底泥是河湖的沉積物，是自然水域的重要組成部分。當水域受到污染後，水中部分污染物可通過沉澱或顆粒物吸附而蓄存在底泥中，適當條件下重新釋放，成為二次污染源,這種污染稱為底泥污染。
基本介紹
- 中文名：底泥污染
- 特點：污染物釋放形成的二次污染
釋義,底泥污染釋放機理,污染方式,底泥污染對上覆水水質的影響,底泥污染影響因素,上覆水溶解氧,溫度,pH值,典例,
釋義
底泥是河湖的沉積物，是自然水域的重要組成部分。當水域受到污染後，水中部分污染物可通過沉澱或顆粒物吸附而蓄存在底泥中，適當條件下重新釋放，成為二次污染源,這種污染稱為底泥污染。
底泥污染釋放機理
在河流湖泊污染治理過程中，底泥污染整治是主要的難點之一，也是目前較為普遍存 在的環境問題。水體和底泥之間存在著吸收和釋放的動態平衡，當水體存在較嚴重污染 時，一部分污染物能夠通過沉澱、吸附等作用進人底泥中；當外源造成的污染得到控制 後，累積於底泥中的各種有機和無機污染物通過與上覆水體間的物理、化學、生物交換作 用，重新進入到上覆水體中，成為影響水體水質的二次污染源。
污染方式
河流底泥主要通過4種方式影響上覆水體水質：
(1) 由於底泥與間隙水中濃度差引起的污染物向上覆水體的釋放過程，從而使上覆水 體中主要污染物濃度增加；
(2) 底泥微生物降解有機物的過程消耗上覆水體中的溶解氧；
(3) 底泥再懸浮過程中，吸附的污染物向上覆水體的擴散、釋放，增加了上覆水體中 的有機污染物；
（4) 底泥擾動，增加了底泥中污染物向上擴散速率。
(1) 由於底泥與間隙水中濃度差引起的污染物向上覆水體的釋放過程，從而使上覆水 體中主要污染物濃度增加；
(2) 底泥微生物降解有機物的過程消耗上覆水體中的溶解氧；
(3) 底泥再懸浮過程中，吸附的污染物向上覆水體的擴散、釋放，增加了上覆水體中 的有機污染物；
（4) 底泥擾動，增加了底泥中污染物向上擴散速率。
底泥污染對上覆水水質的影響
底泥與上覆水之間的污染物交換十分複雜，這不僅僅受到水下地形、底泥含水率、污 染物含量和濃度等底泥本身物理化學性質的影響，也受到上覆水水動力特性以及上覆水本 身pH值、溫度、污染物種類和濃度等上覆水的物理化學性質的影響，且污染物不僅僅會 在底泥和上覆水之間互相交換，不同污染物之間由於外界條件的改變也會發生物理和化學 反應，形成污染物之間的相互轉移或轉化。1、沉積物耗氧與上覆水溶解氧的關係
地表水體耗氧過程包括生化需氧（BOD)、底泥耗氧（Sediment Oxygen Demand, SOD)、氨的硝化及浮游植物和動物的呼吸等。SOD約占河流中總耗氧量的40%〜50%， 因此當城市河道水質得到治理，兩旁無污染源時，SOD指標仍將對河流中的DO指標有 很大影響。沉積物耗氧是發生在沉積物與水層之間的複雜過程。從物質和能量的觀點看，上覆水溶解氧含量和沉積物內有機物質是沉積物耗氧過程中的物質和能量基礎，因此從根 本上說，這兩者是決定沉積物耗氧過程的控制因素。
2、污染底泥對上覆水體有機質含量的影響
底泥中的有機物在細菌作用下發生好氧和厭氧分解，前者消耗水體中的溶解氧，後 者則產生有機酸、二氧化碳、甲烷、氨和硫化物等有臭味的物質。河道水質在淨化後， 水體中有機物不會很快上升，反而會繼續有所下降，分析原因認為是由於沉積物耗氧 導致水體缺氧反硝化，而此過程需要消耗碳源或有機物，進而導致水體中有機物濃度 的下降。
地表水體耗氧過程包括生化需氧（BOD)、底泥耗氧（Sediment Oxygen Demand, SOD)、氨的硝化及浮游植物和動物的呼吸等。SOD約占河流中總耗氧量的40%〜50%， 因此當城市河道水質得到治理，兩旁無污染源時，SOD指標仍將對河流中的DO指標有 很大影響。沉積物耗氧是發生在沉積物與水層之間的複雜過程。從物質和能量的觀點看，上覆水溶解氧含量和沉積物內有機物質是沉積物耗氧過程中的物質和能量基礎，因此從根 本上說，這兩者是決定沉積物耗氧過程的控制因素。
2、污染底泥對上覆水體有機質含量的影響
底泥中的有機物在細菌作用下發生好氧和厭氧分解，前者消耗水體中的溶解氧，後 者則產生有機酸、二氧化碳、甲烷、氨和硫化物等有臭味的物質。河道水質在淨化後， 水體中有機物不會很快上升，反而會繼續有所下降，分析原因認為是由於沉積物耗氧 導致水體缺氧反硝化，而此過程需要消耗碳源或有機物，進而導致水體中有機物濃度 的下降。
3、污染底泥對上覆水體中氮、磷的影響
大量研究結果表明，在好氧條件下，氮大部分是以硝態氮形式溶出，而在厭氧條件 下，溶出的TN中，絕大部分為氨氮，好氧條件下比厭氧條件下溶出速度快。當水體中磷含量比底泥中的磷含量少吋，就很可能導致底泥中磷向水體屮的釋放。隨 環境溫度的升卨，沉積物中的微生物活性增強，底棲生物活動也開始加強，提髙了生物擾 動作用和沉積物有機物的礦化速率，促使有機磷向無機態轉化，將不溶性磷化物轉化為可 溶性磷。此外，隨微生物活動的增加，間隙水耗氧速率加快，水體中的溶解氧減少，使水 體環境由氧化狀態向還原狀態轉化，加速沉積物中鐵結合態磷的釋放。
大量研究結果表明，在好氧條件下，氮大部分是以硝態氮形式溶出，而在厭氧條件 下，溶出的TN中，絕大部分為氨氮，好氧條件下比厭氧條件下溶出速度快。當水體中磷含量比底泥中的磷含量少吋，就很可能導致底泥中磷向水體屮的釋放。隨 環境溫度的升卨，沉積物中的微生物活性增強，底棲生物活動也開始加強，提髙了生物擾 動作用和沉積物有機物的礦化速率，促使有機磷向無機態轉化，將不溶性磷化物轉化為可 溶性磷。此外，隨微生物活動的增加，間隙水耗氧速率加快，水體中的溶解氧減少，使水 體環境由氧化狀態向還原狀態轉化，加速沉積物中鐵結合態磷的釋放。
底泥污染影響因素
底泥中污染物的釋放除了受底泥組分等影響外，環境因子的改變也是底泥污染物釋放 的重要影響因素。研究表明，厭氧條件是促使底泥氮磷釋放的主要原因，上覆水體的營養 鹽水平可對底泥中氮磷營養鹽釋放程度產生影響。影響底泥污染物釋放的環境因子主要有 溶解氧、溫度、pH值、外部擾動等。
上覆水溶解氧
上覆水的溶解氧含量對底泥其他污染物釋放產生了非常大的影響，有關研究發現：
（1） 低溶解氧水平下，水體中氨氮濃度升高而硝態氮濃度下降，總氮呈現升髙趨勢; 髙溶解氧水平下，水體中氨氮濃度下降而硝態氮濃度升髙，總氮呈現下降趨勢。大量研究 結果表明，在好氧條件下，氮大部分是以硝態氮形式溶出，而在厭氧條件下，溶出的TN 中，絕大部分為氨氮，好氧條件下比厭氧條件下溶出速度快。
（2) 低溶解氧水平下，上覆水體中總磷濃度升高，髙溶解氧水平下，水體中總磷濃度 保持穩定並略有下降。底層水體中溶解氧含量（DO)對沉積物P的釋放起著決定性的作 用，底泥首先要消耗溶解氧，降低溶解氧濃度，加速水體進人厭氧狀態。厭氧狀態可大大 促進P在沉積物的遷移和釋放，而在好氧狀態下釋放速率遠小於厭氧釋放速率。
（3) 低溶解氧水平下，上覆水體中COD升髙，髙溶解氧水平下，水體中COD下降。 溶解氧主要是通過底泥微生物活性來影響COD的釋放。溶解氧充足，好氧微生物可以利 用有機物進行代謝，將有機物轉化為自身能量，同時也將有機物分解為（：02和H2O,從 而減少了底泥的COD釋放量。在厭氧狀態下，好氧微生物無法利用底泥的有機物進行正 常代謝，大量有機物釋放到水體中，造成水體COD不斷升髙。正常條件下，COD釋放量 介於好氧狀態和厭氧狀態之間。
（1） 低溶解氧水平下，水體中氨氮濃度升高而硝態氮濃度下降，總氮呈現升髙趨勢; 髙溶解氧水平下，水體中氨氮濃度下降而硝態氮濃度升髙，總氮呈現下降趨勢。大量研究 結果表明，在好氧條件下，氮大部分是以硝態氮形式溶出，而在厭氧條件下，溶出的TN 中，絕大部分為氨氮，好氧條件下比厭氧條件下溶出速度快。
（2) 低溶解氧水平下，上覆水體中總磷濃度升高，髙溶解氧水平下，水體中總磷濃度 保持穩定並略有下降。底層水體中溶解氧含量（DO)對沉積物P的釋放起著決定性的作 用，底泥首先要消耗溶解氧，降低溶解氧濃度，加速水體進人厭氧狀態。厭氧狀態可大大 促進P在沉積物的遷移和釋放，而在好氧狀態下釋放速率遠小於厭氧釋放速率。
（3) 低溶解氧水平下，上覆水體中COD升髙，髙溶解氧水平下，水體中COD下降。 溶解氧主要是通過底泥微生物活性來影響COD的釋放。溶解氧充足，好氧微生物可以利 用有機物進行代謝，將有機物轉化為自身能量，同時也將有機物分解為（：02和H2O,從 而減少了底泥的COD釋放量。在厭氧狀態下，好氧微生物無法利用底泥的有機物進行正 常代謝，大量有機物釋放到水體中，造成水體COD不斷升髙。正常條件下，COD釋放量 介於好氧狀態和厭氧狀態之間。
溫度
（1） 溫度對底泥COD的釋放有明顯影響。朱健等研究發現，不同溫度條件下底泥 COD釋放量呈倒“V”字形，溫度對C()D的影響，5°C<20°C<35°C。溫度對礦物質吸 附有機質和微生物生長均有不同程度的影響，低溫有利於底泥中礦物質和有機質之間作用 力的形成，使底泥中的有機質處於相對穩定的狀態。高溫35°C不利於礦物質吸附有機質， 但可以促進微生物的生長，微生物在生長過程中會將部分底泥釋放出的有機質分解，減小 COD釋放，但是由於水體中的溶解氧水平較低，好氧微生物無法進行正常的生理代謝， 只有少量兼性微生物可以利用有機質，所以大部分有機質還是逐漸釋放到水體中。20°C既 不利於礦物質吸附有機質，也不利於微生物的生長，致使底泥中大量有機質釋放到水體 中，水體中COD大幅度提高。
（2) 溫度對底泥TN的釋放有明顯影響，溫度越髙底泥釋放越大。在氮的釋放過 程中，微生物起著十分重要的作用，沉積物的N以有機N為主，溫度影響微生物的活 性和活動程度，溫度促進宥機N的分解，進而使N向水體的釋放量增大。當溫度較髙 時，微生物的活動比較活躍，一方面導致有機物的分解作用加快；另一方面氧氣會被 快速消耗，從而使貼近底泥釋放層的水體中氧化層的深度減小而減緩硝化作用，沉積 物中釋放銨態氮的速率加快。反之，在溫度較低的條件下，微生物的活動減緩，一方 面導致有機質的分解礦化作用減弱；另一方面，溫度低水中氧氣的溶解度增大，其滲 透深度加大，從而使貼近底層釋放層的水體中氧化層的深度增加，發生硝化作用的界 面層深度也增加，沉積物釋放出的銨態氮中一部分被轉化為硝態氮，使得釋放銨態氮 的速率減緩。
（3) 溫度對底泥TP的釋放有明顯影響。溫度升髙，微生物活性增強，好氧增多， D()減少，從而氧化還原電位降低，發生Fe3+轉化為Fe2+，FE-P得以釋放；另外，微生 物的活動還可以使底泥中的有機磷轉化為無機磷得以釋放。
（2) 溫度對底泥TN的釋放有明顯影響，溫度越髙底泥釋放越大。在氮的釋放過 程中，微生物起著十分重要的作用，沉積物的N以有機N為主，溫度影響微生物的活 性和活動程度，溫度促進宥機N的分解，進而使N向水體的釋放量增大。當溫度較髙 時，微生物的活動比較活躍，一方面導致有機物的分解作用加快；另一方面氧氣會被 快速消耗，從而使貼近底泥釋放層的水體中氧化層的深度減小而減緩硝化作用，沉積 物中釋放銨態氮的速率加快。反之，在溫度較低的條件下，微生物的活動減緩，一方 面導致有機質的分解礦化作用減弱；另一方面，溫度低水中氧氣的溶解度增大，其滲 透深度加大，從而使貼近底層釋放層的水體中氧化層的深度增加，發生硝化作用的界 面層深度也增加，沉積物釋放出的銨態氮中一部分被轉化為硝態氮，使得釋放銨態氮 的速率減緩。
（3) 溫度對底泥TP的釋放有明顯影響。溫度升髙，微生物活性增強，好氧增多， D()減少，從而氧化還原電位降低，發生Fe3+轉化為Fe2+，FE-P得以釋放；另外，微生 物的活動還可以使底泥中的有機磷轉化為無機磷得以釋放。
pH值
（1） pH值主要通過影響礦物質和有機質之間的作用力來影響COD的釋放。同時pH 值也是微生物生長的重要影響因子，可以通過微生物生長情況來影響COD的釋放，但影 響較小。鹼性條件有利於底泥礦物質與有機質之間的作用力形成，大量有機質被底泥中的 礦物質吸附，從而減少了 COD向水體的釋放。酸性條件下，底泥中的礦物質和有機質之 間的作用力難以形成，有機質不能被吸附，釋放到水體中，使水體中的COD大量增加。 同時，大部分微生物在酸性條件下難以生長，這也是導致酸性條件下底泥COD大量釋放 的原因。自然條件下，既利於底泥礦物質和有機質之間作用力的形成，又有利於微生物的 生長，因此自然條件下COD的釋放量小於酸性和鹼性條件下COD釋放量。
(2) pH值對磷釋放速率的影響呈“U”形曲線分布。其機理是pH值影響磷與沉積 物的吸附和離子交換作用。鹼性條件下，磷的釋放以離子交換為主，體系中的FE-P、 AL-P複合體中的磷酸鹽發生交換，是磷酸鹽解析過程增強，增加了磷向水體的釋放速 率。
(2) pH值對磷釋放速率的影響呈“U”形曲線分布。其機理是pH值影響磷與沉積 物的吸附和離子交換作用。鹼性條件下，磷的釋放以離子交換為主，體系中的FE-P、 AL-P複合體中的磷酸鹽發生交換，是磷酸鹽解析過程增強，增加了磷向水體的釋放速 率。
典例
底泥是河湖的沉積物，是自然水域的重要組成部分。當水域受到污染後，水中部分 污染物可通過沉澱或顆粒物吸附而蓄存在底泥中，適當條件下重新釋放，成為二次污 染源。隨著珠三角經濟的發展，區域城市內大量河道呈半封閉狀態，納污量大，水質 惡劣。以佛山水道為例，通過資料調研以及現場調查，確定佛山水道水體的污染特徵 為水體受耗氧有機物、氮磷等營養元素污染，底泥存在重金屬污染，並且是氮磷等營 養物質和有機質的蓄積庫，水體生態受到破壞。對廣州市番禺區轄內會江支涌、南村 涌和曾邊涌等重污染河流的調查發現，不同河涌底泥中污染物的垂直分布所呈現的垂 直分布規律不一樣，同一河涌底泥中不同污染物的垂直分布特徵也不一樣；河涌底泥 中污染物的垂直分布，反映了不同歷史時期污染物的排放量，與歷史上污染物的排放 強度呈正相關。因此，在考慮通過清淤改善河流水質時，應考慮河涌污染的歷史，並 調查沉積物中污染物垂直分布的實際情況。
