第八届青年地学论坛

污染底泥原位修复是水体治理的难点。反硝化刺激法是底泥原位修复的有效方法，其原理是通过添加硝酸盐为底栖微生物提供反硝化电子受体，驱动底泥硫化物和有机物厌氧氧化，达到消除污染的目的。然而，硝酸盐极易溶于水，在水体修复工程中容易随水流扩散而产生富营养化风险。因此，国内外研究虽然认可反硝化刺激法在修复黑臭底泥中的效果，但由于缺乏风险成因分析和风险控制策略，使该修复方法在应用推广中受限。研究团队长期从事污染河湖底泥修复研究，揭示了底泥垂向反硝化活性规律（Yang et al., 2012）、反硝化微生物功能群落演替（Xu et al., 2014; Yang et al., 2020）及其驱动的污染物降解转化机理（Xu et al., 2015; Yang et al., 2018），并探索了反硝化刺激法在黑臭河道底泥中的工程应用。在此基础上，研制了控制硝酸盐释放速率的固体颗粒（SedCaN颗粒），并探索了其在底泥不同深度的应用工法，以检验其在控制硝酸盐逃逸和内源污染物释放方面的效果。此外，引入了沉水植物发芽率作为评估底泥修复过程生态风险变化的指标。结果表明，SedCaN颗粒可缓慢释放硝酸钙，部分控制了硝酸盐逃逸的风险；同时，促进反硝化硫氧化、有机物降解和钙磷的生成，达到黑臭底泥修复的效果。然而，反硝化产生的气体膨胀增加了底泥的孔隙度（0.3%-2.2%），并导致亚硝酸盐、氨氮和重金属的内源释放，造成二次风险。SedCaN颗粒的深层应用减少了硝酸盐的逃逸风险和二次风险，归因于上层底泥的覆盖效应（Capping effects）。在7~9 cm深的底泥中深播SedCaN颗粒后，硝酸盐、氨氮、镍和铜的释放量分别减少了91.6%、19.0%、61.6%和57.4%。此外，硫化物氧化的范围扩展到底泥柱的上、下部，硫化物的氧化效率达到85.9%~95.0%。水生植物Bacopa monnieri的种子在SedCaN颗粒修复后的底泥中发芽率提高了20.0%-26%，说明修复后底泥的生态风险降低，底泥的栖息地功能恢复。此研究解决了反硝化刺激法在实际修复工程中产生潜在生态风险的科学和技术问题，优化了其应用方案和评价方法，为反硝化刺激法的推广应用提供了科学支撑（Yang et al., 2022 Water Res. 226: 119230）。

反硝化,黑臭底泥,原位修复,风险控制