富營(yíng)養(yǎng)化指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮(N)、磷(P)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起一些特征性藻類的異常增殖，使水體的顏色加深(褐色或墨綠色)，水體透明度下降，溶解氧(DO)降低，水質(zhì)惡化，魚類和其他生物大量死亡，水體有魚腥氣味，從而破壞水體生態(tài)平衡。底泥為水生植物的生長(zhǎng)提供了養(yǎng)分，為底棲動(dòng)物的繁衍提供了場(chǎng)所，但同時(shí)也為各種污染物的積累和富集提供了更加穩(wěn)定的場(chǎng)所。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，即使在外源污染物被截?cái)嗟那闆r下，底泥作為內(nèi)源污染，仍會(huì)釋放N、P等營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)藻類異常增殖，從而加速水體富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程。底泥污染物濃度可以初步反映出水體的受污染程度。水體底泥具有生物毒性，如馬梅等的研究發(fā)現(xiàn)，樂安江20~195km處的沉積物皆顯示毒性。因此，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體底泥的研究至關(guān)重要，本文描述了湖泊和池塘底泥的污染現(xiàn)狀，并據(jù)此論述了污染底泥的修復(fù)技術(shù)，此研究也為進(jìn)行底泥修復(fù)提供參考。
一、底泥的污染現(xiàn)狀
1.1 湖泊底泥污染現(xiàn)狀
底泥作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，是沉積物-水界面物質(zhì)交換的過渡帶。湖泊底泥中原本存在著大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可滿足水體中植物和動(dòng)物的生長(zhǎng)需求。近年來，由于污染加重，水體中N、P含量的增加使水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況日益嚴(yán)重。底泥一般可作為湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、難降解有機(jī)物等污染物的蓄積庫，成為了水體主要的污染源。李勇等通過對(duì)長(zhǎng)蕩湖底泥中總氮(TN)與總磷(TP)的研究發(fā)現(xiàn)，TN和TP的變化是湖泊水質(zhì)變化的一個(gè)縮影。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲、北美洲、南美洲和非洲分別有53%、48%、41%和28%的湖泊因富營(yíng)養(yǎng)化而受損，亞洲54%的湖泊也呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，在我國(guó)已有67個(gè)湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化，約占湖泊總數(shù)的51.2%，調(diào)查顯示太湖流域內(nèi)，超75%的河道長(zhǎng)度N、P嚴(yán)重超標(biāo)，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。巢湖內(nèi)源污染中TN含量占18.5%~34.7%，TP含量占23.7%~29.4%。研究表明，減少過多的外部營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷是減輕富營(yíng)養(yǎng)化最直接的措施。然而，當(dāng)入湖營(yíng)養(yǎng)鹽的負(fù)荷量減少，甚至完全截污后的幾年內(nèi)，湖泊仍可發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，甚至出現(xiàn)野水華冶。造成此現(xiàn)象的主要原因是水體中的營(yíng)養(yǎng)元素與底部沉積物之間存在溶解-沉積動(dòng)態(tài)平衡院在物理、化學(xué)和生物學(xué)作用下，外源性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體后會(huì)沉積到底泥中，而當(dāng)水體中含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量下降到一定限度時(shí)，底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)則會(huì)重新釋放到水體中，對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。其中，流域管理后維持富營(yíng)養(yǎng)化癥狀的主要過程是P的內(nèi)部循環(huán)，湖中P會(huì)從高外部負(fù)荷時(shí)期積累的沉淀池中釋放出來。因此，富營(yíng)養(yǎng)化緩解應(yīng)旨在將P負(fù)荷降低到臨界閾值以下。雖然目前P滅活劑(PIAs)與其他修復(fù)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理，但結(jié)果不容樂觀，營(yíng)養(yǎng)鹽季節(jié)性釋放這一現(xiàn)象可以維持約數(shù)十年的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。姜加虎等對(duì)底泥污染進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，即使嚴(yán)格控制外源性污染物，污染沉積物恢復(fù)到治理前的狀況仍需要數(shù)十年。同樣，武漢東湖在截污工程完成后，理論上只需3年水體便可恢復(fù)，卻由于底泥的釋放作用，不得不耗費(fèi)35年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間來恢復(fù)污染水體。由此可見，含高濃度污染物的底泥作為湖泊水體的主要污染源，不僅威脅著水生生物，還會(huì)對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
1.2 池塘底泥污染現(xiàn)狀
池塘養(yǎng)殖是目前中國(guó)主要養(yǎng)殖方式，其產(chǎn)量占淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的70%以上。截至2016年，我國(guó)已有養(yǎng)殖池塘面積276萬hm2，占淡水養(yǎng)殖總面積的44.7%，產(chǎn)量達(dá)2286萬t，居世界首位。池塘中養(yǎng)殖動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，很大部分來自于養(yǎng)殖戶的餌料投入。為了追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化，養(yǎng)殖戶大量投入人工飼料，造成底泥中大量的殘餌糞便堆積，使池塘富營(yíng)養(yǎng)化狀況加重。歐陽佚亭等通過對(duì)中國(guó)28個(gè)省、自治區(qū)和直轄市中24種淡水池塘養(yǎng)殖魚類的污染負(fù)荷進(jìn)行量化，得出結(jié)論院2014年，中國(guó)淡水池塘養(yǎng)殖魚類中TN、TP、COD污染負(fù)荷分別為61388、11273、592288t。池塘富營(yíng)養(yǎng)化的原因主要有2個(gè)，一是外來物質(zhì)，如工業(yè)廢水、生活污水經(jīng)雨水沖刷進(jìn)入池塘，人工投喂飼料量過剩等，都會(huì)使池塘中的N、P含量增加，當(dāng)過多的有機(jī)物堆積在底泥中時(shí)，將會(huì)改變底泥的理化指標(biāo)，加快微生物的分解，導(dǎo)致底泥DO不足，因缺氧或無氧而轉(zhuǎn)化為還原態(tài)。二是內(nèi)源，即池塘中底泥等沉積物的自身分解造成池塘中N、P含量上升。
有研究表明，養(yǎng)殖池出水是中國(guó)沿海地區(qū)水污染的重要 >
二、富營(yíng)養(yǎng)化水體底泥修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展
針對(duì)日益嚴(yán)峻的水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況，各種修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體底泥的修復(fù)處理位置，可分為原位修復(fù)和異位修復(fù)2種類型。原位修復(fù)技術(shù)指的是不用轉(zhuǎn)移污染體自身的位置，就地對(duì)其進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)。異位修復(fù)指將被污染的底泥轉(zhuǎn)移至其他地方進(jìn)行集中處理。根據(jù)修復(fù)技術(shù)的作用機(jī)理又可分為3種類型，即物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。
2.1 原位修復(fù)技術(shù)
2.1.1 原位物理修復(fù)技術(shù)
(1)底泥覆蓋技術(shù)。底泥覆蓋是原位物理修復(fù)技術(shù)中常用的方法，即在原有底泥的基礎(chǔ)上再覆蓋一層未經(jīng)污染的底泥、礪石、沙或一些人造地基材料等覆蓋物。1978年，美國(guó)首次實(shí)施了原位覆蓋工程，隨后日本、挪威和加拿大在1983年、1992年和1995年相繼實(shí)施了這一技術(shù)。薛傳東等利用底泥覆蓋技術(shù)對(duì)滇池進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，紅土作為覆蓋材料對(duì)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體效果良好。盡管此法可以達(dá)到修復(fù)污染底泥的效果，但極易造成水體的庫容量減少，因而對(duì)淺水流域和池塘并不適用。此外，尋找便宜清潔的覆蓋材料 >
(2)引水技術(shù)。引水沖污、建筑大壩是常用的一種方法。美國(guó)曾通過引水工程治理Green湖的富營(yíng)養(yǎng)化狀況，取得了顯著成效。劉薇等調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大量外流域引水對(duì)異龍湖的凈化效果顯著。肖瓊等[通過對(duì)玄武湖的研究發(fā)現(xiàn)，引水工程確實(shí)可降低底泥中的污染物濃度，緩解水體的富營(yíng)養(yǎng)化，但此法使水體原有的生態(tài)系統(tǒng)被破壞，并未從根本上解決問題。此外，該法工程量大、成本造價(jià)高，因而運(yùn)用起來有較大的局限，不宜大規(guī)模推廣。
(3)人工曝氣技術(shù)。根據(jù)水體分層是否被破壞，可將其分為2種類型院破壞分層和深水曝氣。破壞分層，即破壞掉水體的分層結(jié)構(gòu)，促進(jìn)上下層水的流動(dòng)，有助于增加水體DO濃度，促進(jìn)水生生物的生長(zhǎng)，但是水的流動(dòng)可能會(huì)引起底部沉積物的上浮，從而有可能進(jìn)一步導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，引發(fā)二次污染。深水曝氣可增加底層水體DO，對(duì)水生生物的生存有利。自20世紀(jì)60年代起，水體曝氣充氧技術(shù)就被許多國(guó)家用來改善水體質(zhì)量，德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)等國(guó)采用不同方式對(duì)水體進(jìn)行曝氣增氧，均取得了不錯(cuò)的效果。
2.1.2 原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)
主要是底泥封閉技術(shù)，即通過向底泥中添加化學(xué)試劑，使其在底泥的表面形成一個(gè)覆蓋層來固定水體中和底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽，阻止底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向水體釋放。德國(guó)曾用鐵復(fù)合物和硝酸鹽對(duì)Globsow湖和Dagow湖的底泥進(jìn)行處理，處理結(jié)果顯示磷的釋放量從處理前的4~6mg/(m2•d)到處理后幾乎無釋放，說明取得顯著成效。但目前工程中應(yīng)用較多的是鋁鹽，如硫酸鋁[Al2(SO4)3]和偏鋁酸鈉(NaAlO2)，因?yàn)殇X鹽和P會(huì)生成性質(zhì)較穩(wěn)定的絡(luò)合物或聚合物，即便在缺氧甚至厭氧的狀態(tài)下也不會(huì)釋放P。Welch和Cooke在研究了美國(guó)21個(gè)用鋁鹽處理的湖泊后認(rèn)為，當(dāng)沒有大型水生植物干擾時(shí)進(jìn)行鋁鹽處理，多循環(huán)湖和雙循環(huán)湖的有效期分別約為10年和15年。
2.1.3 原位生物修復(fù)技術(shù)
原位生物修復(fù)是指利用具有高效降解功能的植物、動(dòng)物、微生物的生命活動(dòng)將底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)效果。在生物修復(fù)的過程中，植物修復(fù)具有投資少、風(fēng)險(xiǎn)小、符合生態(tài)修復(fù)要求等優(yōu)點(diǎn)，往往成為污染防治的首選技術(shù)。水生植物修復(fù)技術(shù)是最常用的一種技術(shù)手段，主要是在水體底泥污染環(huán)境中，種植一些耐受性和吸收能力都相對(duì)較強(qiáng)的植物，在其自身生長(zhǎng)過程中能夠吸收水體中的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且還可以通過定期收獲水生植物帶走某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而有效地降低水體環(huán)境的受污染程度。李文朝在太湖五里湖中種植了水生植物，結(jié)果顯示，水生植物的生長(zhǎng)可以加快生態(tài)修復(fù)。水生植被的種植能夠有效降低營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)速度，浮葉植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)的底泥也有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，是治理富營(yíng)養(yǎng)化的重要措施。張迎穎等研究發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮不僅可以有效降低水體中的總磷濃度，而且能夠吸收底泥中的磷元素。李姣等、王智等的研究也證實(shí)，在池塘和湖泊中施放一定量的水葫蘆，在一定程度上可改善養(yǎng)殖池塘水質(zhì)。
微生物可以將污染底泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，并通過氧化一些無機(jī)污染物將其除去，如氨氮。目前，已有眾多學(xué)者對(duì)污染底泥的微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究，并取得了顯著的成果。
侯勤成、李興啟等、劉軍等利用生物修復(fù)技術(shù)研究了老化蝦塘的底泥，結(jié)果顯示，在底泥-水界面噴灑土著微生物、生長(zhǎng)促生劑、共代謝底物后，不僅可以提高池塘的自凈能力、建立穩(wěn)定的池塘生態(tài)系統(tǒng)，而且還可以進(jìn)一步地增加池塘藻類的多樣性，提高池塘的溶解氧水平。林亮等研究了施用芽孢桿菌制劑前后蝦池底泥細(xì)菌群落的變化情況，發(fā)現(xiàn)此制劑可以影響蝦池底泥細(xì)菌群落的組成，增加底泥中好氧細(xì)菌的數(shù)量。李正魁等曾用固定化增殖氮循環(huán)細(xì)菌群處理富營(yíng)養(yǎng)化湖水，處理之后總氮、氨氮和COD分別下降了75%、91.5%和75%，水質(zhì)得到了明顯改善。金春華等研究了固定化微生物對(duì)凡納濱對(duì)蝦生產(chǎn)性養(yǎng)殖池塘水質(zhì)調(diào)控和污染底泥的修復(fù)能力，結(jié)果表明，固定化微生物技術(shù)對(duì)改善蝦池水質(zhì)、穩(wěn)定水體藻相結(jié)構(gòu)和提高微生物對(duì)污染底質(zhì)的修復(fù)能力有顯著效果。錢燕等研究發(fā)現(xiàn)，微生物代謝過程中產(chǎn)生的酸類物質(zhì)能夠促進(jìn)底泥中磷的釋放。
2.2 異位修復(fù)技術(shù)
2.2.1 異位物理修復(fù)技術(shù)
底泥疏浚技術(shù)又稱環(huán)境疏浚技術(shù)，即通過移除被污染的底泥、清除污染內(nèi)源，從而減少底泥中污染物的釋放，達(dá)到治理水體的作用，這是一種常用的修復(fù)方法。但在進(jìn)行疏浚時(shí)，翻動(dòng)底泥易造成水體透明度下降、加速底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向水體中遷移引起二次污染，而且挖掘出來的大量底泥需要進(jìn)行有效處理。不過，目前對(duì)疏浚后的底泥利用已有成效。如Gold等的研究表明，池塘沉積物挖掘可以提高濕塘的容量，從而永久去除N來提高水質(zhì)。吳芝瑛等觀察到疏浚工程之后，杭州西湖底泥的富營(yíng)養(yǎng)化的狀況得到了明顯改善。王小雨等對(duì)長(zhǎng)春南湖底泥疏浚進(jìn)行的研究表明，采用底泥疏浚技術(shù)對(duì)治理水體富營(yíng)養(yǎng)化是有效果的。美國(guó)阿爾伯恩奧本大學(xué)漁業(yè)研究組研究了底泥的去除對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘底土理化特性的影響，對(duì)比從未移除過底泥的池塘和取樣前2個(gè)月清除了底泥的池塘，結(jié)果顯示，底泥的清除改善了底部土壤的物理和化學(xué)特性。由此可見，采用底泥疏浚技術(shù)來改善底泥污染狀況切實(shí)可行。然而，早期實(shí)踐中也不乏失敗的案例，1998年初南京玄武湖的底泥疏浚釋放試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，疏浚后的水質(zhì)較疏浚前更差。1999年，對(duì)寧波市的月湖進(jìn)行底泥疏浚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，湖水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度有所增加。盡管此修復(fù)方法見效快，但在疏浚過程中可能會(huì)加重底泥污染物的擴(kuò)散，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，加之工程量大、耗財(cái)耗力以及覆蓋的材料和適用范圍有局限性、時(shí)效短、無法根治底泥污染，因而非理想方法。
2.2.2 異位化學(xué)修復(fù)技術(shù)
對(duì)疏浚后的底泥進(jìn)行處理一般采用化學(xué)固化法或淋洗法?；瘜W(xué)固化法具有效率高、施工方便且易于推廣使用的特點(diǎn)。張春雷等采用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)無錫長(zhǎng)廣溪堆場(chǎng)的淤泥進(jìn)行了固化資源化利用，實(shí)現(xiàn)了疏浚底泥的資源化利用，解決了大量疏浚底泥難以處理的難題。劉彤宙等采用異位高級(jí)氧化淋洗對(duì)污染底泥的進(jìn)行了研究，證明該法可有效去除底泥中的大部分有機(jī)污染物和重金屬，對(duì)修復(fù)受污染底泥具有顯著成效?；瘜W(xué)方法修復(fù)效率高，但最大的缺陷是對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較大，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)有潛在威脅，一般只作為應(yīng)急措施使用。
2.2.3 異位生物修復(fù)技術(shù)
異位生物修復(fù)技術(shù)是指將受污染的底泥運(yùn)往其他場(chǎng)所進(jìn)行集中生物修復(fù)的技術(shù)。異位生物降解主要處理的是有機(jī)污染嚴(yán)重的疏浚底泥。雖然生物降解越來越受到重視，已成為今后大力舉薦的方法，但對(duì)于異位生物處理來說，尚有一些問題亟待解決，由于微生物無法利用固相中的有機(jī)物，僅可以利用存在于液相中的有機(jī)物，而底泥中的有機(jī)物又具有低水溶性，因而底泥中有機(jī)物生物可利用性低、降解速率慢。對(duì)此，可以通過提高生物活性、生物的可利用性和研制基因工程來盡快實(shí)現(xiàn)異位生物降解的實(shí)際應(yīng)用。
2.3 原位修復(fù)技術(shù)與異位修復(fù)技術(shù)的比較
從修復(fù)位置來看，異位處理技術(shù)可操作性強(qiáng)、見效快，但是投資成本高、工程量大，且由于疏浚工程設(shè)備落后、造價(jià)昂貴，疏浚后底泥的處理效果難達(dá)標(biāo)。因此，要想大規(guī)模推廣使用異位修復(fù)來治理污染底泥，仍需展開進(jìn)一步的研究工作。原位處理技術(shù)由于其發(fā)展?jié)摿Υ?、效率高且投資少而被認(rèn)為是一種高效、可行的處理方法。依作用機(jī)制而言，生物修復(fù)不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，不影響周遭環(huán)境，還可以最大限度降低污染物濃度。原位生物修復(fù)成本低廉但修復(fù)效果差，適宜于大面積、低污染負(fù)荷底泥的生物修復(fù)。而異位生物修復(fù)雖然修復(fù)效果好但成本高昂、使用受限，主要用于疏浚后底泥的處理，適宜于小面積、高負(fù)荷污染底泥的修復(fù)。
三、結(jié)語
底泥是一個(gè)營(yíng)養(yǎng)發(fā)源地，可以為水生生物提供各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但同時(shí)它也是一個(gè)污染匯集地，給水生生物造成極大的隱患和威脅。因此，對(duì)底泥的污染控制是一個(gè)長(zhǎng)期且艱巨的過程，各種修復(fù)技術(shù)雖各有所長(zhǎng)，但亦有不足。物理修復(fù)見效快，但成本高。化學(xué)修復(fù)成本較低但易造成二次污染。生物修復(fù)投入低、處理量大，但處理效率低，短期內(nèi)難以見效。因此，將這3類技術(shù)結(jié)合，互為補(bǔ)充，具有廣闊的發(fā)展前景。蔡惠鳳等在進(jìn)行底泥生物修復(fù)的室內(nèi)比較試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過添加3種生物制劑并實(shí)施水底曝氣，能夠有效改善試驗(yàn)組底泥的黑臭現(xiàn)象。但目前研究較多的是生物聯(lián)合修復(fù)，如植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)已被眾多學(xué)者進(jìn)行過研究并取得顯著的成果。此外，隨著生物技術(shù)不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)基因技術(shù)逐漸成熟，基因工程菌大規(guī)模投入使用，因而投資小、對(duì)環(huán)境影響小且污染物降解效率高的生物修復(fù)技術(shù)具有更廣闊的應(yīng)用前景。（ >
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