電滲-帽封聯(lián)用技術(shù)對(duì)底泥內(nèi)源污染釋放的阻控效果

劉柳君，胡悅，李彥，岳瑞，胡將軍，朱華，王旭，毛旭輝

（武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

河湖天然水體是城市生態(tài)發(fā)展的重要載體，水體健康是城市健康的根本前提，底泥內(nèi)源污染作為水體健康的重要隱患，其控制技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外針對(duì)底泥中內(nèi)源污染控制方法主要分為異位控制和原位控制[1-2]。異位控制技術(shù)是采用清淤設(shè)施，清除淤積在河床的沉積物，進(jìn)行脫水固結(jié)，然后根據(jù)污泥的污染特點(diǎn)，進(jìn)行資源化利用或者填埋，一般包含清淤、脫水、運(yùn)輸?shù)纫幌盗羞^(guò)程，存在工程成本高、剩余污泥處理難度大的缺點(diǎn)[3]。相較于異位控制技術(shù)，原位控制技術(shù)具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、工程投資少的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)具有更大的發(fā)展?jié)摿?。常見的河湖沉積物內(nèi)源污染的原位控制技術(shù)主要包括自然監(jiān)測(cè)衰減、原位植物修復(fù)法、帽封法和投加藥劑處理法等四大類[3-8]。近年來(lái)，電化學(xué)方法應(yīng)用于底泥污染物原位修復(fù)和控制也取得了一些新的突破，一些學(xué)者嘗試用微生物電池方式和外加電場(chǎng)的方式實(shí)現(xiàn)底泥的修復(fù)，降低底泥中的碳氮磷等污染物向底泥中的釋放[9-18]。

電滲是一種電場(chǎng)下多孔介質(zhì)中液態(tài)水的運(yùn)移現(xiàn)象，利用這一現(xiàn)象可以實(shí)現(xiàn)含水底泥的脫水和減量，同時(shí)將溶解性污染物（例如碳氮磷和黑臭物質(zhì)）從底泥中分離出來(lái)[18]。通過(guò)采用低成本的復(fù)合塑料導(dǎo)電電極，電滲技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了底泥原位和異位脫水的工程應(yīng)用[19]。但是針對(duì)電滲處理工程，如何進(jìn)一步提高電滲處理效率，明確電滲處理后污染物的釋放規(guī)律以及如何控制底泥污染物的二次釋放，仍是目前亟需解決的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，本研究提出了一種“電滲-帽封”的底泥內(nèi)源污染控制技術(shù)，即通過(guò)電滲實(shí)現(xiàn)河湖底泥的原位脫水減量，然后在底泥上方施加帽封材料形成永久阻隔層，阻止電滲處理后底泥的污染物向上覆水中再次釋放。舉例來(lái)說(shuō)，將待修復(fù)的水域進(jìn)行分區(qū)圍堰，移除上覆水后布置管狀或者板狀電極，將電滲作用與抽吸排水系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)底泥孔隙水的快速排出和污染物質(zhì)的減量；當(dāng)孔隙水排出后，污泥體積壓縮，湖（河）床的高度下降，再在沉積物上方施加帽封材料，從而阻隔污染物質(zhì)與上覆水的交換。該聯(lián)用工藝還可以與投加氧化藥劑、鎖磷劑、重金屬淋洗劑等方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物中的有機(jī)物、氮磷和重金屬的分離和去除。

作為一種新型的底泥原位治理思路，“電滲-帽封”技術(shù)預(yù)期具有底泥減容、修復(fù)及污染阻控等多種效果，但其污染阻控效果還尚待驗(yàn)證。本文針對(duì)這一問(wèn)題，開展實(shí)驗(yàn)室探索研究，主要目的是明確電滲處理對(duì)底泥污染物釋放的影響規(guī)律，同時(shí)探索“帽封”對(duì)底泥多種污染物二次釋放的阻隔效果和最佳條件，即探究該聯(lián)用技術(shù)對(duì)污染釋放的阻控作用。為此，實(shí)驗(yàn)室采用了實(shí)際的湖泊污染底泥，設(shè)計(jì)了“電滲”底泥預(yù)處理試驗(yàn)、預(yù)處理后底泥的覆水和帽封試驗(yàn)，考察了多種污染物的遷移規(guī)律和阻控效率。本研究結(jié)果將為“電滲-帽封”技術(shù)的后續(xù)中試試驗(yàn)和工程應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用底泥均取自武漢東湖光谷大橋下方湖心。采用抓泥斗抓取采樣點(diǎn)（114°E，30.5°N）處的底泥。采樣后除去底泥中的雜草、砂石、垃圾等雜物，并放入4℃±0.5℃冰箱內(nèi)避光密封保存?zhèn)溆?。每次試?yàn)前，需要將污泥放置在開放環(huán)境中至少30min，確保污泥溫度達(dá)到室溫（20℃）。經(jīng)儲(chǔ)存沉淀后，對(duì)污染底泥進(jìn)行理化性質(zhì)分析，其中含水率為59.7%，pH為7.56，全氮、全磷、總有機(jī)質(zhì)含量（干重）分別為0.49g/kg、1.07g/kg、41.1g/kg。

1.2 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用的底泥電滲試驗(yàn)裝置如圖1所示。電滲主體單元為內(nèi)徑長(zhǎng)126mm、寬70mm、高10mm、厚度為3mm的無(wú)蓋有底有機(jī)玻璃槽體，陰極側(cè)固定一開孔聚乙烯塑料隔板，在陰極側(cè)隔離出集液區(qū)，并與蠕動(dòng)泵相連，便于抽出電滲出水。使用1mm 厚的網(wǎng)狀鈦板（表面涂釕銥防氧化層）作為電極，通過(guò)銅導(dǎo)線將其與電源（CT2001B，武漢藍(lán)電公司）連通，對(duì)電滲單元施加恒定電壓。陰極板與開孔聚乙烯塑料隔板之間放置300 目土工濾布，防止底泥顆粒流出。藍(lán)電系統(tǒng)同步記錄電壓、電流數(shù)值，確保施加電壓穩(wěn)定。

圖1 電滲試驗(yàn)裝置

1.3 試驗(yàn)方法

首先設(shè)置4組電滲試驗(yàn)，電壓強(qiáng)度分別為0V、8V、20V，稱取500g 攪拌均勻的底泥，平鋪裝入電滲試驗(yàn)裝置并輕輕壓實(shí)，在恒壓下通電24h，并通過(guò)蠕動(dòng)泵對(duì)陰極集水槽進(jìn)行抽水。電滲試驗(yàn)結(jié)束后，使用高400mm、內(nèi)徑100mm、厚度5mm、底部封口的透明有機(jī)玻璃筒進(jìn)行恢復(fù)上覆水試驗(yàn)。將三組電滲后底泥分別填充到有機(jī)玻璃筒底部，填充高度為5cm，緩慢加入上覆水（純水）2000mL，避免對(duì)底泥產(chǎn)生擾動(dòng)[20-21]。為模擬自然水體環(huán)境，使用黑色圓筒對(duì)裝置進(jìn)行遮光處理。試驗(yàn)周期為30 天，定期對(duì)上覆水進(jìn)行取樣，取樣位置為水面下方10cm處，取樣體積為20mL，每次取樣后，即刻向試驗(yàn)體系中補(bǔ)充等體積純水。然后選取20V電壓強(qiáng)度下電滲后的底泥進(jìn)行原位帽封，共設(shè)置8組試驗(yàn)，分別探究不同帽封材料、帽封厚度、材料粒徑對(duì)原位帽封技術(shù)污染控制效果的影響，具體試驗(yàn)條件參數(shù)見表1，帽封后恢復(fù)上覆水，試驗(yàn)步驟同上。試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 底泥的處置和試驗(yàn)流程

表1 試驗(yàn)條件參數(shù)

1.4 樣品分析

水樣的測(cè)定指標(biāo)包括pH、溶解氧（DO）、氨氮（NH+4-N）、總磷（TP）、溶解性有機(jī)物（DOM）等。pH采用電極法測(cè)定，DO采用哈希便攜式溶解氧測(cè)試儀測(cè)定。所有樣品用0.45μm 濾頭過(guò)濾，氨氮和總磷的測(cè)量分別采用納氏試劑分光光度法、鉬酸銨分光光度法。DOM 采用UV1700 紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定， 并用EFC 軟件進(jìn)行EEMPARAFAC分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理

從底泥釋放到上覆水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通量以式(1)計(jì)算[22]。

式中，JD為底泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放通量，mg/(m2·d)；A為帽封模擬裝置的截面積，m2；V為上覆水體積，L；ti為取樣時(shí)間，d；Ci和Ci-1分別為ti和ti-1時(shí)刻測(cè)得上覆水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，mg/L；n為樣本數(shù)量。

底泥中的氮磷進(jìn)入上覆水主要是通過(guò)分子擴(kuò)散和濃度梯度擴(kuò)散（即靜態(tài)擴(kuò)散），氮磷的靜態(tài)釋放方程符合對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，即氮磷釋放通量與時(shí)間對(duì)數(shù)成線型關(guān)系，以式(2)計(jì)算[23]。

式中，JD為沉積物氮磷的釋放通量，mg/(m2·d)；t為時(shí)間，h；a和b為常數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電滲處理后底泥中氮磷向上覆水的釋放

污染底泥經(jīng)過(guò)電滲并重新恢復(fù)上覆水后，底泥中氨氮和總磷在30天內(nèi)的釋放情況如圖3所示。從圖3(a)中看出在0～20天內(nèi)，3種情況下，上覆水中氨氮都呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)啄嗷謴?fù)上覆水之后，隨著水分子逐漸進(jìn)入底泥空隙，成為底泥間隙水，底泥中氨氮污染物通過(guò)遷移與擴(kuò)散作用轉(zhuǎn)移到上覆水中。同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)電滲后底泥中氨氮釋放量和釋放速率均低于對(duì)照組（電壓0V組），且電滲電壓越高，底泥氨氮釋放量越低。這是因?yàn)殡姖B作用會(huì)強(qiáng)化電滲出水中氨氮的遷移，同時(shí)陽(yáng)極過(guò)程會(huì)氧化氨氮[25-26]，NH4+可以在陰極與OH-發(fā)生反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的氨水化合物，最終以氨氣揮發(fā)的形式去除[27]，從而導(dǎo)致底泥中氨氮的整體含量減少，從而向上覆水中的二次釋放量降低。在試驗(yàn)的后期（10～20天以后），上覆水中的硝化細(xì)菌通過(guò)硝化作用，將大部分氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，因此氨氮濃度逐步減少[28]。

圖3 不同電壓電滲后底泥向上覆水中氨氮濃度、總磷濃度的變化

圖3(b)給出了不同上覆水中磷含量的變化。結(jié)果則顯示施加電壓越高，上覆水中的總磷含量越高。根據(jù)底泥中磷的穩(wěn)定性與釋放可能性，一般將總磷分為無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷和殘?jiān)祝鵁o(wú)機(jī)磷又分為鋁磷、鐵磷和鈣磷，在恢復(fù)上覆水后，底泥中各種磷不斷釋放，造成上覆水中的總磷含量不斷升高。底泥的電滲處理，在陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)會(huì)產(chǎn)生如式(5)、式(6)電化學(xué)反應(yīng)[27]。

因此，電滲過(guò)程使得底泥在陽(yáng)極區(qū)的pH 出現(xiàn)較明顯的下降，而陰極的pH 則會(huì)出現(xiàn)一定程度的上升。在酸性條件下，底泥沉積物中的磷通過(guò)酸化作用可溶性增加（例如形成磷酸二氫根），在堿性條件下，由于離子交換作用，OH-與被底泥固體顆粒束縛的磷酸鹽陰離子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，也可造成磷的釋放[29]。因此，電壓越高，陰陽(yáng)極過(guò)程造成底泥中二次釋放磷的含量會(huì)越高。隨著磷的不斷遷移與擴(kuò)散，上覆水中的磷濃度在30 天后可逐漸達(dá)到相對(duì)平衡狀態(tài)。根據(jù)對(duì)上覆水中氮磷含量的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，電滲處理技術(shù)在一定程度上可以抑制底泥氮內(nèi)源污染物的釋放，但電滲處理底泥存在加速磷釋放的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要采用帽封等技術(shù)來(lái)進(jìn)行電滲處理后底泥的進(jìn)一步污染阻控。

2.2 帽封對(duì)上覆水pH和溶解氧的影響

不同帽封條件下上覆水中的pH 和DO 的變化如圖4 所示。在模擬帽封的30 天內(nèi)，pH 的變化幅度不大，基本均在7.0～7.4之間，未顯示出顯著性差異，表明天然河砂、石英砂等材料的覆蓋，并不會(huì)顯著改變上覆水的pH。采用貝殼碎粒材料，在后期pH 略有上升，可能與貝殼碎粒的主要成分是碳酸鈣有關(guān)。不同試驗(yàn)組中，上覆水的DO均呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)，且帽封厚度越大，帽封材料的顆粒粒徑越小，對(duì)底泥和上覆水之間的隔離效果越好，水體中DO濃度開始下降的時(shí)間越靠后，末期恢復(fù)效果也更加顯著。分析在帽封初期DO的下降主要是因?yàn)槲⑸锏暮粑饔孟乃w中的溶解氧；同時(shí)底泥中的有機(jī)物也在不斷向上覆水中擴(kuò)散，好氧微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解也增加了水體中溶解氧的消耗，造成DO下降。試驗(yàn)?zāi)┢?，由于帽封層阻隔了上覆水中的溶解氧進(jìn)入底泥，使得底泥中的微生物呼吸作用相對(duì)較弱，還減緩了底泥中有機(jī)物向上覆水中的擴(kuò)散，并且之前釋放到上覆水中的有機(jī)物已被大量消耗，導(dǎo)致上覆水中的有機(jī)物含量較少，分解這些有機(jī)物所需的溶解氧也大大減少。由于帽封材料的稀釋作用，泥水界面中的有機(jī)碳濃度降低，從而降低了上覆水中的化學(xué)需氧量并增加了溶解氧[30-31]，因此各組上覆水中DO 濃度回升。

圖4 電滲處理后底泥增加帽封阻隔材料后pH和DO的變化

2.3 帽封對(duì)電滲后底泥氨氮釋放的影響

利用不同帽封厚度、帽封粒徑和帽封材料對(duì)電滲后底泥進(jìn)行原位帽封時(shí)（圖5），所有試驗(yàn)組的氨氮濃度變化趨勢(shì)基本一致，均表現(xiàn)為先升高再緩慢降低至穩(wěn)定狀態(tài)。但是，對(duì)照組（無(wú)帽封材料）的氨氮濃度均高于試驗(yàn)組，即底泥中氨氮向上覆水的釋放均受到阻隔。如圖5(a)所示，當(dāng)帽封厚度為3cm 時(shí)，氨氮濃度上升最緩慢，且抑制作用最明顯，其濃度峰值僅為對(duì)照組的38%。在長(zhǎng)時(shí)間的帽封中，底泥中的氨氮均存在一定程度上的釋放，但帽封厚度的增加，增大了底泥和上覆水之間的擴(kuò)散距離，從而延遲了氨氮的釋放，因此帽封厚度越高，其控制效果越好[32]。圖5(b)顯示了不同粒徑的影響，粒徑2～4mm 和粒徑1～2mm 的試驗(yàn)組中氨氮濃度上升較慢，在約25 天時(shí)才達(dá)到峰值，這可能是由于帽封材料粒徑越小，填充得越緊密，則孔隙度越小，物質(zhì)的擴(kuò)散通道越少。從圖5(c)可以看出，3種不同材料對(duì)NH+4-N釋放的抑制效果為天然粗河砂>白色石英砂>貝殼碎粒。貝殼碎粒形狀不規(guī)則，堆疊阻隔效應(yīng)不均勻，導(dǎo)致存在較大空隙而使其控制效果相對(duì)較差。

圖5 電滲處理后底泥增加帽封阻隔材料后氨氮含量的變化

2.4 帽封對(duì)電滲后底泥總磷釋放的影響

對(duì)不同帽封條件下上覆水中的總磷含量同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（圖6），其中對(duì)照組總磷的濃度和釋放速率均高于所有試驗(yàn)組，表明帽封對(duì)于底泥中總磷的釋放也具有顯著抑制效果。帽封厚度越高，帽封材料粒徑越小，總磷的釋放速率和釋放量越小，其阻控效果越明顯。這與上文中帽封對(duì)底泥氨氮釋放的影響結(jié)論保持一致，說(shuō)明帽封層主要是通過(guò)增強(qiáng)上覆水和底泥之間的阻隔作用來(lái)控制底泥中氮磷的釋放。不同的是，天然粗河砂、白色石英砂以及貝殼碎粒3種材料對(duì)總磷釋放的控制效果差別不大。由于天然粗河砂的價(jià)格優(yōu)勢(shì)與獲取便宜，使得天然粗河砂作為帽封材料進(jìn)行大規(guī)模的工程應(yīng)用更具可行性。

圖6 電滲處理后底泥增加帽封阻隔材料后總磷含量的變化

帽封過(guò)程中氨氮與總磷的釋放規(guī)律略有不同，不同形態(tài)氮之間存在相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，使得底泥中氮的釋放先達(dá)到峰值后逐漸開始下降，并最終穩(wěn)定在較低水平。由于底泥中磷濃度較高，會(huì)向磷濃度較低的上覆水中逐漸釋放，從而導(dǎo)致上覆水中總磷濃度持續(xù)上升。為了對(duì)帽封過(guò)程中底泥磷的釋放規(guī)律進(jìn)行更清晰具體的描述，對(duì)底泥中磷的釋放通量與時(shí)間對(duì)數(shù)進(jìn)行線性擬合后再進(jìn)行定積分，并將TP 釋放通量為零的時(shí)間定義為TP 釋放平衡時(shí)間，平衡時(shí)間上覆水中TP 的濃度為平衡濃度，可推導(dǎo)出上覆水中TP 濃度（y）與時(shí)間（x）的數(shù)值模型（表2）。

表2 上覆水TP濃度方程

根據(jù)表2顯示，與對(duì)照組相比，添加帽封材料的試驗(yàn)組均有平衡時(shí)間提前和平衡濃度降低的現(xiàn)象。試驗(yàn)組的平衡時(shí)間和平衡濃度均與帽封厚度呈負(fù)相關(guān)，與帽封材料粒徑呈正相關(guān)。對(duì)3種帽封材料進(jìn)行比較，白色石英砂組達(dá)到平衡的時(shí)間最快，為19.2 天，而天然粗河砂組控制的平衡濃度最低，為0.39mg/L。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，帽封技術(shù)能在一定程度上加快TP 平衡時(shí)間的到達(dá)，并有效控制上覆水中總磷的含量。一方面，增加帽封厚度和減小材料粒徑均能造成底泥與上覆水間阻隔作用的增強(qiáng)，導(dǎo)致底泥與上覆水間的有效接觸面積減小，從而使總磷釋放通量下降。另一方面，底泥經(jīng)過(guò)電滲脫水脫除了大部分的間隙水，同時(shí)由于底泥與上覆水間的阻隔作用，底泥中的間隙水的恢復(fù)受到阻礙，而底泥向上覆水釋放總磷的主要方式，即底泥間隙水與上覆水中物質(zhì)的擴(kuò)散與遷移[33]。由于間隙水減少，底泥中總磷遷移率降低，可釋放的磷顯著減少，因此帽封能夠有效控制上覆水中最終的總磷濃度。

2.5 帽封后上覆水中有機(jī)物的光譜學(xué)特征

對(duì)上覆水樣品進(jìn)行三維熒光分析，探究上覆水中溶解性有機(jī)物（DOM）的成分特征。使用EFC軟件對(duì)三維熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行EEM-PARAFAC 分析，擬合分離出兩個(gè)熒光組分如圖7所示。通過(guò)與DOM熒光數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，分析出C1和C2兩種主要成分。其中C1 為類絡(luò)氨酸物質(zhì)，自由分子或與氨基酸、蛋白質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)；C2 為類色氨酸物質(zhì)，自由分子或與蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)。C1 和C2均具有相對(duì)分子質(zhì)量小、易分解的特點(diǎn)。

圖7 三維熒光平行因子分析成分

將不同帽封條件下三維熒光平行因子含量的變化進(jìn)行對(duì)比分析（圖8），可以看出帽封層對(duì)C1、C2的滲出具有一定的抑制作用，而且C1和C2的整體變化趨勢(shì)基本一致，均為先升高再降低。分析其原因，試驗(yàn)前期有機(jī)物不斷向上覆水中釋放，由于覆水初期，電滲處理后的底泥孔隙沒(méi)有水分占據(jù)，微生物活性較低。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，底泥和上覆水中的微生物活性逐漸恢復(fù)，而上覆水中主要的有機(jī)物成分是易被生物降解的類蛋白物質(zhì)，因此上覆水中有機(jī)物含量最終明顯降低。從圖8(a)、(d)中可知，前期上覆水中C1、C2 的釋放速率隨著帽封厚度的增大而減小，并且C1和C2開始降低的時(shí)間點(diǎn)也有延遲現(xiàn)象，說(shuō)明帽封層在底泥和上覆水間產(chǎn)生的阻隔作用降低了有機(jī)物的釋放速率，同時(shí)底泥中微生物的釋放也受到了影響，因此帽封厚度越高，有機(jī)物濃度降低的時(shí)間點(diǎn)越靠后。根據(jù)圖8(b)、(e)顯示，當(dāng)帽封粒徑越小，有機(jī)物的釋放速率越慢，有機(jī)物開始降低的時(shí)間點(diǎn)越靠后，與圖8(a)、(d)的規(guī)律基本一致，因此可以推測(cè)帽封層的阻隔作用是造成上覆水中有機(jī)物含量差異的主要原因。圖8還分析了試驗(yàn)所選的3種帽封材料對(duì)有機(jī)物釋放的控制效果，結(jié)果表明，3種帽封材料對(duì)有機(jī)物的阻控能力無(wú)顯著差異。

圖8 電滲處理后底泥增加帽封阻隔材料后三維熒光平行因子含量的變化

2.6 電滲-帽封聯(lián)用技術(shù)的阻控效率

在不同試驗(yàn)參數(shù)下對(duì)氮磷的控制效果如圖9所示。電滲-帽封聯(lián)用技術(shù)能有效阻止氮和磷從沉積物向上覆水中的釋放。首先，增加帽封層是通過(guò)增加沉積物和上覆水之間的擴(kuò)散距離來(lái)減緩污染物釋放，帽封層越厚，擴(kuò)散距離越長(zhǎng)，污染物從底泥向上覆水體遷移所需的時(shí)間越長(zhǎng)。另外，當(dāng)沉積物與上覆水通過(guò)擴(kuò)散交換養(yǎng)分時(shí)，由于帽封層中的細(xì)砂密度比底泥高，它可以壓縮底泥，降低其孔隙度，或與底泥混合，直接減小底泥與上覆水的接觸面積，從而減緩底泥內(nèi)源污染的釋放[34-35]。由圖9 可知，電滲過(guò)程的電壓越高，對(duì)底泥氨氮的阻控效率越高，對(duì)總磷阻控效率反而越低，導(dǎo)致總阻控效率降低。模擬帽封試驗(yàn)表明，天然粗河砂對(duì)氨氮和總磷表現(xiàn)出最佳控制效果，總阻控效率明顯高于貝殼碎粒和白色石英砂。帽封厚度和材料粒徑也決定了控制效果，材料粒徑越小，帽封厚度越大，對(duì)污染物的控制效果越好。與材料粒徑相比，試驗(yàn)組對(duì)帽封厚度的變化有更明顯的響應(yīng)，當(dāng)帽封厚度為3cm時(shí)，對(duì)氨氮和總磷的阻控效率分別為65.0%、68.8%。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電滲電壓為20V、帽封材料為天然粗河砂、帽封厚度3cm、材料粒徑3～5mm 時(shí)，對(duì)污染物的阻控效果最佳，其總阻控效率可達(dá)到66.9%。需要指出，電滲-帽封聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用后，顯著改變了底棲生境的基質(zhì)條件，其長(zhǎng)期的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)需要進(jìn)一步研究和評(píng)估。

圖9 不同試驗(yàn)參數(shù)條件下氨氮、總磷和總阻控效率的比較

3 結(jié)論

（1）電滲過(guò)程電壓越高，底泥氨氮釋放量越低，總磷釋放量越高。帽封階段，在天然粗河砂、白色石英砂、貝殼碎粒等3種帽封材料中，天然粗河砂對(duì)底泥污染物的控制效果最好。帽封厚度越高，材料粒徑越小，對(duì)底泥和上覆水之間的隔離效果越好，對(duì)污染物釋放的阻控效果也越好。

（2）以“電滲-帽封”為核心的聯(lián)合工藝，對(duì)水體底泥污染物向上覆水的釋放具有顯著的控制效果。上覆水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物的含量顯著降低，且釋放出的有機(jī)物為易被生物降解的低聚合度類蛋白物質(zhì)，容易被生物礦化分解。

（3）本文中選用的帽封材料均為較為穩(wěn)定的清潔砂石，對(duì)原生生態(tài)環(huán)境影響較小。但帽封后的水環(huán)境底棲生境發(fā)生了顯著變化，對(duì)于帽封操作的長(zhǎng)期生態(tài)效應(yīng)和影響仍需進(jìn)一步研究。