黑臭水体的核心污染特征之一是厌氧环境下硫酸盐还原菌（SRB）介导的硫化物生成，其中硫化氢（H₂S）作为典型代谢产物，其浓度水平与厌氧污染程度呈显著正相关。在自然水体的沉积物 - 水界面微环境中，H₂S 的生成与积累受多重因子耦合调控：① 基质条件：沉积物中有机质（COD≥50 mg/g）为 SRB 提供能量来源，当有机质含量超过 100 mg/g 时，SRB 代谢活性可提升 2-3 倍；② 氧化还原电位（Eh）：当沉积物 Eh≤-100 mV 时，硫酸盐（SO₄²⁻）可被 SRB 还原为 S²⁻，进而与水体中 H⁺结合形成 H₂S；③ 溶解氧（DO）：上覆水 DO＜2 mg/L 时，沉积物表层厌氧区向水体扩散的 H₂S 无法被有效氧化，导致水相 H₂S 浓度累积超过 0.05 μmol/L，引发水体黑臭异味。因此，H₂S 浓度不仅是厌氧污染程度的直接量化指标，其空间分布与动态变化更能反映沉积物 - 水界面的物质循环失衡状态，为水体治理效果评估提供核心依据。
微电极技术凭借三大核心特性成为该领域的突破性工具：① 亚毫米级空间分辨率（≤100μm）：可精准捕捉沉积物垂向微域的浓度梯度，避免传统宏观采样（如柱状样混合分析）掩盖的局部污染热点；② 毫秒级响应速度（t₉₀≤3 秒）：能实时追踪 H₂S 浓度的瞬时波动，适配藻类耗氧、有机质降解等快速环境过程；③ 原位无损检测：无需扰动沉积物结构与厌氧微环境，确保监测数据真实反映自然状态下的 H₂S 生成与迁移规律。相较于传统检测方法（如碘量法、气相色谱法），微电极可将空间解析精度从厘米级提升至微米级，时间响应效率提升 1-2 个数量级，且避免了样品采集后氧化、挥发导致的误差（传统方法误差可达 30%-50%）。
选取典型城市黑臭河道（水深 1.2-1.5 m，上覆水 DO=0.8-1.5 mg/L，COD=85-120 mg/L，pH=7.2-7.8），沉积物类型为黏土质粉砂，有机质含量 112-156 mg/g，总硫含量 8.5-12.3 mg/g，Eh=-120~-80 mV，满足 SRB 高效代谢的环境条件。
垂向分布特征：沉积物 0-20 mm 剖面 H₂S 浓度呈现显著分层结构：① 表层 0-5 mm：浓度 0.3-1.2 μmol/L，受上覆水 DO 渗透影响，SRB 代谢受抑制；② 中层 5-10 mm：浓度峰值 2.8-4.5 μmol/L，该区域有机质富集（135-156 mg/g）且 Eh 稳定在 - 110~-90 mV，为 SRB 提供适宜的代谢环境，形成 H₂S 高生成热点区；③ 深层 10-20 mm：浓度逐渐降至 0.5-1.8 μmol/L，因有机质含量降低（85-102 mg/g），SRB 底物供应不足导致代谢活性下降。
昼夜动态规律：夜间监测发现，H₂S 热点区从日间 5-10 mm 上移至 2-7 mm，浓度峰值升至 8.4-13.5 μmol/L（瞬时升高 3 倍），核心驱动机制为：夜间藻类光合作用停止，呼吸作用消耗上覆水及沉积物表层 DO，使厌氧区向上拓展 3 mm，SRB 代谢空间扩大；同时藻类夜间分解释放的可溶性有机质（COD 瞬时提升 40%-60%）为 SRB 提供额外底物，进一步强化 H₂S 生成。
污染关联验证：将 H₂S 浓度与沉积物有机质含量、Eh、上覆水 DO 进行相关性分析，结果显示 H₂S 浓度与有机质含量呈正相关（r=0.87，p＜0.01），与 Eh 呈负相关（r=-0.92，p＜0.001），与上覆水 DO 呈负相关（r=-0.81，p＜0.01），证实 H₂S 浓度可有效表征沉积物厌氧污染程度。
传统黑臭水体治理多采用全域清淤 + 连续曝气模式，存在清淤量过大（易破坏底栖生态）、能耗过高（曝气功率≥1.5 kW/1000 m³）等问题。基于微电极监测的 H₂S 热点分布与动态规律，制定 “靶向清淤 + 夜间曝气" 精准治理方案：
靶向清淤：仅针对 5-10 mm H₂S 高生成热点区进行选择性清淤，清淤深度控制在 10 mm，避免深层沉积物（10-20 mm）的生态扰动；
夜间曝气：针对夜间厌氧区上移特性，在 21:00 - 次日 5:00 开启高效射流曝气系统，将上覆水 DO 提升至 3-4 mg/L，抑制表层沉积物 SRB 代谢，阻断 H₂S 向水体扩散；
辅助措施：清淤后在沉积物表层铺设 5 cm 厚石英砂 + 活性炭复合层，吸附残余 H₂S 并改善表层透气性能，抑制 SRB 再增殖。
沉积物 H₂S 浓度：热点区（原 5-10 mm）浓度降至 0.005-0.008 μmol/L，全剖面（0-20 mm）平均浓度≤0.01 μmol/L，满足《城镇黑臭水体治理攻坚战实施方案》中 “无臭无味" 的感官要求；
上覆水水质：DO 稳定在 4.5-6.0 mg/L，COD 降至 30-45 mg/L，氨氮（NH₄⁺-N）≤1.0 mg/L，各项指标达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）V 类标准；
生态与经济效益：靶向清淤量仅为传统全域清淤的 30%，减少土方工程成本 70%；夜间曝气能耗较全天曝气降低 50%（日均能耗 0.75 kW/1000 m³）；沉积物表层底栖生物（如颤蚓、螺类）存活率从治理前的 15% 提升至 85%，水体生态系统初步恢复。
智感环境微电极分析系统（Easysensor® 系列）是一款国产化精密分析设备，基于电化学原理与微纳制造技术研发，集成硬件终端与软件分析功能，核心包含多类型功能化微电极、高精度升降台等硬件模块及数据可视化软件，具备多参数同步监测、微米级空间分辨率、原位无损测量及高效数据处理优势，可广泛应用于沉积物 - 水界面、土壤微域、生物膜等微观尺度环境研究，为环境科学、生态学及污染治理领域提供精准数据支撑。
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