水体内源污染控制技术

周 颖

水体内源污染控制技术

周 颖

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司， 上海 200120）

内源污染是当今水环境治理亟待解决的重难点问题之一。目前，内源污染常用的控制技术包括底泥疏浚、原位覆盖、引水冲污、化学修复、水生动植物修复、微生物菌剂以及多种技术联用等。本文以物理修复、化学修复、生物修复3种技术为例，对比分析国内外常用治理内源污染的技术，讨论了各类底泥修复技术措施的优缺点及适用范围。最后，分析了当下内源污染控制存在的问题并进行展望。

内源污染；修复；疏浚；微生物

外源污染物的输入与富集是导致内源污染的直接因素，研究显示底泥的成分多为黏土矿物、铁锰氧化物、氢氧化物、有机物等，对污染物具有一定的吸附能力，底泥中富集了大量污染物后会向上覆水体释放，导致内源污染[1]。内源污染主要表现为水体富营养化、水体黑臭等现象。

自1980年以来，我国富营养化湖泊面积增加了约60倍，许多湖泊已富营养化或正在富营养化 中[2]，导致我国成为全球湖泊富营养化最严重的国家之一[3]。据调查，我国东部及云贵高原138个大中型湖泊中约40%的湖泊严重富营养化[4]。目前，我国关于城市黑臭水体治理已经进入攻坚克难的阶段，2019年全国生态环境保护工作会议提出，在国家地表水评价考核1 940个断面中，按照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）标准，劣V类断面占6.7%，36个重点城市的1 009个黑臭水体被基本消除[5-6]。但与国务院2015年颁布《水污染防治行动计划》中的要求，到2030年城市建成区黑臭水体总体得到消除，仍存在较大差距。据调查，我国京津冀平原区近年来已有水体黑臭、湿地锐减，地表断流等极端现象出现，生态缺水与水体黑臭问题叠加发生，水生态极端退化[7]。内源污染问题在其他国家也存在，如美国环保部门曾耗资近 8亿美元，疏浚了威斯康辛州福克斯河 400万m3的底 泥[8]。

内源污染导致很多恶性问题发生，如生态系统功能及生物多样性退化、藻类过度繁殖、水体恶臭、水生动植物死亡、水质性缺水等[9-10]。目前，我国各级政府投入大量的人力物力对其进行治理，实施了系列治理措施及科研项目，在一定程度上控制了污染物的输入，但整体效果仍不理想，这在很大程度上与基础研究和认识不足有关[11]。本文搜集整理了相关文献，阐述了水体富营养化成因及内源污染的控制措施，为富营养化控制提供指导思想。

1 物理修复

1.1 底泥疏浚

底泥疏浚的根本是清除内源污染的源头，以尽量减少对水体和底泥-水界面层生态环境的扰动为原则，通过清除含有高浓度污染物（营养盐、重金属、难降解有机物）的表层受污染底泥，从而实现对内源污染的控制[12]，该技术在实际应用中取得一定成效，且被广泛使用。如2002年巢湖工程区在清淤后，底泥中TN和TP浓度分别下降了26.3%和46.9%[13]。滇池草海经疏浚后，TN从8.91 mg·L-1下降到8.15 mg·L-1，TP从1.07 mg·L-1下降到0.96 mg·L-1，DO质量浓度从3.97 mg·L-1上升到 5.25 mg·L-1[14]。钟继承[15]等对太湖底泥进行小型疏浚试验时发现，OM在疏浚深度为30 cm时明显下降，在一年试验期内疏浚柱中NH4+释放通量总体上低于未疏浚柱。底泥疏浚有时亦会出现反面效应。由于底泥间隙水中存在大量污染物，其含量高于上覆水的几倍之多[16]，由于疏浚过程会导致此部分污染物从底泥间隙水中释放到上覆水体，导致水体中污染物含量增加。如1999年在对浙江宁波的月湖进行底泥疏浚一段时间后，其儿童公园附近水域中的TN在和TP由疏挖前的0.15 mg·L-1和3.7 mg·L-1变为0.375 mg·L-1和4.2 mg·L-1[17]。

底泥疏浚在内源污染控制上具有一定双面性，如何在疏浚工程实施前精准确定疏浚范围、深度极其关键。挖出的底泥污染物成分复杂，存在二次污染风险，因此应合理对挖出后的底泥做资源化无害化处置，并做好可行性分析和风险评估，必须有针对性的对可能出现的不良效应定制解决方案[18]。就大部分河道而言，其底泥中污染物含量随着深度增加而降低，疏浚深度过小会使污染物的释放强度变大，疏浚过深会增大疏浚成本，因此当柱状样本中某深度位置底泥的污染物浓度突然较小，则此点可作为疏浚深度的控制点[19]。现如今，我国底泥常规的大型疏浚设备的垂直精度仅能控制在20 cm之内，无法满足某些已富营养化的浅水湖泊的治理要求，如何确定疏浚方法以及重要疏浚参数也存在着误区和关键技术支持的缺乏[20]。

1.2 引水冲污

引水冲污的主要目的是稀释、冲刷、使水体“变活”，其核心是合理配置水资源。最早通过引水冲污来治理水体富营养化的国家是日本，他们在1964年从利根川和荒川引入清洁水对隅田川进行冲污，使其水质得到明显改善，BOD等指标下降近一半，而我国引清治污始于20世纪80年代[21]。随后国内一些河流湖泊相继也开展这项工程，例如我国自1987年实施西湖引水工程，定期将钱塘江水引入西湖进行冲污，以此提高西湖水体交换率，当连续引水时TP浓度和COD值均呈下降趋势[22]。

引水工程局限性在于引水水源的选取受限，水源的水量水质直接影响引水后水体的变化情况，且其水质需优于被置换水体水质；若需要长距离引水，还须修建大量输水设施和生态防护设施，导致成本较高；停止引水后，营养盐水平可能会恢复到原值[23]。由此可见，单纯的冲污措施控制也只是一项治表的应急措施，难以实现长期且彻底的治理目标。

1.3 底泥覆盖

底泥覆盖技术是在受污染底泥上放置一层或多层覆盖物，隔离水体和底泥，以此阻止底泥中污染物向上覆水体释放，主要选用的覆盖物有未污染的底泥、砂砾、人造地基材料等[24]。首例原位覆盖技术的应用者为美国（1978年），随后其他几个国家如日本（1983年）、挪威（1992年）以及加拿大（1995年）也相继采取这种技术对河道进行原位修复[25]。BERG[26]等利用方解石作为覆盖材料进行试验，结果显示方解石能够控制底泥中约80%磷释放通量，效果至少可达2~3个月。徐金兰[27]等修复扬州段古运河富营养化水体运用了挂膜沸石覆盖技术，实验结束时底泥中氮的去除率达到52%。

原位覆盖技术的缺点在于覆盖材料的投铺，会增加河道湖泊中底泥的厚度，使上覆水体深度变浅因此不宜用在浅水湖泊，而如何选择清洁且无二次污染的覆盖材料也极为关键。

2 化学修复

化学修复是利用化学试剂与污染物发生反应，使其从底泥中分离或抑制其释放，常用药剂包括硫酸铁、三氯化铁、硝酸钙等[28]。1991年加拿大治理汉密尔顿港受污染底泥试验研究中应用了化学钝化技术，将Ca(NO3)2投入缺氧状态的底泥中，197天内底泥中78%的油和68%的PAHs均被降解[29]。林建伟[30]等向水体中投加硝酸钙后，底泥有机物在一定程度上有所降解，降解率和投加量呈负相关。TELANG[31]等研究表明，硝酸盐可增强底泥中硫化物氧化及硝酸盐还原的作用，可显著抑制硫酸盐还原菌生长繁殖，有效减弱底泥黑臭现象，但底泥注入的Ca(NO3)2浓度过高时，Ca(NO3)2向上覆水释放的概率增大，导致水体富营养化的风险增大。

由于投加化学药剂风险大、价格高、难操控、易污染，所以目前化学修复在内源治理中应用较少。因此，化学修复较适用于应急水处理，若是能选择其他修复方法控制内源污染，则最大程度上不选择化学修复法，以免给水环境及生态造成二次污染，使治理成本增加。

3 生态修复

3.1 水生动植物修复

生态修复的关键是削减湖泊水体和沉积物中的营养盐、有机质及其他污染物的负荷，控制藻类生长的营养基础从而限制其生长[32]，恢复水环境原有的生态环境及功能。主要技术包括水生动植物修复及微生物修复。

水生植物通过其发达的根系吸收水体中的氮、磷以合成自身所需的营养物质，并同时吸收富集重金属的有机污染物，伴随水生植物的打捞，便可将污染物带出，从而净化水体，目前研究和应用较多的植物有水葫芦、浮萍、芦苇、狐尾藻、金鱼藻、睡莲、美人蕉等[33]。金树权[34]等研究了美人蕉、凤眼莲等10种水生植物对水质的净化能力，发现这些植物对水中氮、磷的去除率范围分别为36.3%~91.8%和23.2%~94%。李素娜[35]等利用千屈菜生态浮床修复净化校园人工湖泊，6个月后使净化前的Ⅳ类水体恢复到Ⅲ类水体。姬芬[36]等针对立体生态浮床的净化效果进行研究，结果显示1年后该浮床仍具备去除污染物的良好状态，TN和NH4+-N的去除率分别可达94.2%和93.0%。

许铭宇[37]等分别研究了静水条件下叉尾斗鱼、鲢鱼、食蚊鱼、田螺4种水生动物净化富营养化水体的效果。结果表明，这4种水生动物在富营养水体中存活率不同，且初期对水质存在明显的净化作用，但伴随着水生动物的死亡，水体某些指标会增大，故须要及时打捞水生动物残骸，防止其成为内源污染物。

3.2 微生物修复

微生物修复是通过投加高效能的微生物菌剂，加速污染物的降解转化，同时对水环境中土著微生物有一定的促生和加强作用[38]。投加微生物菌剂分为两类: 一是直接向受污染河道投加微生物菌剂或酶制剂；二是投加微生物促生剂，促进河道中土著微生物生长，以形成稳定的生态系统[39]。陈建[40]等将微生物修复剂运用于城市景观湖泊修复中，发现水体中蓝藻减少量大于70%。李雪梅[41]等实验发现，投加微生物修复剂后，水体中总氮和总磷含量下降，水体透明度变好。杜聪[42]等以主要菌种为乳酸菌、酵母菌、丝状菌的微生物菌剂，将不同浓度的菌剂投加至水样中，试验结果表明，当菌剂投加量为0.05 g·L-1时可达到最佳净化效果；当菌剂投加质量浓度超过2 mg·L-1范围时，处理效果不佳，且由于大量微生物的投加而出现厌氧反应，使水质变差。

此外，微生物修复联合其他技术也可有效控制内源污染。李雨平[43]等将CaO2与粉末生物炭原位覆盖联用，探究其对无锡市滨湖区某河道的净化效果。研究表明，二者耦合可使底泥-水环境中的溶解氧显著提高，上覆水体溶解氧平稳保持在2 mg·L-1，抑制底泥中磷释放，将有机磷矿化为稳定态磷。徐熊鲲[44]等从成都某河道黑臭底泥中分离出一株土著微生物功能菌，其研究表明将土著微生物与曝气联用可显著净化上覆水体，修复受污染底泥，间歇曝气协同土著微生物的效果与连续曝气相近，且成本更低。

由此可见，投加微生物菌剂相对于其他方法而言，能有效增强水体的自净能力，具有对环境无二次污染的特点，符合生态文明建设的理念，具有良好的发展前景，其关键在于有针对性地投加菌种及确定最佳投加量。

4 总结与展望

内源污染是亟待解决的水污染关键问题，只有从根源上杜绝污染物的迁移转化，才能有效对水体进行治理。本文对内源污染的控制技术分别进行了举例和阐述，结合工程实际案例来看，在切断外源输入后，针对内源污染控制必须制定针对性强的控污方案，将物理、化学和生物生态技术联用，才能有效对受污染水域进行修复。

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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

周颖（1987-），女，江苏省南通市人，工程师，工程硕士，2018年毕业于东北石油大学建筑与土木工程专业，研究方向：污染物控制与生态修复。

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A

1004-0935（2020）09-1128-04