治理黑臭水的「清新劑」

黑黑的湖泊或河流水面上飄滿了污染物，蒼蠅亂飛，臭氣熏天，路過的行人都皺著眉頭捂住口鼻。水裡的魚類及其他水生生物因為缺氧或中毒無法生長，整個水生生態系統遭到嚴重破壞。這裡描述的就是黑臭水體所造成的影響。

（圖片來自網路）

尤其是城市水體出現「黑臭」現象時，不僅會損害城市景觀和形象，還可能會影響城市居民的飲用水源；同時，惡臭氣體含有的硫化物等使人感到胸悶氣短、頭昏腦脹，當惡臭氣體濃度較高時，還有可能引發人體的急性病。

針對水體黑臭現象，國務院2015年印發的《水污染防治行動計劃》(簡稱「水十條」)將「整治城市黑臭水體」作為重要內容，明確要求各地加大黑臭水體治理力度並向社會公布治理情況。

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黑臭水體的治理主要分為外源污染控制和內源污染修復兩個部分。外源污染控制需要阻止污染物繼續向水體排放，主要難度在排放前的處理及監管方面。而底泥作為水體中污染物「匯」與「源」的部分，其修復是黑臭水體生態系統修復的關鍵部分。

目前國內外對黑臭底泥的治理主要是底泥疏浚、原位曝氣、原位鈍化和生物修復法。其中，底泥疏浚和原位曝氣屬於物理修復方法。

底泥疏浚技術，是指徹底疏浚將表層重污染底泥移除，有效控制磷的釋放，但該技術容易導致富集在沉積物的氨氮釋放。疏浚過程在實際操作還需要耗費巨大的人力物力財力，處理疏浚產生大量污染底泥也很麻煩。

原位曝氣技術，主要是增加水體中溶氧量，抑制厭氧微生物活動，氧化黑臭物質。這種技術更適用於黑臭水體底泥修復的改善階段，較難在短時間內解決黑臭底泥氮磷含量嚴重超標的問題。

生物修復技術，是藉助植物和微生物可以吸收並固定氮磷為穩定形態的能力。這種技術見效周期太長，同時想要生物發揮作用，改善黑臭水體有毒有害且厭氧的環境也是前提。

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而原位鈍化技術，是針對黑臭水體的污染特性，通過投加不同的覆蓋材料的方式治理其內源污染，相當於一種水體「清新劑」。

河湖之所以「黑」和「臭」，是因為水體呈還原環境、含有大量的致黑硫化物。因此，投加氧化劑（過氧化鈣、過氧化氫）或電子受體（硝酸鹽）把它們氧化成無害的硫酸鹽化合物。其中，投加硝酸鹽是比較溫和的治理方法，其原理是基於硫驅動的自氧反硝化過程：

8MeS2- 5NO3- 6H25SO42- 4N2 2H 5Me(OH)2

然而，在「黑臭」現象改善後，並不代表河湖的水質就很好了，有可能水體中還會有超標的氮和磷。因此，控制水體中超標的氮、磷含量才是根本。已有大量研究發現，改性的凹凸棒在控制黑臭水體氮、磷負荷時表現出優良的效果，且可以抑制底泥中氮、磷的再釋放。

凹凸棒是一種具有纖維狀或鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，具有比表面積大，吸附性強的特點，廣泛應用於去除水體污染物過程中。但是凹凸棒可吸附的物質針對性不強，吸附容量也有待提高。

科研人員用鑭、鋁雙金屬改性凹凸棒後，再將它製造為合適的大小粒徑加入到水體中。凹凸棒在下沉過程中會吸附水中過量的氮、磷，最終停留在沉積物界面，還可以阻止沉積物的再懸浮過程。合適的粒徑也讓它不會隨水流移動。

尤其是鑭-鋁複合改性的凹凸棒，相較於市面上其它鈍化劑來說，不僅成本低廉，在一定濃度範圍內去除磷的效率可以達到90%左右。

a: 原狀凹凸棒土 b: 凹凸棒土的晶體結構示意圖 c: 顆粒直徑為1-2mm的凹凸棒 d: 顆粒直徑為3-5mm的凹凸棒

改性凹凸棒吸附水體及底泥中氮、磷

「清新劑」的使用雖然可以修復黑臭水體，但為了減少和避免「黑臭」現象發生，我們還需充分認識到水資源的重要性，節約用水，減少污水排放，讓水環境更加「清新」起來。

來源：中國科學院南京地理與湖泊研究所

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