(四川水利職業(yè)技術(shù)學院，四川 崇州，611231)

引言

城市河道具有景觀、供應(yīng)水源、航道、文化等多種生態(tài)功能，是城市建設(shè)發(fā)展中非常重要的一部分。隨著城市化進程加快，大量生活及工業(yè)廢水未經(jīng)適當處理排入河道中，會對河流、河道及周邊土壤造成急性或慢性負影響。其中積累了許多無機物與疏水的持久性有機物等的河道底泥，具有復(fù)雜、持久以及累積等特性，當污染物達到一定濃度后，其中N、P、重金屬、有機物等污染物會源源不斷的從底泥中釋放到上覆水，加重河流的污染。據(jù)《2018年成都市環(huán)境質(zhì)量公報》顯示，2018年成都市地表水水質(zhì)總體良好，其中Ⅳ～Ⅴ類水質(zhì)占19.8%；劣Ⅴ類水質(zhì)占4.7%，主要污染指標為氨氮、總磷和化學需氧量。底泥沉積物中的污染物對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大威脅，其綜合影響仍鮮為人知。

為了有效地控制河道底泥污染，可采取異位修復(fù)與原位修復(fù)兩類技術(shù)。由于疏浚會引起污染物的大量遷移，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大負面影響，因此，現(xiàn)多使用原位修復(fù)技術(shù)，或多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)用。原位生物修復(fù)由于其環(huán)境影響小，投入少，修復(fù)效果好等特點而得到廣泛應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。

1 河道底泥原位修復(fù)技術(shù)

河流中產(chǎn)生黑臭水體的污染現(xiàn)象，主要是由于水中缺乏DO(溶解氧)而形成缺氧環(huán)境，厭氧微生物降解有機物產(chǎn)生大量臭味氣體(如硫化氫、硫醇、氨等)、土臭素以及致黑物質(zhì)(如硫化亞鐵等)等，造成水體惡化、黑臭[1]。此外，水溫上升，水體中氨氮濃度過高，以及重金屬污染等也會引起水體發(fā)臭。水中污染物沉積吸附在底泥中，當污染物濃度達到一定量或者底泥受到擾動時，沉積物再懸浮會重新釋放污染物到水體中，造成二次污染。

底泥修復(fù)處理技術(shù)中，異位修復(fù)(疏竣)是通過挖掘表層受到污染的底泥以達到減少底泥污染物釋放的技術(shù)措施[2]。雖然能有效減少污染物量，但具有費用高、生態(tài)破壞、二次污染與工程量大等缺點[3]，因此，治理底泥污染多采用原位修復(fù)技術(shù)。底泥原位修復(fù)技術(shù)可分為物理、化學、生物三大類。

1.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)包括截污，引水，覆蓋，曝氣等技術(shù)[4]。截污是水體污染治理的基本方法，通過截斷污染物來源實現(xiàn)減少水體污染的目的。引水是引入水質(zhì)較好的水沖刷污染的底泥并排出污染水體進行處理的方法，通過這種方法能夠有效增加水的流動性，從而降低水體污染濃度和提高溶解氧含量，但耗水量較高，具有季節(jié)局限性，因此未能廣泛應(yīng)用。覆蓋技術(shù)是指將潔凈的底泥、砂礫、磚石等材料覆蓋在原有河道底泥上，從而控制底泥污染物向水體釋放的一種底泥修復(fù)技術(shù)，雖然修復(fù)效果較好，但會影響原生態(tài)環(huán)境，縮小水體容量，且不能從根本解決底泥污染。曝氣技術(shù)就是向污染底泥中通入空氣或氧氣，增加溶解氧，改善缺氧環(huán)境，提高生物降解凈化能力，從而減少底泥水體污染的方法，該技術(shù)可有效修復(fù)污染底泥，改善水生態(tài)環(huán)境。

此外，還有國內(nèi)近些年新興的技術(shù)——原位洗脫技術(shù)，其原理是用設(shè)備對表層底泥進行機械攪動或曝氣攪動，然后用水泵抽走釋放入水體的污染物，經(jīng)攪動翻洗后的泥沙重新在上表面形成新覆蓋層。經(jīng)工程應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能有效抑制氮磷等物質(zhì)的釋放，在修復(fù)底泥中取得了良好的效果[5]。

1.2 化學修復(fù)

原位化學修復(fù)技術(shù)是指投加化學試劑到污染底泥中，改變水體氧化還原電位、pH值等，以減緩污染物釋放，使底泥固化或無害化的措施。常用的化學試劑包含鋁鹽、硝酸鈣、氯化鐵、高錳酸鉀、過氧化氫等。但直接向底泥中添加化學試劑會帶來環(huán)境副作用，因此，化學修復(fù)在原位修復(fù)技術(shù)中應(yīng)用潛力有限。

1.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)技術(shù)即是利用微生物降解或植物凈化等方式來降低底泥污染程度。底泥生物修復(fù)技術(shù)包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)等。生物修復(fù)具有環(huán)境影響小，處理效果好，投資少等特點，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于河道底泥處理中。

2 河道底泥原位生物修復(fù)技術(shù)

底泥中復(fù)雜的環(huán)境會限制原位生物或介質(zhì)的有效性，而當環(huán)境得到改善時生物轉(zhuǎn)化過程會得到加強，有效性就會增高。底泥生物修復(fù)技術(shù)主要包括兩種類型，一類是通過修復(fù)底泥環(huán)境，促進生物對污染物的降解，也叫生物促生技術(shù)；另一類是投加微生物菌劑或引入植物來削減底泥污染。

2.1 生物強化技術(shù)

生物強化修復(fù)技術(shù)主要是通過技術(shù)篩選和馴化針對污染物的高效微生物菌種(或土著微生物)，投加到污染底泥中，利用微生物的生命代謝作用對污染物進行分解、轉(zhuǎn)化與降解，以削減底泥中污染物濃度，改善河道生態(tài)環(huán)境。比如枯草芽孢桿菌，基因工程菌等。微生物在好氧環(huán)境下可以徹底將有機污染物降解為CO2、NO3-、H2O等無機物。同時，能將重金屬轉(zhuǎn)化為惰性狀態(tài)并固定在底泥中，減少其遷移與釋放。

為了防止細菌丟失，并增強其降解能力，微生物也可以固定在各種載體上，如活性炭、醋酸纖維素膜等。Qing Wang[6]等人研制了一種以聚砜/顆?；钚蕴?PS/GAC)復(fù)合膜為載體固定微生物的新型生物活性覆蓋層，用于沉積物中硝基苯的修復(fù)，通過掃描電鏡觀察到所有膜的頂層為致密層，底層多孔，這種結(jié)構(gòu)可阻斷硝基苯從沉積物向水中的轉(zhuǎn)移，并提高硝基苯的降解率。

2.2 植物修復(fù)技術(shù)

通過向底泥中引入具有凈化功能的高耐受性植物(如挺水植物、沉水植物、親水植物等)或藻類，可以通過根莖上附著的微生物分解、轉(zhuǎn)換氮磷等物質(zhì)，抑制底泥污染物懸浮再釋放，也能在吸附污染物后通過收割植物來削減污染物。同時，植物的栽種能增加河道底泥與水體中溶解氧含量，提高生物多樣性，為微生物降解污染物提供適宜的環(huán)境。據(jù)報道，沉水植物能顯著去除并抑制底泥氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，是控制水體內(nèi)源污染的有效措施[7]。黃菖蒲和再力花對重金屬(Cd與Pb)有較強的吸收能力，且能固定重金屬避免其產(chǎn)生遷移引起更多的危害[8]。

2.3 生物促生技術(shù)

生物促生技術(shù)是指向底泥中添加一些制劑(如生物復(fù)合酶、共代謝底物、營養(yǎng)劑、電子受體等)以修復(fù)底泥，改善微生物生存繁殖條件，促進微生物降解底泥污染物。

生物復(fù)合酶是由多種生物酶、表面活性劑與營養(yǎng)物等合成的制劑，它能刺激和促進微生物分解污染物的反應(yīng)，增強水體復(fù)氧能力，提高微生物活性與多樣性，也能催化一些氧化反應(yīng)，改善水體黑臭現(xiàn)象[9]。生物復(fù)合酶應(yīng)用范圍廣，既能適用于好氧環(huán)境，也能適用于厭氧環(huán)境，且對生態(tài)環(huán)境具有無害性，在河道底泥修復(fù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

共代謝作用是指從外界提供另外一種基質(zhì)作為碳源或能源，以增強微生物酶活性，降解同一介質(zhì)中有機污染物的作用。具有共代謝功能的微生物有芽孢桿菌、黑曲霉、黃色桿菌、青霉、諾卡氏菌、弧菌等[10]。對于有抗酶分解性質(zhì)的有機物可以采取共代謝作用來進行底泥污染物的降解。

此外，向底泥中添加吸附材料的修復(fù)技術(shù)成為國內(nèi)外近年的研究熱點。將吸附劑應(yīng)用于河道底泥原位修復(fù)，可以利用其本身的強吸附性來減少底泥中污染物含量，降低生物利用度；可作為覆蓋材料，限制污染物的釋出重新進入水體。一些具有多孔結(jié)構(gòu)的吸附劑在底泥中能作為微生物固定化載體，改善底泥孔隙結(jié)構(gòu)，使微生物更加豐富和多樣化。常用的修復(fù)劑有碳質(zhì)材料如活性炭、改性膨潤土、天然沸石等。其中活性炭具有很強的吸附性能，比有機碳的吸附力強100倍以上，在吸收多環(huán)芳烴PAHs、多氯聯(lián)苯PCBs、金屬等物質(zhì)時，能降低其生物可利用性?；钚蕴啃迯?fù)技術(shù)的處理效果隨沉積物污染率、活性炭用量與所考慮生物模型目標的不同而不同。林舒康[11]用沸石和活性炭作為微生物載體，投加到底泥中進行修復(fù)試驗，上覆水中COD、氨氮、總氮、有機質(zhì)等污染物濃度顯著下降，水質(zhì)明顯改善。周巖梅等[12]向底泥中投加生物質(zhì)活性炭，發(fā)現(xiàn)能有效降低底泥孔隙水中有機污染物(PAHs、PAEs與苯系物)的含量，降低率達93.2%以上，其中對PAHs的修復(fù)效果最好。

近年來納米技術(shù)為去除環(huán)境污染物開辟了新的途徑。納米級零價鐵(nZVI)是應(yīng)用最廣泛的納米顆粒修復(fù)劑，可將一些有機污染物轉(zhuǎn)化為毒性小的副產(chǎn)物，在去除污染物方面很有效。但其缺乏穩(wěn)定性，難以從被提純的介質(zhì)中提取出來，且成本較高，相關(guān)研究也較少，僅限于小規(guī)模實驗研究。Tomasevic Pilipovic[13]選擇高嶺石、膨潤土和羧甲基纖維素負載nZVI原位修復(fù)河道底泥，實驗室結(jié)果表明對重金屬(Ni，Xn，Pb)去除率高達80%，nZVI的存在顯著增加了高嶺土等的表面積。

微生物電化學技術(shù)依賴于微生物直接或間接地使用固體電極的能力，對于污染物的氧化/還原降解來說具有無盡的電子供體/受體來源，僅需要較低的維護。沉積物微生物燃料電池(SMFCs)在促進沉積物中PAHs時非常有效。由于缺乏合適的電子受體，多環(huán)芳烴常作為污染物存在于缺氧底泥中。沉積物微生物燃料電池可作為電子受體來促進芳烴污染物的降解[14]。

3 結(jié)語

近些年，在國家政策大力支持下，全國大部分黑臭水體的治理都取得了良好成效。隨著科研水平提高與經(jīng)濟不斷發(fā)展，更希望尋求一些對生態(tài)環(huán)境影響小且修復(fù)效果顯著的方法——原位底泥生物修復(fù)技術(shù)。將吸附劑應(yīng)用于底泥修復(fù)技術(shù)中，能改善底泥環(huán)境，促進微生物對污染物的降解，吸附劑修復(fù)技術(shù)有望成為污染沉積物，特別是疏水性有機污染物的一種永久性和經(jīng)濟有效地解決方法。該方面研究大多集中于活性炭、改性沸石等吸附劑，其中鮮有文獻研究木質(zhì)素系吸附劑在底泥中的修復(fù)作用，及其對底泥中生物群落的影響。木質(zhì)素系吸附劑已有研究證實其在污染水體與土壤中能有效地降低污染物濃度。此外，吸附劑修復(fù)底泥技術(shù)的吸附與反應(yīng)能力是有限的，污染物并不能完全從底泥中去除，平流與擴散造成的污染物過度滲透會使沉積物可能成為一種固定風險。因此，需重視修復(fù)后沉積物的生態(tài)毒理影響。