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黑臭水体根治是城市水环境改善的重点工作,在外源污染有效拦截的前提下,内源性底泥污染的有效治理十分重要。清淤是目前底泥污染修复的主要手段,可有效解除水体内源污染负荷,但疏浚深度难以把握,工程成本大,并且对底栖生态造成破坏。近年来,基于环境友好的物理、化学和营养制剂等底泥原位生态修复技术逐渐兴起,通过改善底泥理化及生物环境,激发微生物对污染物的净化能力,恢复水体生态链并实现水质的持续恢复。本文通过高通量测序技术对5条不同黑臭程度水体底泥细菌群落特征进行了比较,分析了底泥细菌群落结构与环境因子的关系,在此基础上通过传统分离纯化技术,筛选获得高效反硝化菌并构建复合菌剂,采用不同化学修复剂及复合菌剂进行底泥原位修复模拟试验,并综合运用物理、化学及复合菌剂等方法开展了黑臭河道底泥原位修复试验,主要研究结果如下:(1)不同黑臭程度水体底泥细菌优势菌门均由变形菌门(Proteobacteria,43.71%～60.14%)、绿弯菌门(Chloroflexi,9.90%～19.22%)及拟杆菌门(Bacteroidetes,4.19%～10.42%)组成,优势菌属均为盐单胞菌(Halomonas,8.76%～19.13%)和假单胞菌(Pseudomonas,6.24%～13.08%)等,其中重度黑臭水体底泥变形菌门、绿弯菌门相对丰度总体高于轻度黑臭水体底泥,而拟杆菌门呈相反趋势。黑臭水体底泥存在丰富的潜在除臭菌,比如盐单胞菌、假单胞菌、硫杆菌、Smithella、Sulfuricurvum和Mesotoga,甚至在重度黑臭水体底泥中,相关功能菌总相对丰度高于轻度黑臭水体。不同黑臭程度水体底泥细菌群落结构及其多样性与底泥有机质、营养盐水平等因子关系密切。(2)采用室内模拟试验研究了 Ca(NO3)2、CaO2和Na2S2O8及市售修复剂投放对底泥有机质降解以及氮、磷释放的影响。结果表明:1)不同化学修复剂投加对底泥有机质及总氮具有不同程度的消减作用。处理56d后各处理底泥有机质降解率为12.94%～24.42%,总体趋势为Ca(NO3)2>CaO2>Na2S2O8>市售底泥修复剂>空白;底泥总氮去除率为7.44%～20.46%,总体趋势为CaO2>Ca(NO3)2>Na2S2O8>市售底泥修复剂>空白;投加化学修复剂对底泥总磷含量影响不明显。2)投加不同化学修复剂对上覆水水质存在不同程度的短期影响。CaO2导致水质COD、TP水平的持续上升,56d时达到69.2mg/L、0.47mg/L,分别是空白组的2.47和2.94倍;Ca(NO3)2对上覆水COD、TP的控制效果明显,但导致上覆水TN的大幅增加,56d时为空白组的10.39倍;Na2S2O8可有效降低前期上覆水TP水平,并且持续保持上覆水DO较高水平;市售底泥修复剂能起到抑制底泥有机质和氮释放作用,其上覆水COD和TN在试验过程总体低于空白及其它处理。总体来看,Ca(NO3)2、CaO2的投加对底泥的原位修复作用更好。(3)从河道底泥中筛选获得3株高效反硝化菌,经分子生物学鉴定,分别与不动杆菌(Acinetobacter)(K38、K42)及假单胞菌(Pseudomonas)(K99)相似度最高。以上述高效反硝化菌与乳酸菌组合形成复合菌剂,研究了化学修复剂(组合)与复合菌剂联合投加对底泥的修复作用。结果表明:1)复合菌剂与化学修复剂(组合)联合投加可促进底泥有机质和总氮的削减;与市售菌剂相比,复合菌剂对底泥总氮的去除效率提高13.82%～29.70%,但对底泥有机质降解能力有所下降,同时在56d实验过程中,复合菌剂的投加降低了上覆水pH、DO,提高了上覆水NH4+-N水平。2)相对于Ca(NO3)2组以及Ca(NO3)2+Na2S2O8组,Ca(NO3)2+CaO2组更有效促进底泥有机质分解,其与市售菌剂以及与复合菌剂联合投加处理中,有机质降解率分别比另2组提高3.53%～14.48%及41.52%～65.54%;3)化学修复剂(组合)对底泥总氮去除效率趋势为Ca(NO3)2+CaO2>Ca(NO3)2>Ca(NO3)2+Na2S2O8;不同化学修复剂(组合)均对底泥磷含量的影响较小;4)与Ca(NO3)2单独投加相比,Ca(NO3)2+CaO2或Na2S2O8组合投加相对降低了前期上覆水TP水平,但提高了后期上覆水TP、NH4+-N水平以及全实验期上覆水COD水平。总体来看,Ca(NO3)2+CaO2与复合菌剂联合投加对底泥的原位修复效果更优。(4)采用化学联合生物原位底泥修复方法,辅以沸石、人工曝气等材料与技术手段开展了滞流型黑臭河道治理实践。结果表明:1)综合技术措施有效实现河道黑臭消除,治理后 30d,上覆水 NH4+-N、TN、TP 和 COD 分别从 2.53mg/L、19.47mg/L、11.27mg/L 和173.67mg/L 下降到 1.22mg/L、2.11mg/L、0.33mg/L 和 24.13mg/L,治理 90d 后上覆水 TP仍持续下降,其余指标有所回升但仍均明显低于治理前的水平;2)治理后底泥速效磷、NH4+-N水平明显提高,90d后速效磷、NH4+-N值从20.93mg/kg、24.42mg/kg增加到135.53mg/kg、128mg/kg,其它理化指标在整个过程中表现出先增加后降低的趋势;底泥速效憐、NH4+-N的提高对水质指标影响较小,说明沸石及底泥修复剂的运用可能抑制了底泥氮、磷向上覆水的释放;3)治理前后底泥细菌优势菌门均由变形菌门(47.72%～77.67%)和绿弯菌门(7.89%～19.21%)组成,但治理后变形菌门相对丰度随时间呈持续增加趋势,而绿弯菌门相对丰度呈相反趋势;河道治理前后底泥优势菌属均为盐单胞菌(11.97%～40.76%)和假单胞菌(9.04%～28.30%),并且治理后这2种菌属相对丰度均显著提高。