構(gòu)的影響存在明顯差異。在實(shí)施環(huán)保疏浚后，江蘇蠡湖表層沉積物中有機(jī)質(zhì)、TN和TP含量分別下降了51.48%、2.52%和77.39%，為水生植物生態(tài)修復(fù)營(yíng)造了良好的生長(zhǎng)環(huán)境。
雖然底泥疏浚能快速轉(zhuǎn)移部分污染物，但存在一些不足。比如底泥清淤花費(fèi)巨大，滇池一期二期工程總計(jì)投資為4.275×108元。底泥清淤會(huì)對(duì)水底生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，具體表現(xiàn)為水生植物和底棲動(dòng)物種類、豐富度與生物量的減少等方面。同時(shí)，表層污染物在施工過(guò)程中通過(guò)擾動(dòng)擴(kuò)散作用對(duì)周邊水體產(chǎn)生不利影響，浙江省寧波市對(duì)月湖進(jìn)行底泥清淤一段時(shí)間后，兒童公園附近水域TN濃度上升150.0%，TP濃度上升13.5%。此外，被清淤的底泥具有量大、含水率高及污染物成分復(fù)雜等特點(diǎn)，容易給環(huán)境帶來(lái)二次污染。
2.2 原位治理技術(shù)
原位治理技術(shù)是指原位保留底泥，采取工程措施阻止或削弱底泥中污染物進(jìn)入上覆水體。與底泥清淤異位治理技術(shù)相比，其具有對(duì)底泥擾動(dòng)小、可避免底泥清淤過(guò)程中底泥再懸浮對(duì)水體的污染等特點(diǎn)。
2.2.1 底泥覆蓋
底泥覆蓋是通過(guò)在污染底泥上部鋪設(shè)一層或多層材料，隔斷底泥與上覆水，達(dá)到阻止或減弱底泥中污染物釋放的效果。常用的覆蓋材料包括天然材料(如細(xì)沙、紅土，方解石和石英砂等)及改性礦石。在工程上，一般采用表層傾倒和表層撒布等方式，將覆蓋材料鋪設(shè)在底泥上，但使用時(shí)需考慮一些條件：(1)水體的外污染源已經(jīng)得到控制。(2)底泥污染物具備低毒性和低遷移率時(shí)才能考慮此技術(shù)。(3)覆蓋材料現(xiàn)成易得。(4)水體流速較緩。(5)覆蓋后不會(huì)影響現(xiàn)今或?qū)?lái)的建設(shè)和水路使用。
利用河道中粗糙沙礫對(duì)華盛頓塔科馬航道中含PAHS、苯酚等有機(jī)物的底泥進(jìn)行原位覆蓋工程，10年的監(jiān)測(cè)表明未見(jiàn)污染物遷移。利用紅壤，原位覆蓋成都清水河黑臭底泥，抑制底泥中氮、磷污染物的釋放，發(fā)現(xiàn)60d后上覆水中TN、氨氮、TP和SRP的釋放抑制率分別為77%、63%、60%和65%。郭赟等對(duì)太湖流域梁塘河進(jìn)行底泥原位活性覆蓋實(shí)驗(yàn)室模擬研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)方解石+沸石組合覆蓋，底泥中TN和TP的平均釋放抑制率為60%，達(dá)到穩(wěn)定削減氮磷釋放量的目的。
底泥原位覆蓋能夠適用于多種污染底泥，具有環(huán)境潛在危害小等優(yōu)點(diǎn)，但存在一些不足和局限。一方面，覆蓋工程量大，投加覆蓋材料會(huì)減少水體庫(kù)容，改變湖底坡度。另一方面，底泥原位覆蓋并沒(méi)有將水體中的污染源清除，仍存在污染物釋放到水體的風(fēng)險(xiǎn)。
2.2.2 投加化學(xué)藥劑
投加的化學(xué)藥劑通過(guò)與沉積物中的污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、水解、絡(luò)合、聚合等反應(yīng)，降低底泥中污染物含量或轉(zhuǎn)化低毒甚至無(wú)毒形態(tài)。目前，常用的化學(xué)藥劑有鋁鹽、鐵鹽、生石灰、Ca(NO3)2、CaO2、H2O2和KMnO4等。其中，鋁鹽、鐵鹽、生石灰投入水體后，鋁離子、鐵離子和鈣離子3種金屬離子通過(guò)在底泥表面形成活性層，與底泥中的磷反應(yīng)形成沉淀，減少甚至抑制向水體擴(kuò)散的磷含量。Ca(NO3)2中的鈣離子能與底泥中的磷酸鹽反應(yīng)形成穩(wěn)定的鈣結(jié)合態(tài)磷，減弱了底泥中磷的釋放。張華俊等向黑臭水體中投放硝酸鈣，與空白組相比，有效降低了上覆水中TP的含量。CaO2的強(qiáng)氧化性能改變重金屬的形態(tài)，其強(qiáng)堿性能與重金屬發(fā)生化學(xué)沉淀，二者可共同降低沉積物中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。王熙等在試驗(yàn)中通過(guò)向黑臭水體投加CaO2，泥-水界面處的亞鐵離子含量降低了21.22%。同時(shí)，CaO2具有緩釋氧氣的功能，能強(qiáng)化底泥微生物新陳代謝的能力，促進(jìn)微生物對(duì)黑臭底泥的修復(fù)。H2O2和KMnO4可通過(guò)強(qiáng)氧化性提高底泥的氧化還原電位，減少硫化物的酸揮發(fā)性，有效改善底泥黑臭。
然而，投放化學(xué)藥劑會(huì)帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn)。首先，化學(xué)藥劑可能增加水體毒性。研究發(fā)現(xiàn)，向水體中投加鋁鹽后，當(dāng)水體中鋁濃度超過(guò)2μmol/L時(shí)，對(duì)魚(yú)類存在潛在毒性風(fēng)險(xiǎn)。其次，化學(xué)藥劑的投放可能造成污染物的異常釋放和穩(wěn)態(tài)變化，容易改變水體中的生物和生態(tài)環(huán)境。因此，投放化學(xué)藥劑一般用于應(yīng)急處理情況。
2.2.3 微生物修復(fù)
作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，微生物通過(guò)代謝等作用將水體中的污染物進(jìn)行削減。通過(guò)向黑臭水體底泥中投加治污高效菌，原位降解底泥中的有機(jī)污染物，重建嚴(yán)重受損的底端生物鏈，加速底泥的礦化進(jìn)程，底泥被分解轉(zhuǎn)換和傳遞，底泥中有機(jī)物含量減少，體積和厚度也隨之降低和減少。
微生物處理技術(shù)具有較好的處理效果、資金消耗較少、耗能較低以及后期運(yùn)行成本低廉等特點(diǎn)。另外，該技術(shù)無(wú)需向污染水體投放藥劑，無(wú)二次污染風(fēng)險(xiǎn)。然而，目前利用微生物菌劑對(duì)黑臭底泥的治理還處于實(shí)驗(yàn)室和中試水平。如吳光前等利用微生物制劑(主要成分：硝化細(xì)菌、桿菌、放線菌、真菌、絲狀菌)處理南京林業(yè)大學(xué)校內(nèi)紫湖溪黑臭河水中的厭氧底泥，結(jié)果顯示底泥厚度由0.1m減少為0.02m，底泥CODCr由26640mg/kg降至1843mg/kg。涂瑋靈等向南寧市朝陽(yáng)溪黑臭底泥中投加0.5g/m3的反硝化細(xì)菌制劑，6周后，底泥厚度得到有效降低，有機(jī)質(zhì)降解率和生物降解能力得到顯著提高。姚宸朕等采用固定化微生物技術(shù)(主要包括乳酸菌、酵母菌群、光合菌群、Gram陽(yáng)性桿菌群、硝化菌群)修復(fù)西安市某黑臭河道，3個(gè)月后黑臭底泥的厚度減少50%左右，底泥顏色從黑色變成土黃色，底泥的生化降解能力增強(qiáng)。因此，今后的工作應(yīng)加強(qiáng)工程水平的研究。
除直接投加微生物外，還可通過(guò)向底泥投加生物促生劑以刺激底泥中土著微生物的生長(zhǎng)繁殖，加快微生物對(duì)污染物的降解速率。定期通過(guò)向受污染底泥中注入生物促進(jìn)劑進(jìn)行修復(fù)，能夠使底泥中原有異養(yǎng)菌的數(shù)量由105個(gè)/g(以干泥計(jì))提高到106個(gè)/g(以干泥計(jì))，且反硫化細(xì)菌數(shù)量大大減少。
2.2.4 底泥曝氣
氧分子通過(guò)氣膜及液膜從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過(guò)程為曝氣過(guò)程。黑臭水體有機(jī)物含量比較高，污染嚴(yán)重，底泥處于缺氧或厭氧的狀態(tài)，一方面，通過(guò)曝氣可以加快底泥復(fù)氧速度，增強(qiáng)底泥自凈能力。另一方面，曝氣可增強(qiáng)水體中的氧化能力，促進(jìn)水體中發(fā)黑發(fā)臭物質(zhì)(H2S、FeS和NH3等)氧化為高價(jià)態(tài)物質(zhì)[Fe(OH)3和NO-3等物質(zhì)]，生成的沉淀物可在沉積物表面形成保護(hù)層，起到減弱上層底泥再懸浮和污染物擴(kuò)散釋放的作用
廣州郭村涌黑臭河道治理示范工程通過(guò)底泥曝氣有效氧化底泥中的硫化物，且運(yùn)行1月后對(duì)其去除率達(dá)到了86.3%～92.1%，臭味基本被消除。許寬等研究底泥曝氣對(duì)南京九鄉(xiāng)河黑臭底泥氮形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)在pH值=7的條件下，底泥曝氣對(duì)上覆水、間隙水和底泥中氨氮的去除率分別為94.31%、84.07%和68.29%。曝氣裝置安裝位置不同其處理效果存在不同，王美麗分別將曝氣頭放置于底泥下方5cm及15cm處進(jìn)行曝氣，發(fā)現(xiàn)深度越大底泥中溶解氧含量下降越慢，處理效果越好。
雖然大量試驗(yàn)表明底泥曝氣能有效改善黑臭水體污染情況，但鑒于曝氣耗能高、處理不徹底以及受設(shè)備限制等因素，在實(shí)踐中底泥曝氣很少得到應(yīng)用。
三、結(jié)論與展望
內(nèi)源污染作為城市黑臭水體的重要污染 >
(1)黑臭水體內(nèi)源治理應(yīng)結(jié)合水體污染現(xiàn)狀，依據(jù)不同治理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)制定具體方案，以較經(jīng)濟(jì)的方式達(dá)到最佳工程效果。
(2)對(duì)黑臭水體底泥進(jìn)行治理后，應(yīng)輔以水生植物(尤其是沉水植物)恢復(fù)措施，加強(qiáng)底泥環(huán)境的穩(wěn)定性。
(3)逐步建立相關(guān)條例，加大對(duì)城市水體生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管力度，確保水體生態(tài)的長(zhǎng)效性。( >
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