水体底泥原位修复技术及应用

【摘要】1前言 随着社会经济的快速发展，工业化和城镇化的不断推进，工业废水和生活污水的集中大量排放，水体中有机碳污染物、有机氮污染物以及含磷化合物负荷不断加大，水体水质污染日趋严...

摘要：社会经济快速发展带来了日益严峻的环境问题，污水的大量集中排放使水体污染日趋严重，底泥上污染物的分解对植物重建和水体修复的影响很大。原位修复技术已越来越多的被应用到水体底泥的修复中，本文主要针对天然粘土矿物原位除藻技术、生物制剂原位修复技术来详细介绍水体底泥原位修复技术及其应用。

关键词：水体底泥修复;原位修复技术;生物制剂原位修复技术;天然粘土矿物原位除藻技术

Abstract: the rapid development of social economy has brought increasingly serious environmental problems, a great deal of sewage emission to serious water pollution, decomposition of sediment pollutant effects on plants and the great reconstruction of water. In situ remediation technology has been increasingly applied to repair the water sediment, the natural clay minerals in situ removal technology, biological preparation in situ remediation technology to introduce water in-situ sediment remediation technology and its application.

Keywords: water sediment remediation; in situ remediation technology; biological preparation in situ remediation technology; algae removal technology of natural clay minerals in situ

中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

1前言

随着社会经济的快速发展，工业化和城镇化的不断推进，工业废水和生活污水的集中大量排放，水体中有机碳污染物、有机氮污染物以及含磷化合物负荷不断加大，水体水质污染日趋严重。水体富营养化也已成为世界性的环境问题，突出表现为蓝藻水华暴发、沉水植物衰退和底泥的高度厌氧。水体底泥是大型沉水植物固着的基础，也是植物生长所需营养物质的重要来源。底泥上污染物的分解会消耗过多的溶解氧而导致底泥和底层水体缺氧，造成植物根系呼吸困难;同时，厌氧分解过程中产生的还原性有毒物质，也可能对植物产生毒害。尤其在一些大型浅水湖泊的湖湾和湖口区，暗黑、发臭的厌氧污泥不仅造成了严重的内源污染，也会影响植物重建和水体修复。本文就水体底泥修复中常用的原位修复技术做一下介绍。

原位生物修复技术是一种有发展潜力、效率高且投资少的环境修复技术。研究原位生物修复技术的过程、效果以及系统的利用率越来越成为人们关注的热点。

所谓原位修复技术就是利用微生物对污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行现场处理。该技术应用于被石油类碳氢化合物所污染约地下水治理己经有多年历史,但是直接用于治理被其它污染物污染的地下水和水体底泥也只是近几年的事。原位修复技术的研究结果一方面加深了我们对该技术使用过程中一些限制因素的理解,同时也为使用其他相关的生物、化学和水力参数等提供了帮助。以下将结合具体的应用来介绍一下水体底泥的原位修复技术。

2天然粘土矿物原位除藻技术

天然粘土矿物原位除藻技术是指采用当地易得的底泥或岸边粘土等经改性处理后，用于凝聚、沉降去除水体中的污染物及有害藻类，因其具有材料廉价易得、安全无毒、操作简单等优点，被认为是目前最具前景的应急除藻技术之一。邹华等提出、发展并应用了改性当地土壤除藻技术，研究了其除藻机理、室内和围隔实验及其对水质改善的作用，实现了应急水华治理、水质底质改善和沉水植物恢复的综合效应。随着当地土壤湖泊修复技术的发展和完善，改性土壤及去除的蓝藻在水-沉积物界面处的变化及该技术长期的生态效应更加引起关注，Pan等提出通过追加喷洒原位土壤覆盖先期絮凝的蓝藻及其所含营养盐实现对沉降蓝藻封藏、对污染底泥覆盖、生境改善和“藻-草”转化的技术。

室内模拟系统中，在高度厌氧底泥上进行土壤和硅藻土原位覆盖修复，约1 cm 的材料能够明显逆转底质和水质条件: 污染厌氧底泥与水体隔绝，表层底质类型改变; 底泥的氧化还原电位大幅上升(分别提高了48. 37%和46. 77%); 水体中的TN、TP释放受到减缓，营养盐含量降低; 相比于对照水体底层溶解氧的明显下降，覆盖材料使水中溶氧维持在初始水平并略有升高。底质覆盖的箱体中，苦草种子萌发并长势良好，而对照箱体中苦草种子萌发后幼苗腐烂死亡，可见土壤和硅藻土原位覆盖有效缓解了不利的环境胁迫，为苦草重建提供了适宜的底质和水质条件。硅藻土箱体中苦草的生物量、叶绿素和根冠比都高于土壤覆盖箱体，因而具多孔结构的硅藻土表层底质更利于植物的生物累积和根系定植。

本技术适用于底层厌氧严重的区域，如湖湾区或较为平静的水体; 然而天然水体经常面临风浪、水生动物等扰动会破坏土壤覆盖层，这也是该技术目前的局限性所在，因而有待开发更多新的覆盖材料以实现更稳固的覆盖和更长期的效果。

3生物制剂原位修复技术

3.1 生物制剂原位修复技术的概念

生物制剂原位修复技术主要是通过向污染水体中投加生物制剂，调控水体中微生物群体组成和数量，优化群落结构，提高水体中有自净能力的微生物对污染物的去除效率，使河水最大程度恢复其原有的自净能力，使污染物就地降解或转化成无害物质。该技术不需要搬运或输送污染水体(包括底泥和岸边受污染的土壤)，而是在受污染区域直接进行原地的水体修复，具有使用安全方便、降解污染物彻底且费用低廉的优点。

3.2 生物制剂的种类和应用现状

用于生物修复的微生物通常是经过反复筛选的、对污染物具有较强降解功能的微生物菌株，也可以是以这些功能性微生物为核心经过进一步开发形成的商品化微生物菌剂。根据污染环境的不同，可以按照微生物生长代谢规律向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂或电子受体等来激活水环境中土著微生物的代谢潜能，抑制产生黑臭的菌群生理活性。通过以上几种手段强化微生物对污染物的降解效能，从而达到水体原位修复的目的。以下对组成生物制剂的微生物菌剂、生物促生剂以及基质竞争抑制剂在水体底泥修复的应用逐一进行介绍。

3.2.1 投加复合微生物菌剂

3.2.1.1 微生物菌剂的组成

复合微生物菌剂一般由光合菌类、放线菌类、乳酸菌类、酵母菌类等数种微生物菌群组成，其中既有分解性细菌，又有合成性细菌，既有厌氧菌、兼性菌，又有好氧菌，是一个多菌种互惠共存的生物体。制剂组成中的光合细菌群在本身生长过程中能产生大量维生素C 和维生素E 以及各种氨基酸和刺激素，从而能促进动植物生长，提高抵抗力；酵母菌细胞含有的高量超氧化物歧化酶（SOD），可有效地催化体内超氧阴离子自由基O2-转换成无害的H2O和O2，解除O2对机体的毒害作用。而且在他们生长代谢过程中能形成多种B族维生素和生理活性物质，有助于其他微生物和动植物的营养吸收，增强有效菌的活性；放线菌中的大多数菌种，在代谢过程中能产生不同类型的抗生素，而且放线菌群还具有较强的分解复杂含氮和不含氮有机物的能力，对自然界物质转化和土壤改良起着重要作用；乳酸菌属在有氧条件下获得能量合成细胞物质，在厌氧状态发酵乳糖，产生乳酸而形成酸性环境，可有效地抑制腐败微生物的繁殖，促进有益微生物的生长，改善环境中的微生物群落结构。