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本研究以典型的重污染感潮河道--广州市郭村涌为研究对象，进行重污染感潮河道底泥污染特征及底泥原位修复技术(包括底泥氧化、底泥稳定化和底泥土著活性污泥生物修复)的研究，在试验小试的基础上开发出一套高效的重污染感潮河道底泥原位修复技术，并投入工程应用。研究结果可为珠江流域众多重污染感潮河道的综合整治提供技术理论基础和工程经验，对于实现广东省《珠江综合整治计划》近期及远期治理目标，具有重要的应用意义。
论文的主要研究内容及结论如下：
(1)重污染感潮河道底泥污染特征研究。在底泥污染物分析的基础上，进行河道感潮模拟实验，研究静止态及感潮作用下底泥污染物的释放特征。实验结果表明，①河道底泥以有机物、营养盐、重金属、硫化物为主，属于重有机质污染类型；重金属污染严重，其中Cu、Zn、Cr含量超过国家农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)指标。②底泥释放模拟实验结果表明，感潮作用可使表层底泥间隙水及悬浮物大量扬起，底泥释放层厚度在6-8cm左右。与静态释放相比，感潮作用可明显加速底泥污染物的释放，底泥Cu、Zn、Pb、Cr、COD、氨氮和TP的平均释放速率提高了1-4倍，释放量增加了0.3-1.8倍；底泥平均耗氧速率提高了1.28倍。③感潮河道由于潮汐作用的影响，在同一潮汐周期可划分为退潮、涨潮及潮间期等不同时段，表现出顺流、逆流及静止流等不同的水流特征。此外，涨落潮引起的水位差使得底泥释放在不同时段表现出不同的污染特点。通常在涨退潮过程中，低水位时段较之高水位时段底泥释放速率及释放量均为增加；而低水位时，涨潮开始时段比退潮结束时段污染物释放量要大。
(2)重污染感潮河道底泥原位修复技术研究。针对重污染感潮河道底泥污染特征，围绕底泥曝气、底泥稳定化、底泥土著活性污泥生物修复3种技术进行治理效果与过程机理研究。首先通过分组实验，研究底泥曝气对硫化物的去除机理及影响因素、底泥稳定剂的环境影响及其合适的用量配比、底泥土著活性污泥的培养驯化条件优化等；接着进行感潮河道原位修复模拟实验，研究感潮作用对底泥曝气、底泥稳定化、底泥土著活性污泥培养驯化的过程影响，以及3种技术对底泥及上覆水体水质的修复效果。
底泥修复分组实验结果表明，①底泥曝气可有效去除底泥硫化物，其作用机理可认为是底泥硫化物被O2氧化生成SO42-离子，同时伴随着H+的生成。②权衡底泥稳定剂的处理效果及其环境影响，确定底泥稳定剂的组分及用量配比为：磷酸钙1％、硝酸钙1％、石灰投加量以控制泥水pH值达到8左右为宜。此外，通过投加复合混凝剂可提高底泥脱水性能，混凝剂成份为Fe2+、石灰、PAM，最佳用量配比为3％：6％：0.15％。③底泥土著微生物培养驯化实验表明，混合菌群生长条件的优化组合为：摇床转速120r/min、初始BOD浓度50mg/L、pH=8、温度为20℃。混合菌群降解有机物及脱氮条件的优化组合为：pH=8、温度20℃、充氧时间6h/d、初始BOD(氨氮)浓度50(36)mg/L。采用30％接种量时，底泥扩增培养驯化周期为18-20d。
感潮河道底泥原位修复模拟实验结果表明，①人工曝气扰动能使底泥污染物急剧释放，但单潮汐周期不同时段其污染程度不同；曝气处理后硫化物去除率可达到89.5％，底泥臭味基本消除，但在停止曝气一段时间后(35d)硫化物出现再生现象。同时，曝气后底泥重金属Cu、Zn、Cr毒性浸出鉴别(GB5086.2-1997)浸出量超出《危险废物鉴别标准-毒性浸出鉴别》(GB5085.3-1996)相关标准值；形态分析发现，3种重金属的碳酸盐结合态和交换态含量之和分别上升10.56％、10.78％和5.02％。②底泥稳定剂对上覆水体重金属、总磷和浊度有良好的去除效果，而对COD、氨氮去除不明显；稳定剂对重金属稳定化效率Pb>Cu>Zn>Cr，稳定化处理后，重金属Cu、Zn、Cr、Pb毒性浸出量比原底泥分别降低了65.0％、82.2％、84.4％和78.8％，远低于国家毒性浸出标准值；从形态变化推断，底泥稳定剂主要是通过形成有机结合态及残渣态进而达到稳定重金属的目的。③投加硝酸钙，2个月内底泥硫化物的含量稳定在30mg/kg以下，无再生现象出现。④底泥土著活性污泥层对底泥及上覆水体污染物有良好的降解作用，维持微碱性好氧条件(pH=8，DO>2.0mg/L)，各水质指标可达到《国家地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水质。结合曝气扰动进行底泥修复，通过间歇曝气，24h内上覆水体COD、NH3-N、TP去除率分别可达到85％、92％和71％，且底泥扰动释放量逐次降低，说明底泥有机污染物已被有效去除；活性污泥层具有较高的耗氧速率，达到45g/(m2·d)，因此需维持较高的供氧量。
(3)重污染感潮河道底泥原位修复技术的工程应用研究。以广州市郭村涌为治理对象，将底泥原位修复与异位处置结合起来，根据3种原位修复技术的特点，自主研发了箱筏式射流曝气船及TRSS底泥稳定药剂。针对治理河道的感潮特性，在退潮最低水位时进行底泥原位氧化、稳定化，通过氧化底泥硫化物、抑制硫化物再生、稳定底泥重金属及磷、提高底泥脱水性能、改变表层底泥颜色等手段，消除河道黑臭，以利于后续河道生态系统的构建以及底泥的资源化利用。
试验结果表明：①底泥曝气氧化可有效去除底泥硫化物，间歇运行一个月，底泥硫化物去除率达到86.3％-92.1％，臭味基本消除。②原位稳定化处理后，底泥重金属Cu、Zn、Cr毒性浸出量由13.04、29.54、2.1mg/L下降至4.56、5.25、和0.36mg/L，远低于国家毒性浸出标准值；稳定后重金属形态以有机结合态和残渣态为主。③停止投药，上覆水体维持微碱性好氧条件(DO>2mg/L，pH=8)，为期2个月，底泥硫化物的含量稳定在35mg/kg以下，同时，表层底泥由黑色变成亮褐色，上覆水体水质稳定，黑臭基本消除。④处理后底泥脱水性能大为提高，机械脱水后底泥含水率由75％-85％降低至65％左右，可直接进行高温堆肥。底泥高温好氧堆肥过程顺利，堆肥后Cu、Zn、Cr形态稳定。