薄濤，季民

天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350

內(nèi)源污染控制技術(shù)研究進(jìn)展

薄濤，季民*

天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350

內(nèi)源污染已成為水體污染的重要來源，嚴(yán)重時(shí)可引起水體黑臭，甚至威脅人類健康。外源污染是內(nèi)源污染的重要來源。近年來環(huán)保工作者在重視外源污染控制的同時(shí)，通過科學(xué)、系統(tǒng)的研究和實(shí)踐提出了多項(xiàng)行之有效的物理、化學(xué)和生物技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)源污染的控制。文章對(duì)內(nèi)源污染定義、污染物種類及危害、污染現(xiàn)狀、各控制技術(shù)定義及優(yōu)缺點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)提出未來各技術(shù)可能的研究方向。主要結(jié)論如下：（1）底泥疏挖能有效移除污染底泥，但存在引發(fā)二次污染和破壞底泥生境的風(fēng)險(xiǎn)；（2）底泥覆蓋能減少污染物向水體擴(kuò)散，但存在不能移除污染物和隨時(shí)間推移覆蓋層遭破壞等問題；（3）化學(xué)修復(fù)能有效去除污染物，但化學(xué)藥品可引起二次污染和其他污染物異常釋放，其更適用于應(yīng)急處理；（4）生物修復(fù)具有費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、有效時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但受動(dòng)植物耐受性影響，動(dòng)物修復(fù)和植物修復(fù)在重污染環(huán)境適用性較差。相較于物理和化學(xué)修復(fù)，生物修復(fù)是較有潛力的內(nèi)源污染控制方式。最后，依據(jù)未來發(fā)展的需要，提出以生物修復(fù)技術(shù)為基礎(chǔ)，大力發(fā)展底泥生態(tài)修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)底泥自我凈化，減少人為干預(yù)的內(nèi)源污染控制觀點(diǎn)。

內(nèi)源污染；物理修復(fù)；化學(xué)修復(fù)；生物修復(fù)

1 內(nèi)源污染及其危害

內(nèi)源污染是指底泥中的污染物向外釋放造成水體污染及底泥污染導(dǎo)致的底棲生態(tài)系統(tǒng)破壞的現(xiàn)象。其形成與外源污染過量輸入、河道內(nèi)生物代謝及遺體、大氣沉降、降水等有關(guān)（許士國(guó)等，2015）。內(nèi)源污染物釋放受水溫、pH、溶解氧濃度、氧化還原電位、水體擾動(dòng)、污染物形態(tài)及理化性質(zhì)、底泥結(jié)構(gòu)、微生物活動(dòng)等多因素影響（陳文松等，2007），對(duì)其控制相對(duì)較為困難。通常內(nèi)源污染物可分為氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬和難降解有機(jī)物三類。

氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽除部分被水生生物吸收和利用外，大部分儲(chǔ)存于底泥中，并與水體氮磷保持動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)水體中氮磷濃度下降且環(huán)境條件適宜時(shí)，底泥中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)向水體釋放（Moore et al.，1994），引起水體富營(yíng)養(yǎng)化（王庭健等，1994）。另外，水體中過高濃度的氨氮還會(huì)在硝化細(xì)菌的作用下大量消耗水體中的溶解氧，導(dǎo)致魚類和其他水生生物因缺氧而死亡，最終破壞水體生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，厭氧狀態(tài)還可觸發(fā)或加速底泥中氮磷的釋放（張麗萍等，2003），使水體中的氮磷進(jìn)一步增加，加重富營(yíng)養(yǎng)程度，增大水華爆發(fā)機(jī)會(huì)。水華一旦爆發(fā)會(huì)繼續(xù)加劇水體厭氧狀態(tài)，最終形成惡性循環(huán)。而大量藻類將分泌數(shù)量可觀的藻毒素，微囊藻毒素是目前已知的毒性最強(qiáng)、急性危害最大的一種淡水藍(lán)藻毒素（Fromme et al.，2000）。過高濃度的微囊藻毒素可引發(fā)魚卵變形、蚤類死亡、魚類行為和生長(zhǎng)異常等現(xiàn)象（Lindholm et al.，1999）。微囊藻毒素還可以通過飲水或食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體健康造成危害。巴西某透析中心使用受微囊藻毒素污染水源為126名病人進(jìn)行透析，結(jié)果病人出現(xiàn)急性神經(jīng)中毒和亞急性肝中毒特征和癥候群，最終造成60名病人死亡（Pouria et al.，1998）。

重金屬是一類不被微生物降解、不易消除的累積性污染物，在適宜條件下可向水生生物、水體等遷移。多數(shù)重金屬能抑制生物酶活性，破壞正常生化反應(yīng)。有些重金屬還能直接作用于神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)和身體各臟器，表現(xiàn)出急慢性中毒，嚴(yán)重時(shí)可危及生命（常學(xué)秀等，2000）。即使水體中重金屬濃度相對(duì)較低，也可在藻類和底泥中積累以及被魚和貝的體表吸附，并通過食物鏈濃縮，被人類誤食而造成公害（Sekhar et al.，2004）。日本的水俁病就是由于企業(yè)向河道排放含汞廢水，經(jīng)生物作用形成有機(jī)汞后引起的公共安全事故。另外有試驗(yàn)證明，當(dāng)鎘質(zhì)量濃度為1.0 mg·L-1時(shí)可使柵藻中毒，表現(xiàn)為細(xì)胞質(zhì)萎縮，葉綠體損傷；重金屬對(duì)水生動(dòng)物也有很強(qiáng)的毒害作用，短暫暴露于高濃度重金屬溶液中的魚類會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，使魚體的免疫能力降低；重金屬銅、鋅、錳的積累對(duì)魚類的性別、體長(zhǎng)也存在一定的影響（李戰(zhàn)等，2010）。

難降解有機(jī)物，如多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）、多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）、有機(jī)氯農(nóng)藥和有機(jī)染料，在自然界中存在時(shí)間長(zhǎng)，易在生物體內(nèi)富集滯留，導(dǎo)致人類和動(dòng)物癌變、畸變、突變及雌性化（Younes，1999）。美國(guó)五大湖鮭魚甲狀腺癌變?cè)黾?、佛羅里達(dá)州鱷魚和密歇根湖燕鷗孵化率下降都被懷疑與PAHs、PCBs以及有機(jī)氯農(nóng)藥等有機(jī)物質(zhì)有關(guān)（陳華林，2003）。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室模擬研究表明受多環(huán)芳烴污染的底泥可明顯減少魚類對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)（Gregg et al.，1997）。而長(zhǎng)期生活在受難降解有機(jī)物污染底泥條件下的成年魚類的基因毒性生物標(biāo)記物也會(huì)明顯增多，這可能與成年魚類將其所積累的有機(jī)污染物傳遞給了魚卵有關(guān)（Sundberg et al.，2007）。

目前，國(guó)內(nèi)外內(nèi)源污染已經(jīng)非常嚴(yán)重。云南滇池中80%的氮和90%的磷分布在底泥中（張麗萍等，2003）；瑞典Erken湖夏季有99%的營(yíng)養(yǎng)物來自于底泥（Xie et al.，2002）；滇池底泥中重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)（Li et al.，2007）。美國(guó)在1998年的一項(xiàng)調(diào)查中還指出，全國(guó)已發(fā)生的2100起魚類消費(fèi)安全問題均與污染底泥存在直接關(guān)系（許煉烽等，2014）。如此嚴(yán)重的內(nèi)源污染終將威脅人類健康，對(duì)內(nèi)源污染的控制已經(jīng)勢(shì)在必行。本文對(duì)目前常用的內(nèi)源污染控制技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析和介紹，提出未來內(nèi)源污染控制可能的研究方向，為內(nèi)源污染治理提供一定的參考。

2 內(nèi)源污染控制技術(shù)

20世紀(jì)70年代前，環(huán)保工作者們并未對(duì)沉積物產(chǎn)生足夠重視，沉積物更多地被認(rèn)為是水體污染物的匯。1975年在阿姆斯特丹召開的關(guān)于沉積物-水界面相互作用的研討會(huì)引起了科學(xué)界對(duì)沉積物內(nèi)源污染和沉積物-水界面物理化學(xué)和生物過程的關(guān)注，由此內(nèi)源污染的治理工作才逐步開展。目前，內(nèi)源污染治理技術(shù)可分為三大類，即物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。

2.1 物理修復(fù)

2.1.1 底泥疏挖

底泥疏挖是通過挖除表層含有高濃度氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬和難降解有機(jī)物的污染底泥，從而去除底泥污染的修復(fù)手段（Zhong et al.，2008）。當(dāng)?shù)啄嘀形廴疚锏臐舛雀叱霰镜字?～5倍時(shí)被認(rèn)為其對(duì)人類及水生生態(tài)系統(tǒng)存在潛在危害，可考慮進(jìn)行疏挖（Pedersen et al.，1998）。

底泥疏挖是目前最常用的內(nèi)源污染控制技術(shù)，與水利疏挖相比，最大特點(diǎn)是底泥疏挖屬生態(tài)環(huán)保工程，要綜合考慮環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。底泥疏挖有如下特點(diǎn)（顏昌宙等，2004）：（1）盡可能保留原有生態(tài)特征，為疏挖區(qū)的生態(tài)重建創(chuàng)造條件，充分保護(hù)生物多樣性；（2）去除湖泊底泥中所含的污染物，減少底泥中高濃度污染物向水體的釋放；（3）疏挖泥層厚度一般小于1 m，按清除內(nèi)源性污染、控制大型水生植物的生長(zhǎng)以及有利于生態(tài)恢復(fù)的要求確定疏挖深度，并將疏挖精度控制在5～10 cm；（4）采用專業(yè)環(huán)保疏挖設(shè)備進(jìn)行施工，嚴(yán)格監(jiān)控施工進(jìn)程，避免因疏浚擾動(dòng)造成污染物擴(kuò)散及顆粒物再懸浮，防止二次污染出現(xiàn)；（5）根據(jù)底泥和水污染性質(zhì)和程度不同對(duì)底泥進(jìn)行特殊處理，避免疏挖污染物對(duì)其他環(huán)境造成污染。在底泥疏浚工程得到詳盡技術(shù)論證，并按底泥疏挖的要求施工，底泥疏挖可帶來很高效益（李正最等，2003）：（1）清除內(nèi)污染源，改善水體質(zhì)量，降低水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；（2）促進(jìn)水生及河岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)；（3）增加水深和蓄水量，提高水環(huán)境承載能力，增強(qiáng)污染物的擴(kuò)散與水體自凈能力；（4）給疏挖區(qū)的景觀恢復(fù)和生態(tài)旅游開發(fā)提供環(huán)境支持。

瑞典的Trummen湖在疏挖表層1 m厚的底泥后水體總磷濃度迅速下降（Harrison et al.，1993）。美國(guó)馬薩諸塞州的New Bedfold港通過疏挖有效抑制了底泥中PAHs和重金屬的釋放（Latimer et al.，2003）。昆明滇池草海在實(shí)施底泥疏挖工程后，水體中的TN、CODCr、BOD5、葉綠素a和TP比疏挖前分別下降了36.4%、37.8%、40.5%、62.5%和64.7%，隨底泥去除的TN約20000 t、TP約1700 t、重金屬約5000 t，水體透明度由小于0.37 m提高到0.8 m（柳惠青，2000）。巢湖在實(shí)施底泥疏挖工程后水體主要污染指標(biāo)TN、TP、高猛酸鹽指數(shù)、葉綠素a、氨氮和硝酸鹽濃度較清淤前均有所下降（董海燕，2009），對(duì)改善巢湖水質(zhì)起到了重要作用。

若疏挖過程中采取的疏挖方案或技術(shù)措施不當(dāng)，將會(huì)給疏挖區(qū)帶來不利影響（賈海峰等，2006；鐘繼承等，2010）：（1）底泥間隙水中的污染物隨疏挖釋放進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體污染加??；（2）影響水體中原有生態(tài)系統(tǒng)，破壞底棲生物的生存環(huán)境，降低微生物多樣性，改變微生物種群結(jié)構(gòu)；（3）疏挖底泥若未得到妥善處理，底泥中的污染物有可能二次進(jìn)入環(huán)境。浙江省寧波市于1999年對(duì)月湖進(jìn)行底泥疏挖，疏挖一段時(shí)間后水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度增加，兒童公園附近水域在疏挖前TN和TP質(zhì)量濃度分別為0.150 mg·L-1和3.700 mg·L-1，疏挖后分別達(dá)到0.375 mg·L-1和4.200 mg·L-1，分別上升150.0%和13.5%；二中附近水域TN和TP質(zhì)量濃度則從疏挖前的0.088 mg·L-1和3.100 mg·L-1分別上升到0.300 mg·L-1和3.220 mg·L-1，分別上升了240.9%和3.9%（陸子川，2001）。此外，疏挖過高的成本限制了其大規(guī)模應(yīng)用。美國(guó)疏挖底泥深度分別為0.6 m和1.5 m時(shí)，其成本預(yù)計(jì)分別可以達(dá)到6～20 dollars·m-3和4～13 dollars·m-3（孫傅等，2003）。從中國(guó)“三湖”底泥疏挖的規(guī)模和投資可估算出施工成本為30～60 yuan·m-3（國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2000）。底泥的進(jìn)一步處理則會(huì)使成本更高，如疏挖美國(guó)Hamilton灣全部污染點(diǎn)需2000萬美元，如需底泥后續(xù)處置則總費(fèi)用高達(dá)40億美元（Murphy et al.，1995）。底泥疏挖是一項(xiàng)具有雙面作用的內(nèi)源污染控制技術(shù)，在實(shí)施前確定正確的疏挖范圍、深度和方式，并做好可行性分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。疏挖后對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，必要時(shí)應(yīng)針對(duì)可能出現(xiàn)的不良后果制定處理預(yù)案。疏挖底泥也必須做到合理處置，避免二次污染?？傮w而言，底泥疏挖是一種將內(nèi)源污染物移除的有效方法，可從根本上解決底泥對(duì)水體的污染作用。

2.1.2 底泥覆蓋

底泥覆蓋主要是通過在污染底泥上構(gòu)建一層或多層覆蓋物，實(shí)現(xiàn)水體和污染底泥的物理隔離，并利用覆蓋材料和污染物之間的吸附和降解等作用以減少底泥中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬和難降解有機(jī)物等污染物向水體遷移（Azcue et al.，1998；Detenbeck et al.，1991；Theofanis et al.，2001）。常用的覆蓋材料包括天然材料（如清潔的沉積物、土壤、沙子、砂礫）、改性粘土（如有機(jī)改性膨潤(rùn)土、有機(jī)改性沸石、有機(jī)改性高嶺土）和活性覆蓋材料（如零價(jià)鐵、磷灰石、方解石）等（Huang et al.，2011；陳國(guó)元等，2011；張衛(wèi)等，2012；周瑩等，2011）。一般工程上通過機(jī)械設(shè)備表層傾倒、移動(dòng)駁船表層撒布、水力噴射表層覆蓋和駁船管道水下覆蓋等方式將覆蓋物放置到底泥上形成覆蓋層（Palermo，1998）。

美國(guó)在1978年首先運(yùn)用原位覆蓋技術(shù)對(duì)底泥進(jìn)行處理，隨后日本、挪威和加拿大都采用這一技術(shù)實(shí)施底泥污染控制（敖靜，2004）。1988年在華盛頓塔科馬St. Paul航道用取自Puyallup河的粗糙沙礫對(duì)含PAHs、苯酚等有機(jī)物的底泥實(shí)施原位覆蓋工程，覆蓋厚度為0.6～3.6 m。監(jiān)測(cè)表明，10年后未見污染物遷移，且覆蓋厚度平均大于1.5 m（黃建軍，2009）。另外，華盛頓Eagle港、哈密爾頓海港、安大略湖、日本Kihama Inner湖、威斯康星Sheboygan河、挪威Eitrheim海灣、紐約Stlawrence河等地也成功地運(yùn)用該方法進(jìn)行了污染底泥控制（Palermo，1998）。國(guó)內(nèi)薛傳東等（2003）選取添加了適量粉煤灰和石灰粉的天然紅土為覆蓋物對(duì)滇池富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行原位修復(fù)，結(jié)果表明紅土是有效的底泥覆蓋材料，添加粉煤灰和石灰粉有助于消減底泥中氮磷的釋放，對(duì)降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度具有良好效果。

覆蓋具有對(duì)有機(jī)污染物和無機(jī)污染物處理均適合、環(huán)境潛在危害小等優(yōu)點(diǎn)，但覆蓋工程量大、需大量清潔泥沙、增加底泥厚度、減小庫(kù)容等問題（唐艷等，2007），因此該技術(shù)不適用于淺水水域如河道、湖泊和港口等，較適用于深海底泥修復(fù)。另外，覆蓋技術(shù)并未將污染源從水體中移除，在覆蓋層遭到破壞時(shí)仍存在污染物釋放到水體的風(fēng)險(xiǎn)。即使覆蓋材料能夠吸附污染物，在條件合適時(shí)也有發(fā)生脫吸附的可能。因此，單獨(dú)使用覆蓋技術(shù)是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的。但覆蓋技術(shù)可與底泥疏挖聯(lián)合使用，即在疏挖后對(duì)河床進(jìn)行覆蓋，以求進(jìn)一步降低污染物向水體釋放的可能。但如果污染源不及時(shí)去除，會(huì)在覆蓋層重新形成內(nèi)源污染，從這方面看覆蓋技術(shù)不是控制內(nèi)源污染的長(zhǎng)久之計(jì)。

2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)的原理是化學(xué)試劑與污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、水解、絡(luò)合、聚合等反應(yīng)，使污染物從底泥中分離、轉(zhuǎn)化成低毒或無毒形態(tài)（Sun，2003）。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（李晶等，2008）。將鋁鹽、鐵鹽、生石灰投入水體會(huì)在沉積物表面形成活性層，其可與沉積物中的磷形成沉淀，阻止磷向水體擴(kuò)散（Murphy et al.，1999）。Ca(NO3)2則對(duì)提高磷、硫化物、油和PAHs的去除有很大幫助（Murphy et al.，1995）。其作用機(jī)理主要有三方面：（1）硝酸根可將Fe2+氧化為Fe3+，使鐵結(jié)合態(tài)磷更加穩(wěn)定，同時(shí)鈣離子也能與磷酸鹽結(jié)合成穩(wěn)定的鈣結(jié)合態(tài)磷，有效抑制底泥中磷的釋放；（2）促進(jìn)脫氮細(xì)菌的反硝化作用，降解有機(jī)物；（3）硝酸根的氧化作用能夠有效改善水體黑臭現(xiàn)象。而CaO2作為氧氣緩釋劑在去除底泥有機(jī)碳和有機(jī)氮、控制河道底泥臭味及氮磷釋放等方面都具有明顯效果（Hanh et al.，2005；王熙等，2012）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)CaO2會(huì)使底泥中的細(xì)小顆粒凝聚形成大顆粒，使污染物不易被其吸附而以游離形式存在，便于去除（吳華財(cái)，2012）。強(qiáng)氧化劑H2O2和KMnO4能提高底泥的氧化還原電位，控制酸揮發(fā)性硫化物的含量，有效改善底泥黑臭（孫遠(yuǎn)軍，2009）。零價(jià)鐵作為還原劑可將某些大分子有機(jī)物還原成生物可利用的小分子有機(jī)物，也可對(duì)難降解有機(jī)物進(jìn)行脫氯和脫硝作用以提高其生物可利用性，還可還原某些重金屬離子以降低其毒性（Liu et al.，2006）。同時(shí)，零價(jià)鐵腐蝕時(shí)釋放的Fe2+和Fe3+可與硫化物形成沉淀抑制硫化氫的產(chǎn)生（Chen et al.，2001）。金屬螯合劑則可與底泥中的重金屬離子結(jié)合，形成穩(wěn)定的螯合物以修復(fù)受重金屬污染的底泥，降低重金屬對(duì)環(huán)境的危害（方盛榮等，2011）。近年來，曝氣充氧技術(shù)也開始被應(yīng)用在內(nèi)源污染控制上。有研究表明曝氣充氧能明顯控制底泥中氮磷的釋放（林建偉等，2005；凌芬等，2013；袁文權(quán)等，2004）。此外，，氧氣可以改善底泥的厭氧環(huán)境，提高好氧微生物數(shù)量和活性，加速氮磷和有機(jī)物的去除。

化學(xué)修復(fù)雖然能耗較低、投資較少，但也存在問題。首先，化學(xué)藥劑存在增加水體毒性的可能。如在低或中等堿度（＜30～50 mg·L-1以CaCO3計(jì)）的湖泊中投加少量鋁鹽，水體pH值會(huì)明顯下降，使鋁鹽以毒性較強(qiáng)的Al(OH)2+和Al3+形式存在（Smeltzer，1990）。其次，化學(xué)藥劑可能會(huì)引起污染物的異常釋放和穩(wěn)態(tài)改變。如投加Ca(NO3)2會(huì)引起氨氮、重金屬等的異常釋放（Liu et al.，2015；Yamada et al.，2012）；氧化劑在提高底泥氧化還原電位的同時(shí)可使底泥中的重金屬由穩(wěn)定結(jié)合態(tài)向不穩(wěn)定結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化（Kelderman et al.，2007）。除曝氣充氧技術(shù)外，總體而言，化學(xué)修復(fù)可能更適用于應(yīng)急處理。在可選用其他技術(shù)對(duì)內(nèi)源污染進(jìn)行控制時(shí)，盡量不使用化學(xué)修復(fù)，以免給水體造成二次污染，增加水體治理成本。

2.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)技術(shù)可以概括為利用植物、動(dòng)物和微生物中的一類或幾類對(duì)水體中的污染物進(jìn)行吸附、降解、轉(zhuǎn)化，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境凈化和生態(tài)修復(fù)目的的技術(shù)（谷勇峰等，2013）。植物、微生物和水生動(dòng)物在水體生物修復(fù)中扮演著不同的角色，各自為水體的凈化起著不可或缺的作用。

2.3.1 植物修復(fù)

植物修復(fù)是以植物能耐受和積累的一種或幾種化學(xué)元素為前提，利用植物吸收、降解、固定等作用，有效去除水中有機(jī)和無機(jī)污染物，達(dá)到凈化底泥目的的修復(fù)技術(shù)（周曉惠等，2011）。例如在污染河道中種植對(duì)重金屬具有較強(qiáng)耐受和富集能力的植物，可通過根部吸收將重金屬儲(chǔ)藏在植物中，通過收割植物可將重金屬污染物從底泥中去除（Moffat，1995）。華常春等（2010）在利用水葫蘆Eichhornia crassipes研究重金屬去除時(shí)發(fā)現(xiàn)，24 h內(nèi)每1千克水葫蘆能從污泥中除去鉻0.76 mg、鉛0.176 mg、汞0.150 mg、銀0.65 mg、鈷0.57 mg、鍶0.54 mg。為同時(shí)去除3種不同的污染物，一般會(huì)同時(shí)利用多種植物對(duì)底泥進(jìn)行處理。董悅等（2013）利用伊樂藻Elodea nuttallii、狐尾藻Myriophyllum verticillatum、輪葉黑藻Hydrilla varticillata和苦草Vallisneria natans等5種不同沉水植物對(duì)上海世博區(qū)后灘濕地底泥進(jìn)行生態(tài)修復(fù)后發(fā)現(xiàn)有機(jī)指數(shù)從Ⅳ級(jí)（有機(jī)污染）降至Ⅱ級(jí)（較清潔），氮磷含量也明顯降低。用于底泥修復(fù)的植物還有很多，這里不再一一列舉。除直接在河道內(nèi)種植植物外，目前常用的生態(tài)浮床其實(shí)質(zhì)也是植物修復(fù)，其原理不再贅述。

與傳統(tǒng)物化技術(shù)相比，植物修復(fù)建造和運(yùn)行成本相對(duì)較低，運(yùn)行維護(hù)技術(shù)也相對(duì)簡(jiǎn)單。停水植物根部還能為一些水生動(dòng)物和微生物提供相應(yīng)生境，對(duì)恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)和提高水體自凈能力有很大幫助。收割的植物得到合理處理后，一般也不會(huì)引起水體二次污染。此外，水生植物還可以改善周邊的生 態(tài)景觀。但植物修復(fù)也存在一些局限（唐迎洲等，2003）：（1）植物生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，一般見效時(shí)間較長(zhǎng)；（2）植物生長(zhǎng)和生理活動(dòng)易受季節(jié)變化影響，其修復(fù)效果隨季節(jié)變化可能出現(xiàn)波動(dòng)；（3）植物對(duì)污染物耐受性有限，在出現(xiàn)高濃度突發(fā)性污染情況時(shí)，水生植物可能由于根部滲透壓過大，造成根部嚴(yán)重失水而導(dǎo)致植物死亡，失去水體修復(fù)能力，而死亡的植物若未能及時(shí)清除可能造成水體二次污染；（4）在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)豐富的水體進(jìn)行植物修復(fù)時(shí)，繁殖能力較強(qiáng)的水生植物會(huì)過度繁殖形成優(yōu)勢(shì)種群，抑制其他物種繁殖，破壞原有生態(tài)系統(tǒng)；（5）引進(jìn)外地物種作為修復(fù)植物時(shí)存在生物入侵風(fēng)險(xiǎn)。因此，今后應(yīng)在培養(yǎng)和改造本地植物、預(yù)防生物入侵和降低外來植物對(duì)本地生態(tài)系統(tǒng)影響等方面開展相應(yīng)植物修復(fù)研究。另外，有研究顯示沉水植物在衰亡過程中會(huì)釋放氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬（鄧晗等，2017；司靜等，2009；葉春等，2014）。深入研究沉水植物衰亡與污染物釋放規(guī)律也將是未來研究的重點(diǎn)，也可為植物收割提供科學(xué)依據(jù)。

2.3.2 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)即利用微生物代謝、吸附等作用將底泥中的污染物進(jìn)行削減或減毒的修復(fù)技術(shù)（Bento et al.，2005）。微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，對(duì)污染物的去除和養(yǎng)分的循環(huán)具有很重要作用，是河流生物修復(fù)技術(shù)的核心（鄢恒珍等，2009）。研究發(fā)現(xiàn)底泥中存在非常豐富的微生物資源，具有很高的生物多樣性，在一些特定環(huán)境中還存在特異的微生物種群（Bowman et al.，2003；Zhang et al.，2008），這為微生物去除內(nèi)源污染提供了巨大的種質(zhì)資源庫(kù)。目前，通過科學(xué)篩選已經(jīng)得到多種可以用來污染物移除的特效菌種。

歷史上首次大規(guī)模使用微生物進(jìn)行污染修復(fù)并獲得成功的案例發(fā)生在1989年美國(guó)對(duì)Alaska海灘溢油的處理中，經(jīng)處理的海灘溢油明顯減少（Pritchard et al.，1991）。隨后通過實(shí)踐進(jìn)一步證明通過投加微生物菌劑可有效去除底泥中的有機(jī)物（Fabiano et al.，2003；馮奇秀等，2003）。另外，有研究發(fā)現(xiàn)利用氧化亞鐵硫桿菌對(duì)重金屬污染底泥進(jìn)行生物瀝濾時(shí)能顯著降低底泥中的Cd、Zn和Cu的含量（謝華明等，2012）。而通過投加適當(dāng)微生物菌劑還能促進(jìn)底泥中氮磷釋放（曹陽(yáng)等，2009）。然而，目前對(duì)氮磷和重金屬的去除還處于實(shí)驗(yàn)室和圍隔試驗(yàn)水平，今后應(yīng)加強(qiáng)工程水平上的研究。另外，由于水體環(huán)境變化和水流影響，微生物活性和有效濃度往往不能達(dá)到預(yù)期效果，而固定化微生物技術(shù)能夠提高細(xì)胞濃度及抗環(huán)境因素變化的能力。在國(guó)外，利用固定化微生物實(shí)施底泥處理已有工程應(yīng)用報(bào)道，但在國(guó)內(nèi)幾乎空白。今后也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)固定化微生物技術(shù)的理論和應(yīng)用研究，以求開發(fā)出適應(yīng)國(guó)內(nèi)底泥特性的固定化微生物產(chǎn)品。除向底泥直接投加微生物外，還可通過投加生物促生劑以刺激土著微生物的生長(zhǎng)繁殖，加快微生物對(duì)污染物的降解速率。研究發(fā)現(xiàn)在受污染底泥中投加生物促生劑可使底泥異養(yǎng)菌的數(shù)量提高1個(gè)數(shù)量級(jí)（盧麗君等，2007）。此外，向底泥表面投加生物促生劑可大幅提高底泥生物降解能力（蔡惠鳳等，2006）。與物化修復(fù)技術(shù)相比，微生物修復(fù)技術(shù)雖發(fā)展時(shí)間較短，但因其環(huán)境友好、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)（Frankenberger，1992），開始引起廣大科研人員的注意。

2.3.3 動(dòng)物修復(fù)

動(dòng)物修復(fù)是通過動(dòng)物的攝食行為或富集能力去除氮磷、重金屬和有機(jī)物污染物，以達(dá)到底泥凈化目的的一種生物學(xué)修復(fù)手段（沈新強(qiáng)等，2007；向文英等，2013）。鄧錦松（2006）在研究雙齒圍沙蠶Neanthes succinea和毛蚶Scapharca subcrenata對(duì)蝦池的生物修復(fù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn)雙齒圍沙蠶能有效降低底質(zhì)中氮磷和硫化物的積累速率，毛蚶攝食懸浮物和沉積物在一定程度上緩解了蝦池有機(jī)物的積累。另外，螺類可以從底泥中富集重金屬，并且對(duì)溶解態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和結(jié)晶態(tài)重金屬都有富集作用（楊震等，1996）。同時(shí)，動(dòng)物在沉積物中的攪動(dòng)還能促進(jìn)污染物的釋放（Adamek et al.，2013），有利于底泥中污染物的去除。然而也有報(bào)道指出僅放養(yǎng)動(dòng)物雖可以對(duì)池底泥進(jìn)行修復(fù)，但很難徹底凈化水質(zhì)。因此，動(dòng)物修復(fù)應(yīng)與其他修復(fù)技術(shù)配合使用，從而達(dá)到更好的底泥修復(fù)和水質(zhì)凈化效果（孟順龍等，2011）。另外，動(dòng)物投放量要保持在合理范圍。密度過小，無法起到凈化作用；密度過大，動(dòng)物自身的呼吸作用與排泄反而會(huì)導(dǎo)致水體污染（安鑫龍等，2006；周一兵等，1995）。在重污染環(huán)境，由于動(dòng)物對(duì)氧氣需求和其他生存要求較高，其適用性受到限制。動(dòng)物修復(fù)宜用于溶解氧充足，適于生存的輕度污染水域或后期保持階段。目前，利用動(dòng)物對(duì)底泥進(jìn)行修復(fù)的研究尚處于起步階段，已有的研究還處于室內(nèi)模擬和圍隔試驗(yàn)階段，還有諸多問題需在今后的研究中進(jìn)一步加強(qiáng)，如提高底泥修復(fù)動(dòng)物多樣性、最佳投放密度及投放密度與污染程度之間關(guān)系、動(dòng)物對(duì)底泥與水體污染物濃度平衡影響等。

3 結(jié)論

（1）底泥疏挖能從根本上去除底泥中的內(nèi)源污染物，但工程量較大，費(fèi)用昂貴，尤其在對(duì)疏挖底泥進(jìn)行后處理時(shí)成本增加更加明顯。另外，疏挖操作不當(dāng)可能加重上覆水污染加重，甚至可能給底泥生態(tài)系統(tǒng)帶來不可逆轉(zhuǎn)的破壞。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，疏挖并不是解決內(nèi)源污染的最佳方法。

（2）覆蓋能有效緩解底泥中污染物向水體轉(zhuǎn)移，但并不能將污染物移除。隨時(shí)間推移存在覆蓋層破壞，增強(qiáng)污染物向水體遷移的風(fēng)險(xiǎn)。覆蓋技術(shù)適用于較深水域。

（3）化學(xué)修復(fù)雖然見效快、費(fèi)用低，但由于實(shí)際需要往往藥劑投加量會(huì)略過量，這可能引起水體二次污染。部分具有毒性的試劑還存在威脅公眾健康的風(fēng)險(xiǎn)。此外，一些化學(xué)試劑在消耗某種污染的同時(shí)，存在引起其他污染物的異常釋放的可能。綜合考慮，化學(xué)修復(fù)更適合應(yīng)急處理。

（4）根據(jù)所利用生物形式不同，生物修復(fù)可分成植物修復(fù)、微生物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)。植物修復(fù)和微生物修復(fù)技術(shù)相對(duì)較為成熟，可利用的植物和微生物種類也比較豐富，并且市場(chǎng)上已有相對(duì)成熟的產(chǎn)品可供選擇和應(yīng)用。動(dòng)物修復(fù)技術(shù)在內(nèi)源污染控制上尚處于起步階段，有關(guān)報(bào)道相對(duì)較少。今后的研究中還有諸多內(nèi)容需要進(jìn)一步研究。總體而言，生物修復(fù)費(fèi)用低、發(fā)生二次污染風(fēng)險(xiǎn)小、通過合理管控能發(fā)揮長(zhǎng)效作用，是內(nèi)源污染控制的主流技術(shù)和發(fā)展方向。

4 展望

物理和化學(xué)修復(fù)的固有特點(diǎn)使得這兩種修復(fù)方法在滿足未來修復(fù)需要上存在較大不足，尤其在引起二次污染和破壞原有水生生態(tài)系統(tǒng)上顯得更加突出。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，內(nèi)源污染控制應(yīng)以生態(tài)修復(fù)為主。動(dòng)物、植物和微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，相互之間具有不可替代的作用，實(shí)現(xiàn)三者的有機(jī)結(jié)合，形成復(fù)雜的食物網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)和穩(wěn)定、健康與良好生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同時(shí)，努力恢復(fù)水體、底泥等生態(tài)系統(tǒng)的原始特征和功能，也是生態(tài)修復(fù)的重要環(huán)節(jié)。只有生態(tài)系統(tǒng)中的各組成部分充分發(fā)揮各自作用，才能實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的生態(tài)修復(fù)。當(dāng)然，必要時(shí)也應(yīng)引進(jìn)物理和化學(xué)修復(fù)，尤其在污染特別嚴(yán)重的地區(qū)和時(shí)段，在不宜直接使用生態(tài)修復(fù)時(shí)更應(yīng)注重這兩種修復(fù)技術(shù)在前期的應(yīng)用。底泥生態(tài)修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜和漫長(zhǎng)的過程，不是單靠某些植物、動(dòng)物或微生物就能夠?qū)崿F(xiàn)的，而是靠一系列生物共同作用和其他輔助技術(shù)支持才能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)工程。總之，底泥生態(tài)修復(fù)還有很長(zhǎng)的路要走，如何建立有效的生態(tài)修復(fù)方法、操作過程和修復(fù)后功能與效果評(píng)估體系都將成為科研工作者努力的方向。

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The Advance of Control Techniques for Internal Pollution

BO Tao, JI Min*
The collage of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China

Internal pollution has played a fairly important role on water pollution. It could cause water black-odor and threat human healthy when internal pollution was very severe. External pollution was the important source for internal pollution. The environmentalists has paid attention to managing external pollution, meanwhile also has established many efficient techniques included physical method, chemical technology and bioremediation for controlling internal pollution through scientific and systematic research and application. By referring to plenty of many literatures, the concept of internal pollution, the kinds of contaminants and those harms, the current situation of internal pollution, the concept and pros and cons on control techniques were summarized. At the same time possible research fields of each technique were involved. Some significant results were also got: (1) Contaminated sediment can be removed by digging. But this method may cause secondary pollution and habitat destruction; (2) the trend of pollutant diffusion into water can be weakened by capping. But the technique can’t eliminate pollutant out of sediment and the covering layer may destroy with duration; (3) Chemical technology can wipe pollutant out off sediment, but chemistry used for controlling internal pollution may induce secondary pollution and other contaminant to be release abnormally. Chemical technology is suitable for emergency in genera; And (4) the advantages of bioremediation include economy, management-easily, environment-friendly, long valid period and so on. Take account of the tolerance of animals and plants, fauna remediation and phytoremediation are not appropriate for heavy pollution. But comparison with physical and chemical technology, bioremediation possesses great potential for internal pollution in controlling techniques. Finally, according to demand in future, the viewpoint that ecology restoration will be further developed base on bioremediation is established, and achieves sediment to self-purify contaminants under less human Intervention.

internal pollution; physical method; chemical technology; bioremediation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.03.022

X522

A

1674-5906（2017）03-0514-08

薄濤, 季民. 2017. 內(nèi)源污染控制技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(3): 514-521.

BO Tao, JI Min. 2017. The advance of control techniques for internal pollution [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(3): 514-521.

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課題（2014ZX07203-009）

薄濤（1983年生），男，博士，主要研究方向?yàn)楹拥浪w生態(tài)修復(fù)。E-mail: botao233@163.com

*通信作者：季民（1957年生），男，教授，碩士，主要研究方向?yàn)樗廴究刂?。E-mail: jimin@tju.edu.cn

2017-01-13