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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。
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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．
[3] 黄勤超. 利用睡莲、荷花对黑臭河道底泥中PAHs和重金属的修复研究[D].华东师范大学,2013.
[4]宗栋良, 张光明,硝酸钙在底泥修复中的作用机理及应用现状, 中国农村水利水电,2006 ,4,52-54
[5]贾陈蓉，吴春芸，梁威，等．污染底泥的原位钝化技术研究进展[J]．环境科学与技术，201 1，34(7)：118～122．
[6]Thefanis Z，Astrid S，Lidia G，et al. Contaminants in sediments：remobilization and demobilization[J].Science of the Total Environment，2001,266（1）：195-202.
[7]Ryu B-G，Park G-Y，Yang J-W，et al.Electrolyte conditioning for
electrokinetic remediation of As, Cu,and Pb-contaminated soil[J].Separation and Purification Technology,2011,79（2）：170-176.
论文作者:祝雅杰
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
标签：水体论文; 原位论文; 硝酸钙论文; 技术论文; 微生物论文; 污染物论文; 重金属论文; 《防护工程》2019年9期论文;