黑黑的湖泊或河流水面上飘满了污染物，苍蝇乱飞，臭气熏天，路过的行人都皱着眉头捂住口鼻。水里的鱼类及其他水生生物因为缺氧或中毒无法生长，整个水生生态系统遭到严重破坏。这里描述的就是黑臭水体所造成的影响。

（图片来自网络）

尤其是城市水体出现“黑臭”现象时，不仅会损害城市景观和形象，还可能会影响城市居民的饮用水源；同时，恶臭气体含有的硫化物等使人感到胸闷气短、头昏脑胀，当恶臭气体浓度较高时，还有可能引发人体的急性病。

针对水体黑臭现象，国务院2015年印发的《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)将“整治城市黑臭水体”作为重要内容，明确要求各地加大黑臭水体治理力度并向社会公布治理情况。

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黑臭水体的治理主要分为外源污染控制和内源污染修复两个部分。外源污染控制需要阻止污染物继续向水体排放，主要难度在排放前的处理及监管方面。而底泥作为水体中污染物“汇”与“源”的部分，其修复是黑臭水体生态系统修复的关键部分。

目前国内外对黑臭底泥的治理主要是底泥疏浚、原位曝气、原位钝化和生物修复法。其中，底泥疏浚和原位曝气属于物理修复方法。

底泥疏浚技术，是指彻底疏浚将表层重污染底泥移除，有效控制磷的释放，但该技术容易导致富集在沉积物的氨氮释放。疏浚过程在实际操作还需要耗费巨大的人力物力财力，处理疏浚产生大量污染底泥也很麻烦。

原位曝气技术，主要是增加水体中溶氧量，抑制厌氧微生物活动，氧化黑臭物质。这种技术更适用于黑臭水体底泥修复的改善阶段，较难在短时间内解决黑臭底泥氮磷含量严重超标的问题。

生物修复技术，是借助植物和微生物可以吸收并固定氮磷为稳定形态的能力。这种技术见效周期太长，同时想要生物发挥作用，改善黑臭水体有毒有害且厌氧的环境也是前提。

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而原位钝化技术，是针对黑臭水体的污染特性，通过投加不同的覆盖材料的方式治理其内源污染，相当于一种水体“清新剂”。

河湖之所以“黑”和“臭”，是因为水体呈还原环境、含有大量的致黑硫化物。因此，投加氧化剂（过氧化钙、过氧化氢）或电子受体（硝酸盐）把它们氧化成无害的硫酸盐化合物。其中，投加硝酸盐是比较温和的治理方法，其原理是基于硫驱动的自氧反硝化过程：

8MeS₂^-+5NO₃^-+6H₂→5SO₄^2-+4N₂+2H⁺+5Me(OH)₂

然而，在“黑臭”现象改善后，并不代表河湖的水质就很好了，有可能水体中还会有超标的氮和磷。

因此，控制水体中超标的氮、磷含量才是根本。已有大量研究发现，改性的凹凸棒在控制黑臭水体氮、磷负荷时表现出优良的效果，且可以抑制底泥中氮、磷的再释放。

凹凸棒是一种具有纤维状或链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，具有比表面积大，吸附性强的特点，广泛应用于去除水体污染物过程中。但是凹凸棒可吸附的物质针对性不强，吸附容量也有待提高。

科研人员用镧、铝双金属改性凹凸棒后，再将它制造为合适的大小粒径加入到水体中。凹凸棒在下沉过程中会吸附水中过量的氮、磷，最终停留在沉积物界面，还可以阻止沉积物的再悬浮过程。合适的粒径也让它不会随水流移动。

尤其是镧-铝复合改性的凹凸棒，相较于市面上其它钝化剂来说，不仅成本低廉，在一定浓度范围内去除磷的效率可以达到90%左右。

a: 原状凹凸棒土 b: 凹凸棒土的晶体结构示意图 c: 颗粒直径为1-2mm的凹凸棒 d: 颗粒直径为3-5mm的凹凸棒

改性凹凸棒吸附水体及底泥中氮、磷

“清新剂”的使用虽然可以修复黑臭水体，但为了减少和避免“黑臭”现象发生，我们还需充分认识到水资源的重要性，节约用水，减少污水排放，让水环境更加“清新”起来。

来源：中国科学院南京地理与湖泊研究所

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