三種藥劑對黑臭底泥原位修復(fù)效果的研究

楊明， 夏明升， 龔明杰， 孫玉童

（安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司， 合肥 230031）

黑臭底泥治理是水環(huán)境治理的重要組成部分，如果底泥中污染物的釋放不能得到有效控制， 水環(huán)境治理也將難以取得良好效果。 底泥治理可分為清淤疏浚和原位修復(fù)， 其中清淤疏浚通常需要投入大量機械設(shè)備和人力物力， 且清淤上岸的底泥需要較大的處理場地進(jìn)行消納， 在實際應(yīng)用中存在一定制約［1］。 底泥的原位修復(fù)有著廣泛的應(yīng)用需求。 底泥原位修復(fù)技術(shù)主要分為兩類： 一是生物法， 通過向水體或底泥中投加微生物制劑， 促進(jìn)底泥有機物的降解［2］； 二是化學(xué)法， 常用的有向底泥中投加過氧化鈣［3］、 過氧化氫［4］等具有強氧化性質(zhì)的藥劑， 氧化分解底泥中的有機物， 并減緩氮、 磷、 COD 向水體釋放， 或向底泥中投加固化劑及輔助劑， 如石灰、火山灰、 水泥、 改性二氧化鈦［5］等， 以降低氮、 磷、重金屬等污染物的溶解度、 遷移性或毒性。

目前， 化學(xué)法在底泥原位修復(fù)方面有較廣的應(yīng)用前景和較多的應(yīng)用案例。 已有較多關(guān)于水泥、 石灰以及過氧化鈣等藥劑對底泥原位修復(fù)的研究， 主要集中在對底泥和水體黑臭現(xiàn)象的改善［6］、 黑臭有機質(zhì)的分解去除［7］、 氮磷物質(zhì)的削減［8］等方面。 關(guān)于投加上述藥劑對底泥向上覆水釋放氮磷、 底泥和上覆水pH 值的綜合變化， 以及對沉水植物存活生長的綜合影響， 缺少相關(guān)的研究報道。 本研究采用水泥、 生石灰以及過氧化鈣等3 種常見的化學(xué)藥劑對黑臭底泥進(jìn)行固化穩(wěn)定化處理， 考察其對底泥污染釋放的抑制作用以及對沉水植物生長的影響等，為該方法在水生態(tài)治理領(lǐng)域的工程適用性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 底泥采樣

供試底泥采集于合肥市瑤海區(qū)二十埠河污染嚴(yán)重的黑臭區(qū)段， 周邊有較多排污口。 采樣工具為長柄鐵鍬， 底泥樣品以表層稀泥為主， 采樣深度為15 cm。 完成采樣后， 將底泥帶回實驗室， 去除其中的大顆粒物、 塑料垃圾、 動植物殘渣等雜物， 然后用小鐵鏟反復(fù)攪拌混勻， 置于4 ℃冰箱中保存待用。

1.2 試驗材料

水泥為硅酸鹽水泥， 標(biāo)號為P·O 42.5； 生石灰粉末， 規(guī)格為60 目； 過氧化鈣粉末， 規(guī)格為60 目。

沉水植物選用長勢良好的新鮮苦草， 平均高度約為20 cm。

1.3 試驗方法

（1） 試驗分組及設(shè)置。 分為水泥組、 生石灰組以及過氧化鈣組， 另外設(shè)置1 個空白對照組。 將底泥充分?jǐn)嚢杌靹颍?裝入4 個圓柱形透明容器中， 每個容器中加入200 g 底泥， 泥層厚度約2 cm， 然后分別向水泥組、 石灰組以及過氧化鈣組投加6 g 相應(yīng)藥劑（經(jīng)提前測試確定用量， 可確保底泥適度固結(jié)）， 攪拌均勻， 靜置3 d， 待底泥固結(jié)。 對照組不添加藥劑， 其他處理同前述。

（2） 完成3 d 靜置后， 向各試驗組分別添加2 L 去離子水， 加水過程通過玻璃棒引流， 緩慢向各組加水， 盡量避免加水過程對底泥的擾動， 防止底泥泛起。 之后靜置14 d， 再從各組的上覆水中取水樣， 分別測定氨氮、 總氮、 總磷、 pH 值等指標(biāo)，以探究各組的污染釋放情況。

（3） 完成4 次水質(zhì)指標(biāo)測試后， 用玻璃棒輕戳各組底泥， 以了解底泥是否固結(jié)。 然后用玻璃棒對上覆水進(jìn)行攪拌， 觀察底泥是否上翻。

（4） 選取長勢良好、 大小相近的新鮮苦草， 在試驗組底泥中分別栽種5 株。 之后靜置14 d， 期間觀察植物的生長成活情況。 完成沉水植物試驗后，倒出各組的上覆水， 測定底泥的pH 值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同修復(fù)藥劑對底泥的污染釋放影響

從底泥上覆水取樣檢測， 考察不同修復(fù)藥劑對底泥的污染釋放影響， 結(jié)果如表1 所示。

表1 不同修復(fù)藥劑對底泥的污染釋放影響Tab. 1 Influence of different remediation agents on pollution release of bottom sludge

從底泥上覆水取樣檢測的結(jié)果顯示， 各試驗組均表現(xiàn)出一定的氨氮釋放抑制效果， 上覆水中氨氮濃度均低于空白對照組， 各組底泥上覆水中氨氮濃度大小依次為生石灰組、 水泥組、 過氧化鈣組， 表明過氧化鈣對底泥氨氮釋放的抑制效果相對較好。底泥作為黑臭水體的主要內(nèi)源污染， 有向自然水體遷移、 釋放氮磷營養(yǎng)鹽的趨勢［9］， 因而對照組的底泥在未做處理的狀態(tài)下， 氨氮向上覆水大量釋放， 濃度最高。 水泥和生石灰具有對底泥的固化穩(wěn)定化作用， 在固結(jié)狀態(tài)下， 氮、 磷物質(zhì)較難自由遷移［10］， 從而抑制了這兩組底泥的氨氮釋放。 過氧化鈣在底泥中可緩慢釋放氧氣， 提高氧化還原電位，具有較強氧化性［11］。 本研究中過氧化鈣組氨氮濃度最低， 可能是因為底泥中的氨氮被氧化， 轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。

由表1 可以看出， 與空白對照組相比， 水泥組和生石灰組對總氮的釋放有抑制效果， 其中水泥組的總氮抑制效果大于生石灰組。 過氧化鈣組的總氮濃度高于空白對照組， 表明向底泥中投加過氧化鈣在一段時間內(nèi)將促進(jìn)總氮的釋放， 這可能是因為過氧化鈣的強氧化性促進(jìn)了底泥有機質(zhì)的分解， 以及氨氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化， 從而增加了總氮的釋放［11］。

由表1 還可知， 與空白對照組相比， 水泥組、生石灰組以及過氧化鈣組均表現(xiàn)出良好的總磷釋放抑制效果， 其中過氧化鈣組的總磷抑制效果最好。徐垚［12］研究發(fā)現(xiàn)在底泥中投加過氧化鈣能夠加快有機磷的礦化速度， 鐵鋁結(jié)合態(tài)磷和鈣結(jié)合態(tài)磷也明顯增加， 使得內(nèi)源磷持留能力增強。

2.2 對上覆水pH 值的影響

從底泥上覆水取樣檢測， 考察不同修復(fù)藥劑對底泥上覆水pH 值的影響， 結(jié)果如表2 所示。 空白對照組的上覆水呈中性偏弱酸， 可能是因為底泥中的有機質(zhì)酸有少量釋放進(jìn)入上覆水。 3 個修復(fù)劑處理組的上覆水均呈堿性， 其中生石灰組和過氧化鈣組的pH 值均超過9， 呈較強的堿性。 陳奎章等［13］研究發(fā)現(xiàn)投加生石灰作為底泥穩(wěn)定劑會明顯提高上覆水的pH 值。 過氧化鈣能夠分解為氧化鈣和氧氣， 氧化鈣與水反應(yīng)可進(jìn)一步生成氫氧化鈣， 從而釋放堿性物質(zhì)。 較高的pH 值環(huán)境不利于沉水植物的成活與生長［14］。

表2 上覆水的pH 值Tab. 2 pH value of overlying water

2.3 沉水植物的栽種成活情況及底泥pH 值

采用不同修復(fù)藥劑處理底泥后， 沉水植物栽種成活情況如表3 所示。

表3 沉水植物的成活情況Tab. 3 Survival status of submerged plants

各試驗組栽種的苦草， 在測試開始第7 天即已全部死亡， 根部枯黃腐爛。 通過檢測底泥pH 值，發(fā)現(xiàn)除對照組外， 各試驗組底泥均呈強堿性， 該結(jié)果與王鋒等［15］研究結(jié)論一致。 由于底泥堿度大幅升高， 沉水植物無法生存， 限制了3 種藥劑在黑臭底泥原位修復(fù)中的應(yīng)用。

3 結(jié)論

采用水泥、 生石灰以及過氧化鈣對底泥進(jìn)行處理后可抑制氮、 磷污染物的釋放， 改善底泥的黑臭現(xiàn)象， 但造成的底泥強堿性環(huán)境讓后續(xù)水生態(tài)工程無法實施， 沉水植物群落無法構(gòu)建。 因此， 建議在黑臭水體治理工程中謹(jǐn)慎采用水泥、 生石灰以及過氧化鈣進(jìn)行底泥的原位修復(fù)。