周 穎

水體內源污染控制技術

周 穎

（中交上海航道勘察設計研究院有限公司， 上海 200120）

內源污染是當今水環(huán)境治理亟待解決的重難點問題之一。目前，內源污染常用的控制技術包括底泥疏浚、原位覆蓋、引水沖污、化學修復、水生動植物修復、微生物菌劑以及多種技術聯(lián)用等。本文以物理修復、化學修復、生物修復3種技術為例，對比分析國內外常用治理內源污染的技術，討論了各類底泥修復技術措施的優(yōu)缺點及適用范圍。最后，分析了當下內源污染控制存在的問題并進行展望。

內源污染；修復；疏浚；微生物

外源污染物的輸入與富集是導致內源污染的直接因素，研究顯示底泥的成分多為黏土礦物、鐵錳氧化物、氫氧化物、有機物等，對污染物具有一定的吸附能力，底泥中富集了大量污染物后會向上覆水體釋放，導致內源污染[1]。內源污染主要表現(xiàn)為水體富營養(yǎng)化、水體黑臭等現(xiàn)象。

自1980年以來，我國富營養(yǎng)化湖泊面積增加了約60倍，許多湖泊已富營養(yǎng)化或正在富營養(yǎng)化 中[2]，導致我國成為全球湖泊富營養(yǎng)化最嚴重的國家之一[3]。據(jù)調查，我國東部及云貴高原138個大中型湖泊中約40%的湖泊嚴重富營養(yǎng)化[4]。目前，我國關于城市黑臭水體治理已經進入攻堅克難的階段，2019年全國生態(tài)環(huán)境保護工作會議提出，在國家地表水評價考核1 940個斷面中，按照《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）標準，劣V類斷面占6.7%，36個重點城市的1 009個黑臭水體被基本消除[5-6]。但與國務院2015年頒布《水污染防治行動計劃》中的要求，到2030年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除，仍存在較大差距。據(jù)調查，我國京津冀平原區(qū)近年來已有水體黑臭、濕地銳減，地表斷流等極端現(xiàn)象出現(xiàn)，生態(tài)缺水與水體黑臭問題疊加發(fā)生，水生態(tài)極端退化[7]。內源污染問題在其他國家也存在，如美國環(huán)保部門曾耗資近 8億美元，疏浚了威斯康辛州?？怂购?400萬m3的底 泥[8]。

內源污染導致很多惡性問題發(fā)生，如生態(tài)系統(tǒng)功能及生物多樣性退化、藻類過度繁殖、水體惡臭、水生動植物死亡、水質性缺水等[9-10]。目前，我國各級政府投入大量的人力物力對其進行治理，實施了系列治理措施及科研項目，在一定程度上控制了污染物的輸入，但整體效果仍不理想，這在很大程度上與基礎研究和認識不足有關[11]。本文搜集整理了相關文獻，闡述了水體富營養(yǎng)化成因及內源污染的控制措施，為富營養(yǎng)化控制提供指導思想。

1 物理修復

1.1 底泥疏浚

底泥疏浚的根本是清除內源污染的源頭，以盡量減少對水體和底泥-水界面層生態(tài)環(huán)境的擾動為原則，通過清除含有高濃度污染物（營養(yǎng)鹽、重金屬、難降解有機物）的表層受污染底泥，從而實現(xiàn)對內源污染的控制[12]，該技術在實際應用中取得一定成效，且被廣泛使用。如2002年巢湖工程區(qū)在清淤后，底泥中TN和TP濃度分別下降了26.3%和46.9%[13]。滇池草海經疏浚后，TN從8.91 mg·L-1下降到8.15 mg·L-1，TP從1.07 mg·L-1下降到0.96 mg·L-1，DO質量濃度從3.97 mg·L-1上升到 5.25 mg·L-1[14]。鐘繼承[15]等對太湖底泥進行小型疏浚試驗時發(fā)現(xiàn)，OM在疏浚深度為30 cm時明顯下降，在一年試驗期內疏浚柱中NH4+釋放通量總體上低于未疏浚柱。底泥疏浚有時亦會出現(xiàn)反面效應。由于底泥間隙水中存在大量污染物，其含量高于上覆水的幾倍之多[16]，由于疏浚過程會導致此部分污染物從底泥間隙水中釋放到上覆水體，導致水體中污染物含量增加。如1999年在對浙江寧波的月湖進行底泥疏浚一段時間后，其兒童公園附近水域中的TN在和TP由疏挖前的0.15 mg·L-1和3.7 mg·L-1變?yōu)?.375 mg·L-1和4.2 mg·L-1[17]。

底泥疏浚在內源污染控制上具有一定雙面性，如何在疏浚工程實施前精準確定疏浚范圍、深度極其關鍵。挖出的底泥污染物成分復雜，存在二次污染風險，因此應合理對挖出后的底泥做資源化無害化處置，并做好可行性分析和風險評估，必須有針對性的對可能出現(xiàn)的不良效應定制解決方案[18]。就大部分河道而言，其底泥中污染物含量隨著深度增加而降低，疏浚深度過小會使污染物的釋放強度變大，疏浚過深會增大疏浚成本，因此當柱狀樣本中某深度位置底泥的污染物濃度突然較小，則此點可作為疏浚深度的控制點[19]?，F(xiàn)如今，我國底泥常規(guī)的大型疏浚設備的垂直精度僅能控制在20 cm之內，無法滿足某些已富營養(yǎng)化的淺水湖泊的治理要求，如何確定疏浚方法以及重要疏浚參數(shù)也存在著誤區(qū)和關鍵技術支持的缺乏[20]。

1.2 引水沖污

引水沖污的主要目的是稀釋、沖刷、使水體“變活”，其核心是合理配置水資源。最早通過引水沖污來治理水體富營養(yǎng)化的國家是日本，他們在1964年從利根川和荒川引入清潔水對隅田川進行沖污，使其水質得到明顯改善，BOD等指標下降近一半，而我國引清治污始于20世紀80年代[21]。隨后國內一些河流湖泊相繼也開展這項工程，例如我國自1987年實施西湖引水工程，定期將錢塘江水引入西湖進行沖污，以此提高西湖水體交換率，當連續(xù)引水時TP濃度和COD值均呈下降趨勢[22]。

引水工程局限性在于引水水源的選取受限，水源的水量水質直接影響引水后水體的變化情況，且其水質需優(yōu)于被置換水體水質；若需要長距離引水，還須修建大量輸水設施和生態(tài)防護設施，導致成本較高；停止引水后，營養(yǎng)鹽水平可能會恢復到原值[23]。由此可見，單純的沖污措施控制也只是一項治表的應急措施，難以實現(xiàn)長期且徹底的治理目標。

1.3 底泥覆蓋

底泥覆蓋技術是在受污染底泥上放置一層或多層覆蓋物，隔離水體和底泥，以此阻止底泥中污染物向上覆水體釋放，主要選用的覆蓋物有未污染的底泥、砂礫、人造地基材料等[24]。首例原位覆蓋技術的應用者為美國（1978年），隨后其他幾個國家如日本（1983年）、挪威（1992年）以及加拿大（1995年）也相繼采取這種技術對河道進行原位修復[25]。BERG[26]等利用方解石作為覆蓋材料進行試驗，結果顯示方解石能夠控制底泥中約80%磷釋放通量，效果至少可達2~3個月。徐金蘭[27]等修復揚州段古運河富營養(yǎng)化水體運用了掛膜沸石覆蓋技術，實驗結束時底泥中氮的去除率達到52%。

原位覆蓋技術的缺點在于覆蓋材料的投鋪，會增加河道湖泊中底泥的厚度，使上覆水體深度變淺因此不宜用在淺水湖泊，而如何選擇清潔且無二次污染的覆蓋材料也極為關鍵。

2 化學修復

化學修復是利用化學試劑與污染物發(fā)生反應，使其從底泥中分離或抑制其釋放，常用藥劑包括硫酸鐵、三氯化鐵、硝酸鈣等[28]。1991年加拿大治理漢密爾頓港受污染底泥試驗研究中應用了化學鈍化技術，將Ca(NO3)2投入缺氧狀態(tài)的底泥中，197天內底泥中78%的油和68%的PAHs均被降解[29]。林建偉[30]等向水體中投加硝酸鈣后，底泥有機物在一定程度上有所降解，降解率和投加量呈負相關。TELANG[31]等研究表明，硝酸鹽可增強底泥中硫化物氧化及硝酸鹽還原的作用，可顯著抑制硫酸鹽還原菌生長繁殖，有效減弱底泥黑臭現(xiàn)象，但底泥注入的Ca(NO3)2濃度過高時，Ca(NO3)2向上覆水釋放的概率增大，導致水體富營養(yǎng)化的風險增大。

由于投加化學藥劑風險大、價格高、難操控、易污染，所以目前化學修復在內源治理中應用較少。因此，化學修復較適用于應急水處理，若是能選擇其他修復方法控制內源污染，則最大程度上不選擇化學修復法，以免給水環(huán)境及生態(tài)造成二次污染，使治理成本增加。

3 生態(tài)修復

3.1 水生動植物修復

生態(tài)修復的關鍵是削減湖泊水體和沉積物中的營養(yǎng)鹽、有機質及其他污染物的負荷，控制藻類生長的營養(yǎng)基礎從而限制其生長[32]，恢復水環(huán)境原有的生態(tài)環(huán)境及功能。主要技術包括水生動植物修復及微生物修復。

水生植物通過其發(fā)達的根系吸收水體中的氮、磷以合成自身所需的營養(yǎng)物質，并同時吸收富集重金屬的有機污染物，伴隨水生植物的打撈，便可將污染物帶出，從而凈化水體，目前研究和應用較多的植物有水葫蘆、浮萍、蘆葦、狐尾藻、金魚藻、睡蓮、美人蕉等[33]。金樹權[34]等研究了美人蕉、鳳眼蓮等10種水生植物對水質的凈化能力，發(fā)現(xiàn)這些植物對水中氮、磷的去除率范圍分別為36.3%~91.8%和23.2%~94%。李素娜[35]等利用千屈菜生態(tài)浮床修復凈化校園人工湖泊，6個月后使凈化前的Ⅳ類水體恢復到Ⅲ類水體。姬芬[36]等針對立體生態(tài)浮床的凈化效果進行研究，結果顯示1年后該浮床仍具備去除污染物的良好狀態(tài)，TN和NH4+-N的去除率分別可達94.2%和93.0%。

許銘宇[37]等分別研究了靜水條件下叉尾斗魚、鰱魚、食蚊魚、田螺4種水生動物凈化富營養(yǎng)化水體的效果。結果表明，這4種水生動物在富營養(yǎng)水體中存活率不同，且初期對水質存在明顯的凈化作用，但伴隨著水生動物的死亡，水體某些指標會增大，故須要及時打撈水生動物殘骸，防止其成為內源污染物。

3.2 微生物修復

微生物修復是通過投加高效能的微生物菌劑，加速污染物的降解轉化，同時對水環(huán)境中土著微生物有一定的促生和加強作用[38]。投加微生物菌劑分為兩類: 一是直接向受污染河道投加微生物菌劑或酶制劑；二是投加微生物促生劑，促進河道中土著微生物生長，以形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)[39]。陳建[40]等將微生物修復劑運用于城市景觀湖泊修復中，發(fā)現(xiàn)水體中藍藻減少量大于70%。李雪梅[41]等實驗發(fā)現(xiàn)，投加微生物修復劑后，水體中總氮和總磷含量下降，水體透明度變好。杜聰[42]等以主要菌種為乳酸菌、酵母菌、絲狀菌的微生物菌劑，將不同濃度的菌劑投加至水樣中，試驗結果表明，當菌劑投加量為0.05 g·L-1時可達到最佳凈化效果；當菌劑投加質量濃度超過2 mg·L-1范圍時，處理效果不佳，且由于大量微生物的投加而出現(xiàn)厭氧反應，使水質變差。

此外，微生物修復聯(lián)合其他技術也可有效控制內源污染。李雨平[43]等將CaO2與粉末生物炭原位覆蓋聯(lián)用，探究其對無錫市濱湖區(qū)某河道的凈化效果。研究表明，二者耦合可使底泥-水環(huán)境中的溶解氧顯著提高，上覆水體溶解氧平穩(wěn)保持在2 mg·L-1，抑制底泥中磷釋放，將有機磷礦化為穩(wěn)定態(tài)磷。徐熊鯤[44]等從成都某河道黑臭底泥中分離出一株土著微生物功能菌，其研究表明將土著微生物與曝氣聯(lián)用可顯著凈化上覆水體，修復受污染底泥，間歇曝氣協(xié)同土著微生物的效果與連續(xù)曝氣相近，且成本更低。

由此可見，投加微生物菌劑相對于其他方法而言，能有效增強水體的自凈能力，具有對環(huán)境無二次污染的特點，符合生態(tài)文明建設的理念，具有良好的發(fā)展前景，其關鍵在于有針對性地投加菌種及確定最佳投加量。

4 總結與展望

內源污染是亟待解決的水污染關鍵問題，只有從根源上杜絕污染物的遷移轉化，才能有效對水體進行治理。本文對內源污染的控制技術分別進行了舉例和闡述，結合工程實際案例來看，在切斷外源輸入后，針對內源污染控制必須制定針對性強的控污方案，將物理、化學和生物生態(tài)技術聯(lián)用，才能有效對受污染水域進行修復。

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Control of Endogenous Pollution in Water

（CCCC Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co., Ltd., Shanghai 200120, China）

Endogenous pollution is one of the most difficult problems to be solved urgently in today's water environment treatment. At present, the commonly used control technologies for endogenous pollution include sediment dredging, in-situ mulching, water diversion, chemical restoration, aquatic and phytoremediation,microbial agents, and a combination of multiple technologies. In this article, taking three techniques of physical remediation, chemical remediation and biological remediation as examples, the commonly used technologies for treating endogenous pollution at home and abroad were compared and analyzed, and the advantages and disadvantages of various types of sediment remediation techniques and their application scope were discussed. The problems of current endogenous pollution control were analyzed.

Endogenous pollution; Remediation; Dredging; Microorganism

2020-09-03

周穎（1987-），女，江蘇省南通市人，工程師，工程碩士，2018年畢業(yè)于東北石油大學建筑與土木工程專業(yè)，研究方向：污染物控制與生態(tài)修復。

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A

1004-0935（2020）09-1128-04