翁永年 俞建河 曹小玉

(1.天長市重點工程建設(shè)管理處; 2.天長市二峰電力灌溉總站安徽天長 239300)

胭脂湖位于安徽省天長市城北永豐鎮(zhèn)境內(nèi)，屬淮河流域、白塔河水系。集水面積為483 hm2，總庫容為180 萬m3，興利庫容為88 萬m3，設(shè)計灌溉面積為333.3 hm2，庫區(qū)養(yǎng)殖面積為30.3 hm2。是一座以灌溉防洪為主，兼養(yǎng)殖綜合運用的小（1）型水庫。周圍主要以鎮(zhèn)、村為主，地處低洼帶，長期受周邊農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)污（廢）水的面源污染，以及沿岸生活、養(yǎng)殖、餐飲類點源污（廢）水的排入。湖體在較長時間曾種植水產(chǎn)作物，養(yǎng)殖水產(chǎn)品，導(dǎo)致水質(zhì)超標，底泥污染嚴重，水環(huán)境質(zhì)量惡化，黑臭問題凸顯。經(jīng)測定，底泥主要污染因子為有機質(zhì)和TN（處于4 級斷面），其次是TP（處于2 級斷面）。2015年國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動計劃》對黑臭水體的治理提出了明確目標：到2020 年，我國地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，到2030年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除[1]。為達到這一目標，天長市政府決定投入1.29 億元對市內(nèi)胭脂湖水環(huán)境進行綜合整治，其中包含對胭脂湖底泥污染進行修復(fù)內(nèi)容。

目前，對河湖底泥進行修復(fù)，分原位和異位兩大類修復(fù)技術(shù)，主要有物理（疏浚[2]、掩蔽[3]、電動[4]）、化學（固化/穩(wěn)定[5]、化學淋洗[6]）、生物修復(fù)（植物[7]、微生物[8]、動物[9]）和聯(lián)合修復(fù)[10]等方法，由于異位修復(fù)存在占地面積和工程量大、治理費用較高等問題，故目前國內(nèi)河湖底泥修復(fù)廣泛采用原位修復(fù)方法[11]，經(jīng)專家論證，天長市胭脂湖污染底泥修復(fù)也擬采用原位修復(fù)方法。

由于國內(nèi)目前底泥污染修復(fù)方法較多，且各有優(yōu)缺點及其應(yīng)用范圍，因此，有必要對胭脂湖底泥底泥污染修復(fù)方案進行比選。2022年3—5月，天長市邀請國內(nèi)A、B、C這3家公司開展了為期45 d的胭脂湖底泥原位修復(fù)中試實驗，試驗分為現(xiàn)場和室內(nèi)模擬。與其他底泥治理技術(shù)相比，該實驗未投加外來菌種，主要通過物化處理降解底泥污染并提升水質(zhì)，無生物入侵風險。該實驗結(jié)果將作為天長市胭脂湖全水域底泥原位治理的實施依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗現(xiàn)場

現(xiàn)場實驗地點選在胭脂湖西北角荷花池下游，此處水域水深約為1 m，底泥淤積有1 m以上，污染嚴重、黑臭問題突出、代表性強。采用鐵皮加筋的方式制作長方形彩鋼瓦封閉圍格3 個，單個面積為20 m2，高為2 m，并將3個圍格整體嵌入到底泥0.5 m中，A、B、C這3家公司各1個。

1.1.2 室內(nèi)模擬

室內(nèi)試驗安排在胭脂湖西側(cè)胭脂湖水環(huán)境綜合治理項目部內(nèi)1 個面積為6 m2洗澡間內(nèi)進行，此處面積小、密封性好，可加溫加濕，可模擬夏季治理效果，實行恒溫（30 ℃）培養(yǎng)。采用內(nèi)徑為16 cm, 高為1.5 m的柱狀有機玻璃管，設(shè)置A、B、C 這3 家公司處理組和對照組CK各1個，共計4組，每組重復(fù)3次。采集現(xiàn)場底泥柱樣30 cm，模擬夏季溫度下開展培養(yǎng)實驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗現(xiàn)場（1）A公司：采用化學（穩(wěn)定）修復(fù)技術(shù)。試驗準備就緒后，使用電子秤對修復(fù)劑進行稱重，投加修復(fù)劑40 kg；將修復(fù)試劑人工均勻地投灑到試驗水域內(nèi)；人工使用爬犁、鐵鍬等工具反復(fù)攪動表層底泥數(shù)遍，使底泥與修復(fù)劑充分反應(yīng)，隨后靜置。

（2）B公司：采用化學（固化/穩(wěn)定）修復(fù)技術(shù)。試驗準備就緒后，使用電子秤對專利物化劑進行稱重，投加專利物化劑24.3 kg；人工使用爬犁清理底泥表層內(nèi)的水草；將專利物化劑使用高壓水槍均勻的沖撒到試驗區(qū)內(nèi)。

（3）C公司：采用生物（微生物）修復(fù)技術(shù)。試驗準備就緒后，使用電子秤對微生物制劑進行稱重，投加微生物制劑5 kg；將盛放在水桶內(nèi)的微生物制劑按比例添加試驗區(qū)內(nèi)的湖水攪拌均勻；將攪拌均勻的微生物制劑均勻的撒布到試驗區(qū)內(nèi)。

1.2.2 室內(nèi)模擬

（1）A 公司：稱取修復(fù)劑36 g；投入藥劑后用長木棍攪拌底泥1 min以上，直至修復(fù)劑與底泥充分混合。

（2）B 公司：將泥水混合后倒入桶中進行攪拌，使泥塊充分溶解在水體，并將泥塊內(nèi)的沉積物（植物爛根、死亡的螺螄、水菱）分離出、打撈；繼續(xù)進行攪拌，使泥水完全混合后形成稀泥漿；在攪拌過程中第1 次加入15 g專利物化劑，人工攪拌連續(xù)反應(yīng)10 min，觀察泥水與物化劑反應(yīng)后第2 次加入10 g 專利物化劑，繼續(xù)人工攪拌連續(xù)反應(yīng)1 h后，根據(jù)實際反應(yīng)情況第3次加入10 g專利物化劑，接著人工攪拌連續(xù)反應(yīng)30 min；反應(yīng)過程中，會有垃圾不斷地與泥分離，并做打撈；反應(yīng)結(jié)束，靜置、泥水分離。

（3）C公司：稱取微生物制劑10 g；長木棍攪拌底泥1 min以上，使泥水混合均勻；投放制劑，長木棍攪拌保證制劑與泥水充分接觸。

1.3 檢測項目

1.3.1 底泥檢測

2022 年3 月22 日（投加修復(fù)劑前）、2022 年5 月7日（施用修復(fù)劑后的第45 天）分別在現(xiàn)場和室內(nèi)采集底泥樣品各4組。其中A、B、C這3家公司處理組現(xiàn)場和室內(nèi)各1個，現(xiàn)場和室內(nèi)對照組各1個。現(xiàn)場處理組和對照組分別為圍格內(nèi)外梅花式5 點取樣混合樣，室內(nèi)處理組和對照組為3 個重復(fù)的混合樣，取樣深度為30 cm。對混合底泥樣品分別檢測pH、ORP、有機質(zhì)、TN、TP這5個指標。

1.3.2 水質(zhì)檢測

在實驗開始（2022 年3 月22 日）施用修復(fù)劑后的第35天、第40天、第45天分別在現(xiàn)場和室內(nèi)采集水體樣品各4 組。其中A、B 和C 這3 家公司處理組現(xiàn)場和室內(nèi)各1個，現(xiàn)場和室內(nèi)對照組各1個?，F(xiàn)場處理組和對照組分別為圍格內(nèi)外梅花式5 點取樣混合樣，室內(nèi)處理組和對照組為3個重復(fù)的混合樣。對混合水體樣品分別檢測CODcr、CODMn、NH3-N、TP 和TN 這5 個指標。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 3種處理措施對底泥修復(fù)的效果分析

底泥原位治理的目的主要是通過物理、化學和（或）生物等原位處理措施，降解底泥中的有機質(zhì)（N），固定P和重金屬，大幅度降低底泥對水體的污染。

由相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，室內(nèi)C 處理和室外B 處理底泥的顏色由黑色變成了黃褐色。而其他處理底泥的顏色和對照CK變化不太明顯。

對現(xiàn)場和室內(nèi)底泥處理前后的有機質(zhì)、總磷（TP）、總氮（TN）和氧化還原電位（ORP）含量進行分析，以對照為參比，3家公司現(xiàn)場與室內(nèi)模擬底泥處理45 d后結(jié)果分別如表1、表2所示。

表1 3家公司現(xiàn)場底泥處理45 d后結(jié)果統(tǒng)計

表2 3家公司室內(nèi)模擬底泥處理45 d后結(jié)果統(tǒng)計表

2.1.1 pH值

由表1、表2 可看出，A 現(xiàn)場和室內(nèi)處理均顯著升高底泥pH 值，增幅分別為12.3%和14.6%。B 現(xiàn)場和室內(nèi)處理均升高底泥pH 值，其中室內(nèi)模擬較顯著，升高幅度為14.4%，C現(xiàn)場處理底泥pH值升高較顯著，升高幅度為11.3%，而室內(nèi)模擬處理底泥pH 值變化不大。

2.1.2 底泥有機質(zhì)

由表1、表2 可看出，A 現(xiàn)場和室內(nèi)處理均對降解和削減底泥有機質(zhì)有效果，其中室內(nèi)處理效果顯著，現(xiàn)場和室內(nèi)模擬底泥有機質(zhì)的降幅分別為18.5%和30.3%。B 現(xiàn)場處理對降解和削減底泥有機質(zhì)效果顯著，降幅為31.5%，而室內(nèi)模擬處理對底泥有機質(zhì)沒有削減作用，C 處理無論現(xiàn)場還是室內(nèi)模擬處理對有機質(zhì)不僅沒有削減作用，反而增加了底泥中的有機質(zhì)含量。

2.1.3 底泥TP

由表1、表2 可看出，只有B 室內(nèi)模擬處理對底泥TP 有削減效果，削減率達到18.6%，A 和C 室內(nèi)模擬處理處理室對底泥TP 沒有削減作用。A、B 和C 現(xiàn)場處理對底泥TP不僅沒有削減作用，反而增加了底泥中的TP含量。

2.1.4 底泥TN

由表1、表2可看出，只有A室內(nèi)處理對底泥TN有削減效果，削減率達到14.5%。其余室內(nèi)和現(xiàn)場處理均造成底泥TN含量的升高。

2.1.5 底泥ORP

由表1、表2可看出，現(xiàn)場處理均降低底泥ORP值，其中A和C處理降低幅度較顯著，降幅分別為16.9%和14.7%。而室內(nèi)處理均升高底泥ORP值，其中A和B處理升高幅度較顯著，升幅分別為12.9%和14.5%。

2.2 3種處理措施對水質(zhì)的影響分析

理論上，有效的原位處理措施將造成有機質(zhì)（N）的降低，一部分有機降解物以CO2、CH4的形式釋放到水體，另一部分降解物則以有機和無機小分子形式釋放到水體，短期內(nèi)將造成水體有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量的升高。經(jīng)過處理45 d 后水的透明度，室外以B 處理為最好、C 處理次之、A處理與對照CK 變化不太明顯，室內(nèi)模擬也以B 處理為最好、A 處理次之、C 處理與對照CK變化不太明顯。

2.2.1 水體CODMn

3 種處理措施處理對水質(zhì)指標CODMn值的變化過程如圖1 所示，由圖可以看出，現(xiàn)場3 種處理措施造成的水體CODMn含量為B＜C＜A，但均優(yōu)于地表水IV 標準。室內(nèi)處理中，B處理組一直優(yōu)于地表水III標準，指標最優(yōu)。A 處理組35 d 和40 d 出現(xiàn)升高，但穩(wěn)定在地表水V類水平，說明原位修復(fù)造成底泥有機質(zhì)的釋放，與觀察到的底泥有機質(zhì)削減率為33%是一致的；治理45 d后，CODMn含量快速回落，與B處于同一水平，說明在最后階段釋放到上覆水體的有機小分子物質(zhì)在高溫條件下（30oC）發(fā)生了快速分解。C處理組均增加水體CODMn，尤其是40 d 和45 d 后面兩個階段，水體CODMn含量均出現(xiàn)大幅度增加。由于該處理組底泥有機質(zhì)并未得到削減，分析可能是原位處理帶入有機質(zhì)造成。

圖1 3種處理措施處理對水質(zhì)指標CODMn值的變化過程

2.2.2 水體CODCr

3 種處理措施處理對水質(zhì)指標CODCr值的變化過程如圖2 所示，由圖2 可以看出，CODCr值總體變化與CODMn類似，值得一提的是，室內(nèi)模擬實驗C處理大幅度增加CODCr含量（195 mg/L和149 mg/L），遠超A、B另外兩組處理，說明水體出現(xiàn)一定程度的惡化。

圖2 3種處理措施處理對水質(zhì)指標CODcr值的變化過程

2.2.3 水體NH3-N

3種處理措施處理對水質(zhì)指標NH3-N值的變化過程見圖3，由圖3 可以看出，現(xiàn)場實驗所有處理NH3-N水平均優(yōu)于地表水Ⅲ類，其中以A處理最優(yōu)，B處理次之。室內(nèi)模擬實驗治理前面35 d 和40 d 兩個階段，B處理組優(yōu)于另外A、C 兩處理組但，尤其C 處理在40 d和45 d后面兩個階段保持高值（＞26 mg/L，劣五類）。

圖3 3種處理措施處理對水質(zhì)指標NH3-N值的變化過程

2.2.4 水體TP

3種處理措施處理對水質(zhì)指標TP值的變化過程如圖4 所示，由圖4 可以看出，現(xiàn)場實驗TP 水平B＜C＜A，但均控制在0.1 mg/L的低值范圍內(nèi)。室內(nèi)模擬實驗中A處理組在治理35 d和40 d造成水體TP的升高，但仍然優(yōu)于地表水IV類標準。最后的階段，所有處理組的TP含量均低于CK，且處于很低的范圍（0.01～0.02 mg/L）。

圖4 3種處理措施處理對水質(zhì)指標TP值的變化過程

2.2.5 水體TN

3 種處理措施處理對水質(zhì)指標TN 值的變化過程如圖5 所示，由圖5 可以看出，現(xiàn)場實驗TN 水平A＜C＜B，均優(yōu)于地表水IV 類標準。室內(nèi)實驗中B 處理組指標最優(yōu)，另外兩組均有顯著增加；其中C 處理組TN 非常高（＞35 mg/L）。

圖5 3種處理措施處理對水質(zhì)指標TN 值的變化過程

3 試驗效果總體評價

（1）從底泥修復(fù)過程中水質(zhì)維護的效果看，總體上B 處理組的水質(zhì)最佳，其次是A 處理組，C 處理組室內(nèi)模擬實驗組的多個水質(zhì)指標在40 d和45 d后面兩個階段均出現(xiàn)異常值，遠超現(xiàn)有的水質(zhì)標準。B 處理組雖然對底泥污染物削減不明顯，但水質(zhì)一直維持較好狀態(tài)，主要是該處理措施采用了物化方法，將底泥中的有機質(zhì)和N 進行了固定，阻止了底泥中的污染物向水體釋放，因此水質(zhì)不受處理的影響。

（2）A 處理組現(xiàn)場和室內(nèi)模擬實驗中水質(zhì)指標的升高，與處理后底泥有機質(zhì)和TN 的釋放是一致的，進一步證實該處理有效削減了底泥有機質(zhì)和N污染。在45 d 最后一個階段，A 處理組實驗組的水質(zhì)指標出現(xiàn)了快速的回落，說明A 處理組底泥原位修復(fù)后水質(zhì)是可以保障的。

（3）從底泥原位修復(fù)效果看，A處理組的處理效果顯著，尤其室內(nèi)和現(xiàn)場處理的有機質(zhì)均出現(xiàn)較大幅度削減，室內(nèi)TN 的削減率為30.3%。B 現(xiàn)場處理對降解和削減底泥有機質(zhì)效果顯著，降幅為31.5%，而室內(nèi)模擬處理對底泥有機質(zhì)沒有削減作用，C 處理無論現(xiàn)場還是室內(nèi)模擬處理對有機質(zhì)不僅沒有削減作用反而出現(xiàn)有機質(zhì)和TN 升高的現(xiàn)象。由于胭脂湖底泥原位修復(fù)的核心是削減有機質(zhì)和TN，故A處理組的處理效果達到了核心目標。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過處理可削減底泥有機質(zhì)和TN，且修復(fù)后水質(zhì)有向好發(fā)展趨勢，證實在胭脂湖采取原位修復(fù)的方法治理底泥污染是可行的。

（2）如果以穩(wěn)定底泥污染物和水質(zhì)為主要目標，則B公司的處理措施是最優(yōu)方案。

（3）如果以底泥污染物削減為核心目標，則A公司的處理措施是最優(yōu)方案。

（4）由于胭脂湖底泥原位修復(fù)的核心是削減有機質(zhì)和TN，因此這3種方案比選結(jié)果，確定A公司的處理方案為天長市胭脂湖污染底泥原位修復(fù)方案。