黑臭河道已經(jīng)成為我國面臨的主要水環(huán)境問(wèn)題，其對我國水環(huán)境造成巨大的影響。黑臭河道內源的主要特征是還原程度、高氮磷污染嚴重，甚至呈現復合污染的問(wèn)題，同時(shí)表觀(guān)上表現出發(fā)黑發(fā)臭的現象。由于黑臭河道底泥長(cháng)期處于高營(yíng)養負荷污染，底泥可持續向上覆水中釋放營(yíng)養鹽，由此成為湖泊重要的外源輸入。使本已處于富營(yíng)養化狀態(tài)的湖泊繼續惡化。因此，必須采樣相關(guān)措施對重污染底泥進(jìn)行治理。 

　　目前，國際上通用的幾種底泥內源治理方法包括：底泥疏浚、原位鈍化、原位曝氣（增氧）。各種方法均在不同情境的水環(huán)境治理中有應用，也取得了一定的效果。然而，到底哪種方法具有優(yōu)勢？對底泥內源削減效果如何？對沉積物微生物群落組成以及長(cháng)期內源削減效應到底是什么樣的結果？ 

　　基于上述科學(xué)問(wèn)題，尹洪斌等科研人員選取巢湖主要支流南淝河底泥作為研究對象，室內研究了底泥疏浚、原位鈍化（控氮+控磷材料）以及曝氣增氧對底泥內源的控制效果。在120天的研究中發(fā)現，三種技術(shù)對上覆水氮磷的控制存在較大差異。 

　　對于上覆水磷而言，各個(gè)技術(shù)均可有效控制磷的濃度，但各個(gè)技術(shù)在控制水體磷的效率方面隨時(shí)間增加逐漸衰減。原位鈍化和曝氣增氧均可有效控制上覆水體中總氮與氨氮的濃度，但是底泥疏浚卻無(wú)法有效控制上覆水中氮的濃度。 

　　同樣，底泥疏浚、原位鈍化以及曝氣增氧技術(shù)均可有效控制底泥磷的釋放，其中底泥疏浚表現最為出色（疏浚較為徹底為前提）。令人遺憾的是，底泥疏浚能造成底泥氨氮的大量釋放。這主要是由于氨氮的濃度傾向于在沉積物底部富集。底泥疏浚雖然將表層重污染底泥移除，但卻將底泥高濃度氨氮的間隙水暴露，造成較大的濃度梯度差，由此引起疏浚初期氮的大量釋放。 

　　有研究表明，底泥疏浚在長(cháng)期尺度可有效控氮，但是上述研究多是控制模擬實(shí)驗。究竟長(cháng)期控氮是由于上覆水中氧濃度的增高造成氨氮的氧化，還是另有原因，有待在實(shí)際的疏浚工作中進(jìn)行檢驗。 

　　對于內源氮磷污染削減方面，底泥疏浚無(wú)疑是最佳方法。“新生”界面相對潔凈，仍可持續吸附上覆水中的氮磷。此外，底泥氮磷含量相對較低，底泥氮磷的易活化形態(tài)也相對較低，因此利于底泥固相氮磷的控制。曝氣增氧隨可在一定時(shí)間內對上覆水中氮磷以及界面釋放起到一定的控制作用，但該方法對底泥氮磷形態(tài)的轉化幾乎不起作用。原位氮磷控制材料的材料可將底泥中活性磷轉化為惰性磷，由此削減界面磷的釋放。但底泥中氮的材料捕獲了大量可交換態(tài)的氨氮，致使底泥氨氮大量升高。到底捕獲的氮是否能夠再次釋放到水體中，需要深入研究。此外，重污染河道底泥中存在大量的水絲蚓等生物，生物擾動(dòng)作用可攜帶大量材料下潛，由此造成底部沉積物中活性磷也被削減。然而，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，表層沉積物中活性磷的含量又繼續升高。該研究表明，目前的幾種主流治理技術(shù)均存在問(wèn)題，發(fā)展多技術(shù)聯(lián)用的方法勢在必行。同時(shí)，應用針對我國黑臭河道底泥污染情況的共性問(wèn)題，研發(fā)出廣譜性的治理技術(shù)與方法。 

　　通常，黑臭水體易發(fā)區底泥呈還原環(huán)境，底泥硫化物含量高，黑臭水體的形成與底泥（底質(zhì)）環(huán)境密切相關(guān)，底泥中高含量的有機質(zhì)厭氧分解致使表層底泥中形成厭氧甚至極度厭氧的環(huán)境，促使底泥中大量的致黑硫化物生成，在高溫、水動(dòng)力作用下會(huì )導致水體黑臭的發(fā)生。因此，還原性底泥的治理是黑臭水體治理的關(guān)鍵，也是該區域生態(tài)環(huán)境恢復的基礎。目前，投加氧化劑（過(guò)氧化鈣、過(guò)氧化氫）以及電子受體（硝酸鹽）是治理硫質(zhì)底泥的常用方法。雖然多數研究者認為這是一種應急措施，而非長(cháng)久控制技術(shù)。但研究者認為，該技術(shù)的使用至少可為水生植物的恢復搶占時(shí)間，良性生境的營(yíng)造是水生植物恢復的基礎。投加硝酸鹽被認為是一種比較溫和的治理方法，其原理是基于硫驅動(dòng)的自氧反硝化（方程1）：8MeS^2-+5NO₃^-+6H₂→5SO₄^2-+4N₂+2H⁺+5Me(OH)₂  

　　但是在具體投加過(guò)程中，理論投加量是否有效，以及底泥中有機質(zhì)、Fe²⁺濃度、微生物以及溫度等對上述反應有何影響仍不得而知。基于上述科學(xué)問(wèn)題，本實(shí)驗采集富硫底泥（AVS含量高達1200mg/kg），采用室內模擬研究的方法，詳細研究了電子受體（硝酸鹽）劑量效應以及相關(guān)因子對底泥氮硫反應的影響。研究結果表明，基于方程1的理論投加量是不足以完全氧化底泥中的還原性硫（AVS）。由于硝酸鹽劑量的缺失，會(huì )導致治理效果的反彈，而1.6倍劑量的理論值相應可達到接受的治理效果。但過(guò)度的硝酸鹽會(huì )促使底泥間隙水中氨氮的急劇升高，主要是由于底泥中還原性鐵與硝酸根的異化還原（DNRA）反應。因此，底泥中鐵含量的高低也間接推高電子受體的投加劑量。此外，研究中詳細討論了上述羅列的各個(gè)環(huán)境因子對底泥中外加硝酸鹽與硫反應的機制。論文最后認為，應該在充分調查我國不同類(lèi)型黑臭河道底泥的基礎上，通過(guò)大量模擬反應實(shí)驗，構建普適性的氮硫劑量反應效應方程，從而為我國黑臭河道治理做出貢獻。此外，研究人員認為研制緩效型、智能電子供體在河道底泥治理中將發(fā)揮重大作用。 

　　以上研究成果得到了十三五巢湖國家水體污染治理重大專(zhuān)項、中科院交叉團隊、國家自然科學(xué)基金以及中科院一三五的資助，成果發(fā)表于Yin et al., Science of the Total Environment, 2019,663, 68-77 及Yin et al., Chemical Engineering Journal, 2019, 371, 516-523.上。 

　　論文連接： 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719303742 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719308733?dgcid=author 

圖1 不同底泥修復技術(shù)與方法的論文摘要 

圖2 不同技術(shù)對底泥氮磷釋放的控制效果 

圖3 不同技術(shù)對底泥磷形態(tài)的影響