富營(yíng)養化指在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，生物所需的氮(N)、磷(P)等營(yíng)養物質(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(lèi)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(yú)類(lèi)和其他生物大量死亡，水體有魚(yú)腥氣味，從而破壞水體生態(tài)平衡。底泥為水生植物的生長(cháng)提供了養分，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定的場(chǎng)所。當外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，即使在外源污染物被截斷的情況下，底泥作為內源污染，仍會(huì )釋放N、P等營(yíng)養元素，促進(jìn)藻類(lèi)異常增殖，從而加速水體富營(yíng)養化的進(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，樂(lè )安江20~195km處的沉積物皆顯示毒性。因此，對富營(yíng)養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狀，并據此論述了污染底泥的修復技術(shù)，此研究也為進(jìn)行底泥修復提供參考。

　　一、底泥的污染現狀

　　1.1 湖泊底泥污染現狀

　　底泥作為湖泊生態(tài)系統的組成成分，是沉積物-水界面物質(zhì)交換的過(guò)渡帶。湖泊底泥中原本存在著(zhù)大量的營(yíng)養物質(zhì)，可滿(mǎn)足水體中植物和動(dòng)物的生長(cháng)需求。近年來(lái)，由于污染加重，水體中N、P含量的增加使水體的富營(yíng)養化狀況日益嚴重。底泥一般可作為湖泊營(yíng)養鹽、重金屬、難降解有機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(guò)對長(cháng)蕩湖底泥中總氮(TN)與總磷(TP)的研究發(fā)現，TN和TP的變化是湖泊水質(zhì)變化的一個(gè)縮影。據統計，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)養化而受損，亞洲54%的湖泊也呈富營(yíng)養化狀態(tài)，在我國已有67個(gè)湖泊水體富營(yíng)養化，約占湖泊總數的51.2%，調查顯示太湖流域內，超75%的河道長(cháng)度N、P嚴重超標，富營(yíng)養化嚴重。巢湖內源污染中TN含量占18.5%~34.7%，TP含量占23.7%~29.4%。研究表明，減少過(guò)多的外部營(yíng)養負荷是減輕富營(yíng)養化最直接的措施。然而，當入湖營(yíng)養鹽的負荷量減少，甚至完全截污后的幾年內，湖泊仍可發(fā)生富營(yíng)養化，甚至出現野水華冶。造成此現象的主要原因是水體中的營(yíng)養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)養物質(zhì)進(jìn)入水體后會(huì )沉積到底泥中，而當水體中含有的營(yíng)養物質(zhì)的量下降到一定限度時(shí)，底泥中的營(yíng)養物質(zhì)則會(huì )重新釋放到水體中，對水體產(chǎn)生二次污染。其中，流域管理后維持富營(yíng)養化癥狀的主要過(guò)程是P的內部循環(huán)，湖中P會(huì )從高外部負荷時(shí)期積累的沉淀池中釋放出來(lái)。因此，富營(yíng)養化緩解應旨在將P負荷降低到臨界閾值以下。雖然目前P滅活劑(PIAs)與其他修復技術(shù)已被廣泛應用于湖泊富營(yíng)養化的治理，但結果不容樂(lè )觀(guān)，營(yíng)養鹽季節性釋放這一現象可以維持約數十年的富營(yíng)養化狀態(tài)。姜加虎等對底泥污染進(jìn)行研究發(fā)現，即使嚴格控制外源性污染物，污染沉積物恢復到治理前的狀況仍需要數十年。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，卻由于底泥的釋放作用，不得不耗費35年甚至更長(cháng)的時(shí)間來(lái)恢復污染水體。由此可見(jiàn)，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(zhù)水生生物，還會(huì )對人類(lèi)健康構成嚴重威脅。

　　1.2 池塘底泥污染現狀

　　池塘養殖是目前中國主要養殖方式，其產(chǎn)量占淡水養殖總產(chǎn)量的70%以上。截至2016年，我國已有養殖池塘面積276萬(wàn)hm2，占淡水養殖總面積的44.7%，產(chǎn)量達2286萬(wàn)t，居世界首位。池塘中養殖動(dòng)物的營(yíng)養物質(zhì)，很大部分來(lái)自于養殖戶(hù)的餌料投入。為了追求經(jīng)濟效益的最大化，養殖戶(hù)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)養化狀況加重。歐陽(yáng)佚亭等通過(guò)對中國28個(gè)省、自治區和直轄市中24種淡水池塘養殖魚(yú)類(lèi)的污染負荷進(jìn)行量化，得出結論院2014年，中國淡水池塘養殖魚(yú)類(lèi)中TN、TP、COD污染負荷分別為61388、11273、592288t。池塘富營(yíng)養化的原因主要有2個(gè)，一是外來(lái)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(guò)剩等，都會(huì )使池塘中的N、P含量增加，當過(guò)多的有機物堆積在底泥中時(shí)，將會(huì )改變底泥的理化指標，加快微生物的分解，導致底泥DO不足，因缺氧或無(wú)氧而轉化為還原態(tài)。二是內源，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，養殖池出水是中國沿海地區水污染的重要 >

　　二、富營(yíng)養化水體底泥修復技術(shù)的研究進(jìn)展

　　針對日益嚴峻的水體富營(yíng)養化狀況，各種修復技術(shù)應運而生。根據對富營(yíng)養化水體底泥的修復處理位置，可分為原位修復和異位修復2種類(lèi)型。原位修復技術(shù)指的是不用轉移污染體自身的位置，就地對其進(jìn)行修復的技術(shù)。異位修復指將被污染的底泥轉移至其他地方進(jìn)行集中處理。根據修復技術(shù)的作用機理又可分為3種類(lèi)型，即物理修復技術(shù)、化學(xué)修復技術(shù)和生物修復技術(shù)。

　　2.1 原位修復技術(shù)

　　2.1.1 原位物理修復技術(shù)

　　(1)底泥覆蓋技術(shù)。底泥覆蓋是原位物理修復技術(shù)中常用的方法，即在原有底泥的基礎上再覆蓋一層未經(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)對滇池進(jìn)行修復實(shí)驗，結果表明，紅土作為覆蓋材料對修復富營(yíng)養化水體效果良好。盡管此法可以達到修復污染底泥的效果，但極易造成水體的庫容量減少，因而對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。美國曾通過(guò)引水工程治理Green湖的富營(yíng)養化狀況，取得了顯著(zhù)成效。劉薇等調查發(fā)現，大量外流域引水對異龍湖的凈化效果顯著(zhù)。肖瓊等[通過(guò)對玄武湖的研究發(fā)現，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)養化，但此法使水體原有的生態(tài)系統被破壞，并未從根本上解決問(wèn)題。此外，該法工程量大、成本造價(jià)高，因而運用起來(lái)有較大的局限，不宜大規模推廣。

　　(3)人工曝氣技術(shù)。根據水體分層是否被破壞，可將其分為2種類(lèi)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構，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(cháng)，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)一步導致?tīng)I養鹽的釋放，引發(fā)二次污染。深水曝氣可增加底層水體DO，對水生生物的生存有利。自20世紀60年代起，水體曝氣充氧技術(shù)就被許多國家用來(lái)改善水體質(zhì)量，德國、英國、美國等國采用不同方式對水體進(jìn)行曝氣增氧，均取得了不錯的效果。

　　2.1.2 原位化學(xué)修復技術(shù)

　　主要是底泥封閉技術(shù)，即通過(guò)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(lái)固定水體中和底泥中的營(yíng)養鹽，阻止底泥中的營(yíng)養物質(zhì)向水體釋放。德國曾用鐵復合物和硝酸鹽對Globsow湖和Dagow湖的底泥進(jìn)行處理，處理結果顯示磷的釋放量從處理前的4~6mg/(m2•d)到處理后幾乎無(wú)釋放，說(shuō)明取得顯著(zhù)成效。但目前工程中應用較多的是鋁鹽，如硫酸鋁[Al2(SO4)3]和偏鋁酸鈉(NaAlO2)，因為鋁鹽和P會(huì )生成性質(zhì)較穩定的絡(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21個(gè)用鋁鹽處理的湖泊后認為，當沒(méi)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 原位生物修復技術(shù)

　　原位生物修復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)養物質(zhì)吸收、轉移、轉化，進(jìn)而達到修復效果。在生物修復的過(guò)程中，植物修復具有投資少、風(fēng)險小、符合生態(tài)修復要求等優(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較強的植物，在其自身生長(cháng)過(guò)程中能夠吸收水體中的N、P等營(yíng)養物質(zhì)，并且還可以通過(guò)定期收獲水生植物帶走某些營(yíng)養物質(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，結果顯示，水生植物的生長(cháng)可以加快生態(tài)修復。水生植被的種植能夠有效降低營(yíng)養元素的循環(huán)速度，浮葉植物對富營(yíng)養的底泥也有較強的適應能力，是治理富營(yíng)養化的重要措施。張迎穎等研究發(fā)現，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殖池塘水質(zhì)。

　　微生物可以將污染底泥中的有機物轉化為無(wú)機物，并通過(guò)氧化一些無(wú)機污染物將其除去，如氨氮。目前，已有眾多學(xué)者對污染底泥的微生物修復技術(shù)進(jìn)行了研究，并取得了顯著(zhù)的成果。

　　侯勤成、李興啟等、劉軍等利用生物修復技術(shù)研究了老化蝦塘的底泥，結果顯示，在底泥-水界面噴灑土著(zhù)微生物、生長(cháng)促生劑、共代謝底物后，不僅可以提高池塘的自?xún)裟芰?、建立穩定的池塘生態(tài)系統，而且還可以進(jìn)一步地增加池塘藻類(lèi)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菌群落的變化情況，發(fā)現此制劑可以影響蝦池底泥細菌群落的組成，增加底泥中好氧細菌的數量。李正魁等曾用固定化增殖氮循環(huán)細菌群處理富營(yíng)養化湖水，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凡納濱對蝦生產(chǎn)性養殖池塘水質(zhì)調控和污染底泥的修復能力，結果表明，固定化微生物技術(shù)對改善蝦池水質(zhì)、穩定水體藻相結構和提高微生物對污染底質(zhì)的修復能力有顯著(zhù)效果。錢(qián)燕等研究發(fā)現，微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的酸類(lèi)物質(zhì)能夠促進(jìn)底泥中磷的釋放。

　　2.2 異位修復技術(shù)

　　2.2.1 異位物理修復技術(shù)

　　底泥疏浚技術(shù)又稱(chēng)環(huán)境疏浚技術(shù)，即通過(guò)移除被污染的底泥、清除污染內源，從而減少底泥中污染物的釋放，達到治理水體的作用，這是一種常用的修復方法。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)養物質(zhì)向水體中遷移引起二次污染，而且挖掘出來(lái)的大量底泥需要進(jìn)行有效處理。不過(guò)，目前對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(lái)提高水質(zhì)。吳芝瑛等觀(guān)察到疏浚工程之后，杭州西湖底泥的富營(yíng)養化的狀況得到了明顯改善。王小雨等對長(cháng)春南湖底泥疏浚進(jìn)行的研究表明，采用底泥疏浚技術(shù)對治理水體富營(yíng)養化是有效果的。美國阿爾伯恩奧本大學(xué)漁業(yè)研究組研究了底泥的去除對水產(chǎn)養殖池塘底土理化特性的影響，對比從未移除過(guò)底泥的池塘和取樣前2個(gè)月清除了底泥的池塘，結果顯示，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(jiàn)，采用底泥疏浚技術(shù)來(lái)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中發(fā)現，疏浚后的水質(zhì)較疏浚前更差。1999年，對寧波市的月湖進(jìn)行底泥疏浚，結果發(fā)現，湖水中營(yíng)養物質(zhì)的濃度有所增加。盡管此修復方法見(jiàn)效快，但在疏浚過(guò)程中可能會(huì )加重底泥污染物的擴散，存在一定的風(fēng)險，加之工程量大、耗財耗力以及覆蓋的材料和適用范圍有局限性、時(shí)效短、無(wú)法根治底泥污染，因而非理想方法。

　　2.2.2 異位化學(xué)修復技術(shù)

　　對疏浚后的底泥進(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)。張春雷等采用該項技術(shù)對無(wú)錫長(cháng)廣溪堆場(chǎng)的淤泥進(jìn)行了固化資源化利用，實(shí)現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氧化淋洗對污染底泥的進(jìn)行了研究，證明該法可有效去除底泥中的大部分有機污染物和重金屬，對修復受污染底泥具有顯著(zhù)成效?；瘜W(xué)方法修復效率高，但最大的缺陷是對生態(tài)環(huán)境破壞較大，對水生生態(tài)系統有潛在威脅，一般只作為應急措施使用。

　　2.2.3 異位生物修復技術(shù)

　　異位生物修復技術(shù)是指將受污染的底泥運往其他場(chǎng)所進(jìn)行集中生物修復的技術(shù)。異位生物降解主要處理的是有機污染嚴重的疏浚底泥。雖然生物降解越來(lái)越受到重視，已成為今后大力舉薦的方法，但對于異位生物處理來(lái)說(shuō)，尚有一些問(wèn)題亟待解決，由于微生物無(wú)法利用固相中的有機物，僅可以利用存在于液相中的有機物，而底泥中的有機物又具有低水溶性，因而底泥中有機物生物可利用性低、降解速率慢。對此，可以通過(guò)提高生物活性、生物的可利用性和研制基因工程來(lái)盡快實(shí)現異位生物降解的實(shí)際應用。

　　2.3 原位修復技術(shù)與異位修復技術(shù)的比較

　　從修復位置來(lái)看，異位處理技術(shù)可操作性強、見(jiàn)效快，但是投資成本高、工程量大，且由于疏浚工程設備落后、造價(jià)昂貴，疏浚后底泥的處理效果難達標。因此，要想大規模推廣使用異位修復來(lái)治理污染底泥，仍需展開(kāi)進(jìn)一步的研究工作。原位處理技術(shù)由于其發(fā)展潛力大、效率高且投資少而被認為是一種高效、可行的處理方法。依作用機制而言，生物修復不僅經(jīng)濟實(shí)用，不影響周遭環(huán)境，還可以最大限度降低污染物濃度。原位生物修復成本低廉但修復效果差，適宜于大面積、低污染負荷底泥的生物修復。而異位生物修復雖然修復效果好但成本高昂、使用受限，主要用于疏浚后底泥的處理，適宜于小面積、高負荷污染底泥的修復。

　　三、結語(yǔ)

　　底泥是一個(gè)營(yíng)養發(fā)源地，可以為水生生物提供各種營(yíng)養物質(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，對底泥的污染控制是一個(gè)長(cháng)期且艱巨的過(guò)程，各種修復技術(shù)雖各有所長(cháng)，但亦有不足。物理修復見(jiàn)效快，但成本高?；瘜W(xué)修復成本較低但易造成二次污染。生物修復投入低、處理量大，但處理效率低，短期內難以見(jiàn)效。因此，將這3類(lèi)技術(shù)結合，互為補充，具有廣闊的發(fā)展前景。蔡惠鳳等在進(jìn)行底泥生物修復的室內比較試驗時(shí)發(fā)現，通過(guò)添加3種生物制劑并實(shí)施水底曝氣，能夠有效改善試驗組底泥的黑臭現象。但目前研究較多的是生物聯(lián)合修復，如植物-微生物聯(lián)合修復技術(shù)已被眾多學(xué)者進(jìn)行過(guò)研究并取得顯著(zhù)的成果。此外，隨著(zhù)生物技術(shù)不斷發(fā)展，轉基因技術(shù)逐漸成熟，基因工程菌大規模投入使用，因而投資小、對環(huán)境影響小且污染物降解效率高的生物修復技術(shù)具有更廣闊的應用前景。（ >

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