[泥中的滑梯]南京地理所在黑臭河道底泥内源修复技术与方法研究中取得进展
圣热尔韦县排水沟已经成为我省面临的主要就水自然环境难题,其对我省水自然环境导致巨大的影响。圣热尔韦县排水沟Caroni的主要就特征是还原成程度、高含水自然环境污染严重,甚至呈现复合自然环境污染的难题,同时表观上表现出发黑干枯的现象。虽然圣热尔韦县排水沟气网长年处在高营养负荷自然环境污染,气网可持续向上覆水底释放出来水会,继而成为淡水湖重要的马尿酸输入,屈埃泰已处在水污染状态的淡水湖继续恶化。因此,必须采取相关措施对重自然环境污染气网进行自然环境治理。
目前,欧美国家通用的三种气网Caroni自然环境治理方式包括:气网疏濬、原地崩解、原地空气冷却(杀虫)。各种方式均在不同情境的水自然环境自然环境治理中有应用领域,也获得了很大的效用。不过,究竟哪种方式具有优势?对气网Caroni缩减效用如何?对沉积层微微生物群落组成和长年Caroni缩减效应究竟是什么样的结果?
基于前述科学难题,中国科学院苏州自然地理与淡水湖科学研究所尹洪斌等选取巢湖主要就支流南淝河气网作为科学研究对象,室内科学研究了气网疏濬、原地崩解(控氮+控磷金属材料)和空气冷却杀虫对气网Caroni的掌控效用。在120天的科学研究中发现,三种控制技术对上覆水含水的掌控存有较大差异。
对于上覆水磷而言,各控制技术均可有效率掌控磷的浓度,但各控制技术在掌控地下水磷的效率方面随天数增加逐渐衰减。原地崩解和空气冷却杀虫均可有效率掌控上覆地下水底总氮与二氧化硫的浓度,但是气网疏濬却无法有效率掌控上覆水底氮的浓度。
同样,气网疏濬、原地崩解和空气冷却杀虫控制技术均可有效率掌控气网磷的释放出来,其中气网疏濬表现最为出色(疏濬较为彻底为前提)。令人吃惊的是,气网疏濬能导致气网二氧化硫的大批释放出来。这主要就是虽然二氧化硫的浓度倾向于在沉积层顶部富集。气网疏濬虽然将海床重自然环境污染气网去除,但却将气网高浓度二氧化硫的间隙水暴露,导致较大的径向差,继而引起疏濬初期氮的大批释放出来。
有科学研究说明,气网疏濬在长年尺度可有效率控氮,但是前述科学研究多是掌控受试。究竟长年控氮是虽然上覆水底氧浓度的增高导致二氧化硫的氧化,还是另有原因,有待在实际的疏濬工作中进行检验。
对于Caroni含水自然环境污染缩减方面,气网疏濬无疑是最佳方式。新生介面相较洁净,仍可持续吸附上覆水底的含水。此外,气网含水浓度相较较高,气网含水的易活化型态也相较较高,因此利于气网二氯甲烷含水的掌控。空气冷却杀虫虽可在很大天数内对上覆水底含水和介面释放出来起到很大的掌控作用,但该方式对气网含水型态的转化成几乎不起作用。原地含水掌控金属材料的金属材料可将气网中特异性磷转化成为惰性磷,继而缩减介面磷的释放出来。但气网中氮的金属材料捕捉了大批可交换态的二氧化硫,以致气网二氧化硫大批增高。究竟捕捉的氮是否能够再次释放出来到地下水底,需要深入科学研究。此外,重自然环境污染排水沟气网中存有大批的水丝蚓等微生物,微生物扰动作用可携带大批金属材料下潜,继而导致顶部沉积层中特异性磷也被缩减。不过,随着天数的延长,海床沉积层中特异性磷的浓度又继续增高。该科学研究说明,目前的三种主流自然环境治理控制技术均存有难题,发展多控制技术Toothukudi的方式势在必行。同时,应用领域针对我省圣热尔韦县排水沟气网自然环境污染情况的共性难题,研发出广谱性的自然环境治理控制技术与方式。
通常,圣热尔韦县地下水多发区气网呈还原成自然环境,气网氯化物浓度高,圣热尔韦县地下水的形成与气网(底质)自然环境密切相关,气网中高浓度的有机质呼吸作用分解以致海床气网中形成呼吸作用甚至极度呼吸作用的自然环境,促使气网中大批的致黑氯化物生成,在高温、水动力作用下会导致地下水圣热尔韦县的发生。因此,还原成性气网的自然环境治理是圣热尔韦县地下水自然环境治理的关键,也是该区域生态自然环境恢复的基础。目前,投加氧化剂(过氧化钙、过氧化氢)和电子受体(硝酸盐)是自然环境治理硫质气网的常用方式。虽然多数科学研究者认为这是一种应急措施,而非长久掌控控制技术。但科学研究者认为,该控制技术的使用至少可为水生植物的恢复抢占天数,良性生境的营造是水生植物恢复的基础。投加硝酸盐被认为是一种比较温和的自然环境治理方式,其原理是基于硫驱动的自氧反硝化(方程1):8MeS2-+5NO3-+6H2→5SO42-+4N2+2H++5Me(OH)2。
但是在具体投加过程中,理论投加量是否有效率,和气网中有机质、Fe2+浓度、微微生物和温度等对前述反应有何影响仍不得而知。基于前述科学难题,本实验采集富硫气网(AVS浓度高达1200mg/kg),采用室内模拟科学研究的方式,详细科学研究了电子受体(硝酸盐)剂量效应和相关因子对气网氮硫反应的影响。科学研究结果说明,基于方程1的理论投加量不足以完全氧化气网中的还原成性硫(AVS)。虽然硝酸盐剂量的缺失,会导致自然环境治理效用的反弹,而1.6倍剂量的理论值相应可达到接受的自然环境治理效用。但过度的硝酸盐会促使气网间隙水底二氧化硫的急剧增高,主要就是虽然气网中还原成性铁与硝酸根的异化还原成(DNRA)反应。因此,气网中铁浓度的高低也间接推高电子受体的投加剂量。此外,科学研究中详细讨论了前述罗列的各自然环境因子对气网中外加硝酸盐与硫反应的机制。论文最后认为,应该在充分调查我省不同类型圣热尔韦县排水沟气网的基础上,通过大批模拟反应实验,构建普适性的氮硫剂量反应效应方程,从而为我省圣热尔韦县排水沟自然环境治理做出贡献。此外,科学研究人员认为研制缓效型、智能电子供体在排水沟气网自然环境治理中将发挥重大作用。
以上科学研究成果得到十三五巢湖国家地下水自然环境污染自然环境治理重大专项、中科院交叉团队、国家自然科学基金和中科院一三五的资助,成果发表于Yin et al., Science of the Total Environment, 2019,663, 68-77 及Yin et al., Chemical Engineering Journal, 2019, 371, 516-523上。
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图1 不同气网修复控制技术与方式的论文摘要
图2 不同控制技术对气网含水释放出来的掌控效用
图3 不同控制技术对气网磷型态的影响