基于水動(dòng)力優(yōu)化的淺水湖泊內污染長(cháng)效控制技術(shù)-湖底抽槽技術(shù)研究取得進(jìn)展
????沉積物是氮、磷等生源要素的重要儲存庫，它在凈化上覆水環(huán)境的同時(shí)，也在一定程度上發(fā)揮著(zhù)營(yíng)養源的作用，對水生態(tài)系統的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)發(fā)揮著(zhù)重要作用，成為富營(yíng)養化的主導因子。沉積物中的氮、磷在一定程度上反映出水體的污染狀況。當外源污染得到控制時(shí)，內源負荷的沉積物仍會(huì )對水體產(chǎn)生顯著(zhù)影響。自然狀態(tài)下，淺水湖泊水土界面不斷受到風(fēng)浪擾動(dòng)導致沉積物大量懸浮，再懸浮過(guò)程所產(chǎn)生的內源釋放是湖泊富營(yíng)養化的重要影響因素。
????目前對湖泊內流泥、藻種和輕質(zhì)污染物的清除方法多為底泥疏浚。底泥疏浚常存在流泥、藻種和比重小污染物易受水動(dòng)力作用產(chǎn)生運動(dòng)，導致未疏浚區流泥態(tài)的沉積物再懸浮后輸移至已疏浚區，降低疏浚效果的不足。疏浚作業(yè)受風(fēng)浪水位變化的影響，其疏浚的底泥厚度很難控制，時(shí)常出現超厚度疏?，F象，增加底泥疏浚量，因此需要大面積大容量的排泥場(chǎng)。此外疏浚還會(huì )破壞湖底沉積物生態(tài)系統，底泥中軟體動(dòng)物螺、貝、蚌及微生物群落，以及水生植被均會(huì )不同程度受到損害，不利于湖底生態(tài)系統凈化污染物能力的維持。生態(tài)疏浚，雖然在一定的程度上對疏浚深度控制較好，但是，疏浚出污染底泥中含水量較大，需要在排泥場(chǎng)添加絮凝劑脫水，尾水還會(huì )形成二次污染。此外疏浚作業(yè)面積較大成本較高，效率較低。
????湖底較淺的表層沉積物中污染物含量比較高，富含有機碎屑，具有比重小、易發(fā)生流動(dòng)的特點(diǎn)，在湖泊風(fēng)浪擾動(dòng)和湖流遷移作用下會(huì )在湖體中自由運動(dòng)，反復進(jìn)入上覆水，提供藻類(lèi)等生長(cháng)的營(yíng)養鹽，嚴重抵消流域富營(yíng)養化湖泊水污染治理的效果，是湖泊富營(yíng)養化控制和目前湖泊內污染控制的短板及瓶頸。針對這一問(wèn)題，在國家水專(zhuān)項課題、國家自然科學(xué)基金等項目的資助下，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所胡維平研究員團隊基于上述湖底沉積物輸移規律，通過(guò)在湖底進(jìn)行抽槽，增加局部水深，營(yíng)造靜水環(huán)境，消除其再懸浮和移動(dòng)的動(dòng)力，實(shí)現顆粒物捕獲。在湖底顆粒物輸移通道構建深槽，當顆粒物經(jīng)該槽時(shí)在重力作用下會(huì )向下沉降，與湖水分離，其水平輸移被阻斷。在深槽內，后續捕獲顆粒物會(huì )不斷地覆蓋在前期捕獲的顆粒物上，前期捕獲物承受壓力不斷增加，捕獲物間水分排出、體積縮小，維持槽對湖底高污染顆粒物和藻種持續收集功能。當深槽捕獲的顆粒物淤積到一定量時(shí)，用挖掘機直接將槽內顆粒物清除移出湖體，恢復深槽捕獲顆粒物功能，同時(shí)從湖泊中去除氮、磷、藻種等物質(zhì)，減少其在湖泊內部的累積。
圖1 技術(shù)原理
????通過(guò)近5年的研發(fā)、原位試驗和長(cháng)蕩湖、滆湖推廣應用檢驗，證明了湖底抽槽可以顯著(zhù)捕獲富含氮磷的細顆粒物，尤其可以更大程度地捕獲可交換態(tài)的磷。湖底抽槽內沉積物中微生物豐富度和多樣性較陷阱外顯著(zhù)降低，硝化與反硝化菌種豐度降低，同時(shí)湖底抽槽內的低溫與低溶氧環(huán)境，有利于槽內沉積物的固氮過(guò)程。該技術(shù)利用風(fēng)能、湖泊水能等自然能匯集、掃除湖庫表層富含有機質(zhì)、氮磷和藻種的顆粒物，減少氮磷在湖泊內部的累積，拓寬了湖泊水動(dòng)力在環(huán)境污染控制中效用，創(chuàng )新了湖泊水文學(xué)科在湖泊內污染治理中應用的新途徑。
????相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Hydrology、Chemosphere、Journal of Environmental Management、中國環(huán)境科學(xué)等國內主流環(huán)境期刊上。該技術(shù)“湖底表層污染物和藻種掃除收集與捕獲內源一體化方法”獲授權美國發(fā)明專(zhuān)利，該發(fā)明詳細介紹了該技術(shù)的應用區域、應用邊界、應用標準、應用效益，為淺水湖泊內污染的長(cháng)效控制提供了全新的技術(shù)手段。
????論文鏈接：
????https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129245
????https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136081
????https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113798
圖2? 專(zhuān)利授權證書(shū)