济南市腊山分洪河道生态治理初探

2017-04-07张鲁宁郑永华曹岳阳

山东水利 2017年11期

张鲁宁，郑永华，曹岳阳

（济南市腊山分洪工程管理站，山东济南 250000）

随着济南市西进战略的逐步实施，西部城区基础配套设施更新扩建滞后于人口规模的快速膨胀。由于截污纳管不到位，腊山分洪河道容纳大量上游小区居民生产、生活产生的过量污染物，加之缺乏有效的处理措施，污染物累积引发河道水质发黑、发臭，浮萍、水华等问题。因而探寻有效的治理措施提升河道自净功能，恢复河道生态，成为河道管理部门亟待解决的问题。

1 生态治理技术原理

1.1 河道曝气技术

河道曝气技术是通过加速水体复氧过程来提高水体溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧降解有机物的微生物活力，形成多种微生物共存的良好生境，进而提升土著微生物净化效率，净化水体中的污染物质，达到消除黑臭的效果。

1.2 碳纤维填料生态草技术

碳纤维填料生态草技术可使河水中各种激活的微生物固定附着于碳纤维填料上，形成固定的高效生物膜系统。该系统包含好氧菌、厌氧菌和大量的原生动物，利用微生物产生各种生物酶和生物絮凝剂，通过吸附截留、络合沉降、消化降解等方式去除污染物。

1.3 生态治理技术

腊山分洪河道生态治理技术结合曝气充氧技术和碳纤维生态草技术，通过曝气充氧形成水体好氧环境，激活底泥中好氧土著微生物，培育河道的生物多样性，同时经吸附、架桥、凝聚、粘附等作用在碳纤维表面快速形成生物膜或活性污泥团，进而逐步建立起健康、合理的水生生态循环系统，利用水生生物吸收污染物中的碳、氮、磷等元素进行代谢活动的过程来实现本土原位修复，改善河道水质。

2 生态治理试验

2017年5月对沿河6个点位检测CODcr、氨氮、总磷，结果表明，各项指标超标严重，河道各点位水质均呈劣Ⅴ类，整个河道的水质情况不容乐观。同时，受截污条件限制，控源截污后仍将有面源污水和少量点源污水进入河道，影响河道水质。

选取腊山分洪河道分洪闸下游100 m长河道为生态治理试验段，自2017年6月2日至2017年7月6日试验运行34 d，在水体底部铺设曝气管及碳纤维生态草，采用间歇曝气，控制曝气运行时间鼓气泵和曝气机每天工作6 h，特殊情况加大曝气时间（8 h），样品委托第三方检测机构检测。

3 试验结果

3.1 水体中透明度变化

通过试验分析影响河道透明度因素主要有两个。1）河道曝气扰动。治理前水体经短期试运行后处于静止状态，透明度较高，经曝气扰动后，透明度迅速降低，后在20 cm左右上下波动。2）藻类生长。虽采取积极措施整治，但污染负荷一直处于较高水平，加之6月高温天气，富营养化状态未有改观，藻类生长迅速。

3.2 水体中溶解氧变化

曝气扰动初始阶段底泥污染物处于缓慢释放状态，聚集在河床表面，短期内抑制水体DO的增加速率，与人工曝气的的增氧功能相抵消，因此在试验运行后4 d内DO数据降为1.88 mg/L。在曝气机持续增氧达到17 d后，水体DO得到了明显改善，峰值达到4.14 mg/L，均值较治理前增加了46.8%，7月份停止曝气后，DO有所下降。

3.3 水体中氧化还原电位变化

ORP反映了水环境体系中所有物质表现出来的宏观氧化还原性，该指标一定程度上显示水体的总体污染程度。通过试验得知，河道生态治理明显提升了氧化还原指标，ORP值较治理前上升了55.63%，维持在较高状态。

3.4 水体中氨氮变化

试验看出，生态治理前期NH4+-N浓度呈现小幅降低后，从第4 d开始一直呈现上升趋势，第29 d开始缓慢下降。这表明河道底泥具有很大的NH4+-N释放潜力，一方面可能与曝气扰动状态下间隙水和上层水体之间不存在传质限制有关；另一方面微生物量持续上升，微生物的分解作用使得底泥中的有机氮以NH4+-N的形式释放到上层水体，NH4+-N浓度持续升高。

3.5 水体中总氮变化

总氮同NH4+-N变化趋势大体相符，在曝气阶段总氮由于底泥的释放作用和有机物的分解作用的释放，导致其缓慢上升。

3.6 水体中CODcr变化

初期对水质进行监测分析，CODcr值在158 mg/L左右。CODcr和BOD5直接或间接地反映了水体中有机污染物的量，微生物在厌氧条件下无法高效降解底泥中的污染物，超负荷排放的污染物使得水体底泥厚度增加。

试验可知，CODcr值前期呈现明显降低，在第8～12 d CODcr值维持在90 mg/L左右，水体CODcr去除率达43.67%，水体中的有机污染物明显减少。但是在第12 d以后，CODcr值急剧增加，在第24 d达到最高值168 mg/L，后又迅速降低，总体去除率为49.36%。

3.7 水体中总磷变化

在厌氧条件下，微生物代谢活动使得有机态磷转化为溶解性磷，受到曝气扰动时，局部氧化还原条件的改变使得非溶解性无机态磷转化为溶解性磷，磷从底泥中释放出来，之后底泥可能对溶解性磷进行吸附并沉淀。试验得知，总磷浓度在初期降解后先小幅回升，之后下降，可能是由于重新被吸附和沉淀。总磷总体呈现缓慢下降趋势，去除率为35.07%。

3.8 水体中BOD5变化

试验中可知，BOD5初始值在45.3 mg/L左右，到第8 d，降到一个较低值26.6 mg/L，去除率达到41.28%，试验中期BOD5值变化与CODcr类似，最终去除率为50.11%。对河道黑臭水体进行生物氧化，土著优势菌种的协同作用可有效降低底泥有机物含量，增强水体的生物降解性，促进底泥微量营养元素释放，从而建立起水体的生态系统。

4 结论及展望

4.1 结论

1）腊山分洪河道属人工开挖河道，无论从护岸建筑与河道结构，还是水环境生态都属于自净能力较弱的水体，其生态系统失衡，底栖生物较少，对于这类河道，生态治理可能是一个较好的选择。

从治理效果来看，改善水质指标较为明显的是 DO、ORP、TP 及 CODcr、BOD5。前两项指标较治理前分别增加了46.8%、55.63%，其中ORP始终维持在较高水平，后三项指标去除率为35.07%和49.36%、50.11%。但其他水质指标如NH4+-N、TN 及 CODcr、BOD5均有突破前值。生态治理对水体透明度未有较大变化，可能与曝气扰动及高负荷下藻类生长有关联。

2）河道受污染后，部分污染物以沉淀或者吸附方式蓄存于底泥中。曝气扰动可能会促使污染物释放，造成二次污染。