基于沉积物孔隙水电动导排的氮磷污染沉积物修复技术

黎睿; 汤显强; 胡艳平; 卢士强; 顾鋆鋆; 孙远军

doi:10.15961/j.jsuese.202300355

工程科学与技术 ›› 2025, Vol. 57 ›› Issue (01) : 234 -243. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300355

基于沉积物孔隙水电动导排的氮磷污染沉积物修复技术

黎睿, 汤显强, 胡艳平, 卢士强, 顾鋆鋆, 孙远军

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摘要

孔隙水是沉积物和上覆水之间物质交换的重要媒介，污染物可以通过孔隙水对流、扩散等方式向上覆水中迁移，加剧上覆水体的污染。采用自制电动导排孔隙水装置，设置5组对照实验，模拟了导排沉积物孔隙水对氮磷污染沉积物的修复，分析了泥–水界面氮磷释放通量，探讨了不同实验条件对沉积物内源释放与微生物多样性的影响。结果表明：导排孔隙水可以显著抑制泥–水界面氮磷释放，但是氮磷的响应存在差异。通电导排孔隙水后泥–水界面总氮（TN）释放通量总体呈逐步下降趋势，变化范围为–15.698～79.903 mg/（m²·d），实验进行14 d即可使TN释放通量降低为最大释放通量的10%以内。与对照组相比，仅导排孔隙水可以使泥–水界面氮释放通量减低76.72%，通电后界面释放通量最终降幅可达95.53%以上。泥–水界面总磷（TP）释放通量在实验进行28 d内呈波动变化，其范围为–3.558～4.279 mg/（m²·d），当实验时间超过70 d以后，除对照组以外，泥–水界面磷释放通量均为负值，最终沉积物从磷的“源”转为“汇”。实验结束后，沉积物中pH值、有机质含量（LOI）没有发生显著变化。导排孔隙水后沉积物中TP降低约1.06%～5.02%。TN含量减少主要发生在阳极，相对于初始状态减少了2.65%～13.63%。电动导排孔隙水对沉积物中微生物α多样性影响较小，在电场作用下沉积物中微生物的Chao1指数、ACE指数略有降低，但在统计学上无显著差异。沉积物中微生物群落组成相似，在门水平上，均以变形菌门（13.41%～24.40%）、拟杆菌门（12.77%～29.71%）和绿弯菌门（5.01%～18.64%）为主。冗余分析表明，对微生物群落结构影响较大的因素为沉积物pH值、含水率，其次为沉积物LOI和电导率，沉积物中总磷含量的影响最小。研究表明，通过电动导排孔隙水修复氮磷污染沉积物是一种具有应用前景的技术选择。