貴州省污染河流底泥治理現(xiàn)狀及原位修復研究

摘要：為掌握原位修復在污染河流底泥治理中的作用，以污染河流為試驗對象，現(xiàn)場采用微生物菌劑、氧化劑及曝氣等原位修復手段綜合研究其處理效果。研究表明，處理后底泥由深黑色變成黑褐色最后轉(zhuǎn)化成淡黃色，底泥狀況得到有效改善。水體總磷（Total Phosphorus，TP）、氨氮（NH3-N）和化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）濃度均呈下降趨勢，在間隔投加的情況下，NH3-N濃度維持在較低水平（小于5 mg/L），TP濃度維持在（1.5±0.1）mg/L，CODCr濃度維持在（70±10）mg/L，表明氧化劑及微生物聯(lián)用可有效降低污染河流底泥與水體中的污染物。

關鍵詞：黑臭底泥；生物修復；微生物；氧化劑

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-04

Remediation Status of Polluted River Sediments in Guizhou Province and Research on the In-Situ Remediation of Sediments

Abstract： Master the role of in-situ remediation in the treatment of polluted river sediment， take polluted rivers as experimental objects， and comprehensively study the treatment effect of in-situ remediation methods such as microbial agents， oxidants， and aeration on site. Research has shown that after treatment， the sediment changes from dark black to black brown and finally to light yellow， effectively improving the condition of the sediment. The concentrations of Total Phosphorus（TP）， ammonia nitrogen （NH3-N）， and Chemical Oxygen Demand （CODCr） in the water showed a decreasing trend. Under intermittent dosing， the NH3-N concentration remained within a low range （less than 5 mg/L）， the TP concentration remained within the range of （1.5±0.1） mg/L， and the CODCr concentration remained within the range of （70±10） mg/L， indicating that the combination of oxidants and microorganisms can effectively reduce pollutants in river sediment and water.

Keywords： Black-odor sediments; bioremediation; microorganisms; oxidant

污染河流通常存在截污不徹底或未截污情況，進入河流的無機物與持久性有機物等最終沉積在底泥中，導致底泥污染物含量較高。當條件合適時，這些污染物則會在水體中釋放，對河流生態(tài)系統(tǒng)中污染物的生物地球化學循環(huán)起著重要作用[1]，加重河流污染[2-3]。底泥污染治理是河流內(nèi)源污染控制的關鍵，直接影響河流治理效果[4]。隨著水污染防治攻堅戰(zhàn)的開展，河流底泥處理越來越受到人們重視[5]。在河流原位采用化學、物理、生物等方法降解底泥中的污染物，具有投入少、環(huán)境影響小、效果好等優(yōu)勢。底泥原位生物修復治理包括兩類：一類是通過修復底泥環(huán)境而促進微生物對污染物的降解，也叫生物促生技術；另一類是投加微生物、曝氣和種植植物等來削減污染。原位生物修復能有效控制和減少底泥污染物的釋放和對上覆水體的影響，為后續(xù)底泥資源化利用提供條件[6]。新興的聯(lián)合修復技術集成各單獨修復工藝的優(yōu)點，與底泥的異位處理技術相比能夠減少疏浚帶來的環(huán)境干擾。近年來，我國對于泥污染治理的研究和應用也逐漸得到重視[7]。工程實踐表明：曝氣聯(lián)合土著微生物投加對污染水體具有良好的修復效果，曝氣控制水體溶解氧濃度在3.0 mg/L以上，具有較好的生物修復效果，水體化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）、氨氮（NH3-N）、總磷（Total Phosphorus，TP）最大去除率分別達65%、16.3%和20.5%[4]。向底泥和上覆水投加馴化培養(yǎng)的優(yōu)勢菌配合光合菌、硝化菌，上覆水水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，在微生物的作用下，有機物得到去除，上覆水體的CODCr、NH3-N、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）以及TP濃度顯著下降，去除率為68.1%～85.2%，大大提升了河流自凈能力[8]。

現(xiàn)階段，貴州省內(nèi)對河流污染底泥原位生物治理的研究報道較少，研究對象多為高原深水水庫污染物的原位覆蓋研究。例如：對紅楓湖底泥進行原位覆蓋控制底泥中磷污染釋放模擬開展研究，發(fā)現(xiàn)水泥對底泥磷釋放抑制效果最佳，適合用量在4～6 kg/m2[9]；對于百花湖，研究了原位掩蔽對底泥中汞釋放的抑制效果，確定了原位掩蔽最佳厚度為2 cm，最佳掩蔽材料為高嶺土，擾動對掩蔽效果的影響不明顯，在百花湖重度污染區(qū)域進行封閉式中試試驗，原位掩蔽對底泥中汞釋放的抑制具有較好的效果，控制率可達47.1%±17.1%[10]。本研究以污染河流為研究對象，現(xiàn)場采用微生物菌劑、氧化劑及曝氣等原位修復手段綜合研究其處理效果，以期為同類型的工程提供借鑒。

1 試驗部分

研究以微生物技術為主導結合物理和化學方法，通過向黑臭底泥和水體投加微生物菌劑與化學藥劑，以及在污染區(qū)域安裝負載有微生物的載體填料和曝氣等方法，聯(lián)合修復底泥及水體，得出相應的底泥和水體中營養(yǎng)鹽削減和控制方法。前期主要以物理和化學方法為主，中后期通過微生物調(diào)控，確保能夠長期維持底泥修復效果。

1.1 試驗對象

試驗現(xiàn)場選定在某污染河流一段，該河流河面寬約10 m，長約200 m，平均水深為0.35 m，河中間底泥最深，厚度約為1 m。存在一醬油廠排污口，每天廢水排放量為200 t，試驗開始前，整個河段底泥呈深黑色，水體呈棕褐色，透明度極低。由于未截污，醬油廠每天不間斷排水，河流水質(zhì)指標如表1所示。

1.2 試驗材料

試驗材料包括固定化微生物顆粒、微生物制劑以及底質(zhì)修復劑。固定化微生物顆粒為自主研發(fā)的一種多功能微生物制劑，是從自然界中篩分純化后，聯(lián)合枯草芽孢桿菌、酵母菌、硝化菌等及在發(fā)酵過程中分泌的酶固定在火山石上而得到。微生物制劑的復合微生物菌液由硝化菌、芽孢桿菌、酵母菌組成。針對水體污染物類型，選出合適的微生物將污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)進行生長繁殖，以降解、去除污染物。底質(zhì)修復劑由過硫酸氫鉀與硝酸鈣自由配比混合而成，硝酸鹽作為電子受體可被大量與有機物氧化相關的微生物還原，進而促進有機污染物的生物降解[11]。

1.3 試驗方案

在不影響河流排洪的前提下，在醬油廠排污口附近攔截一道柔性水壩以減緩水流速度，延長微生物在水體中的停留時間。用過曝氣機和硫酸氫鉀與硝酸鈣自由配比混合而成底質(zhì)修復劑對河流底泥進行適當化學和物理強化處理，在底泥顏色由深黑色逐漸變?yōu)榛液稚?，以微生物為主導技術，繼續(xù)修復底泥，試驗期間采用哈?？焖贆z查儀監(jiān)測上覆水水質(zhì)的TP、NH3-N、CODCr指標，并觀察記錄底泥的顏色變化。

1.4 試驗流程

該試驗分為4個階段開展。

第一階段，微生物馴化過程。直接投放微生物復合菌液和掛放生物火山石填料，營造一個適合微生物生長的環(huán)境。

第二階段，固定化微生物的建群。將負載有芽孢桿菌等微生物的活性白土（沸石粉、硅藻土），顆?；旌暇鶆?，投入泥水分界面，通過強化處理使其形成優(yōu)勢種群，分解底泥表面的有機物等污染物質(zhì)。

第三階段，底質(zhì)修復劑調(diào)節(jié)。底泥開始轉(zhuǎn)黃后，間斷投放適量過硫酸氫鉀和硝酸鈣顆粒繼續(xù)強化處理，提高泥水分界面的氧化還原電位，抑制池底厭氧菌的繁殖，同時去除微生物難以降解的有害、有毒有機物質(zhì)。

第四階段，微生物強化處理。微生物受自身新陳代謝和周邊環(huán)境因素影響，導致部分微生物消亡或老化失去活性，根據(jù)水體表觀及水質(zhì)情況，每隔一段時間，補投微生物菌劑，以維持足夠的活菌數(shù)。投放菌劑的種類及數(shù)量如表2所示。

2 結果與分析

2.1 底泥原位修復效果

試驗前后表觀效果對比如圖1所示。在試驗的前半個月底泥基本沒有變化。一個月后，底泥出現(xiàn)薄薄的氧化層，顏色由試驗前的深黑色逐漸轉(zhuǎn)為變成黑褐色，最后轉(zhuǎn)化成淡黃色，即使停止曝氣，底泥表觀顏色也沒有變化，現(xiàn)象明顯，水體較清澈，持續(xù)時間約半個月。由于試驗河流附近有豬場和魚塘曬塘，大量魚塘水和豬糞水約8 000 m3直排入試驗段，導致水體渾濁，部分受到水流沖擊的底泥顏色又恢復到黑褐色。

2.2 水質(zhì)改善效果

試驗段水質(zhì)指標濃度變化曲線如圖2所示，其中，虛線前投加河流水質(zhì)微生物和掛放生物火山石填料凈化底泥，虛線后投加底泥修復劑凈化底泥。由圖2可知，經(jīng)過近3個月的底泥修復試驗，在附近豬場和魚塘沒有大量排污的情況下，水體NH3-N濃度明顯降低，基本維持在5 mg/L以下。比較微生物投加期間的數(shù)據(jù)可看出，在試驗段微生物對NH3-N的降解發(fā)揮了重要作用，在間隔投加的情況下，NH3-N基本維持在較低濃度（小于5 mg/L），停止投加微生物后，NH3-N濃度又逐漸升到較高水平，達11.1 mg/L，可知微生物要持續(xù)投加才能達到降低水體污染物的作用，且最好間隔投加。投加底泥修復劑后，底泥表觀發(fā)生改變，水體NH3-N濃度也處于較低水平，但由于河流附近魚塘開始大面積排水，水體NH3-N濃度逐漸升高，最高值達到13.3 mg/L，在此期間，通過曝氣及投加微生物強化處理，水體NH3-N濃度逐漸降低。底泥修復實施后，水體TP濃度呈逐漸降低趨勢，最低值僅為0.18 mg/L，但之后由于附近魚塘大量排水導致其濃度又呈增高趨勢，魚塘排水后水體TP濃度才緩慢降低至0.57 mg/L。總體來說，在沒有大量排污條件下，采取微生物處理措施后，水體TP濃度呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，然后趨于穩(wěn)定，基本維持在（1.5±0.1）mg/L。相對于NH3-N和TP，CODCr濃度的波動較大，投加底泥修復劑后，CODCr濃度升至158 mg/L后呈逐漸降低趨勢，最低達36 mg/L，但附近魚塘大量排水，其濃度又出現(xiàn)一定程度上升。通過與以前的水質(zhì)凈化措施及底泥修復試驗比較，CODCr濃度變化均出現(xiàn)相似的波動規(guī)律，可能與周邊的污染源種類有關，但是通過微生物技術處理后，在沒有大量排污條件下，水體CODCr濃度基本維持在（70±10）mg/L。工程中僅采用曝氣措施對底泥生物修復的效果不明顯，建議采用曝氣和底泥生物修復技術聯(lián)合處理才能達到好的修復效果[4]。篩選和馴化針對污染物的高效微生物（或土著微生物）并投加在底泥中，利用微生物代謝作用對污染物分解、轉(zhuǎn)化與降解，以削減底泥污染物負荷，持續(xù)改善河流生態(tài)環(huán)境。在好氧環(huán)境下，微生物可將有機污染物降解為CO2、NO3-、H2O等，也能將重金屬等轉(zhuǎn)化為惰性狀態(tài)，減少其遷移與釋放。為降低微生物流失，增強保持其降解能力，微生物可固定在各種載體上投加[3]。

3 結論

試驗中底泥由深黑色變成黑褐色最后轉(zhuǎn)化成淡黃色，底泥狀況得到有效改善。在無大量排污情況下，基本能維持處理效果。如果有污染物持續(xù)排入，停止曝氣后底泥很快將返黑，水質(zhì)惡化。對有持續(xù)污染進入河流需多次投加處理劑方能取得連續(xù)效果，而截污才能根本解決問題。在底泥表觀改善前提下，試驗段水體較清澈，水體TP、NH3-N和CODCr濃度均呈下降趨勢，在間隔投加的情況下，NH3-N濃度小于5 mg /L，TP濃度維持在（1.5±0.1）mg/L，CODCr濃度維持在（70±10）mg/L，表明氧化劑及微生物聯(lián)用可有效降低底泥與水體中污染物。研究表明，生物法修復為主前期化學法為輔的方法更合適和有效。投加氧化劑可快速改善底泥黑臭環(huán)境，但氧化劑具有一定時效，過后效果將大大減弱。在投加氧化劑后可投放微生物菌劑，繼續(xù)增強對污染物的降解能力，優(yōu)于只投加微生物的效果。

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