黑臭水体原位治理生物修复技术研究及应用

夏晶颖 解 静

镇江市生态环境保护调度中心 江苏 镇江 212000

1 前言

近年来,随着我国城镇化和工业化进程的快速发展,一方面城市污水排放量及污染物均有显著增加,另一方面城市市政基础配套建设相对落后,使得一些城市河流被人们视为工业、农业及生活废水的主要排污通道和场所,导致城市水体大面积污染,轻者引起水体富营养化、重者导致水体发黑发臭,影响群众生存环境及身体健康[1]。在这严峻的环境形势下,为了体现了国家治理黑臭水体的决心,我国出台了一系列政策和指导性文件推进黑臭水体整治。2015年国务院颁布的《水污染防治行动计划》提出[2]：地级及以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内,到2030年,全国七大重点流域水质优良比例总体达到75%以上,城市建成区黑臭水体总体得到消除。

鉴于黑臭水体具有成因复杂、水质变化的成因和规律的难以掌握、易反弹及规划与管理不周全等水质特点,近些年来,对黑臭水体治理与修复的方法进行了大量的研究和尝试。根据目前的治理实践经验,同时参考住建部和环保部出台的相关技术指南和政策,黑臭水体修复方法主要包括物理法、化学法与生态修复法[3]。其中,原位治理生物修复技术具有投资低、治理效果好、运行方便、易于控制、无二次污染等优点,近几年在国内外引起了广泛关注。

2 黑臭水体原位治理生物修复技术进展

目前,国内外己在使用的或己试验的污染黑臭水体的原位治理技术主要有河道曝气增氧技术、微生物修复技术和生物膜技术等。

2.1 河道曝气增氧技术 河道曝气增氧技术是综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理,结合推流和完全混合这两种流态的特点,不仅克服短流现象而且提高了缓冲能力,与氧传递、液体混合及污泥絮凝为一体的高效河流水质净化方法[4]。该技术是根据河流受到污染后缺氧的特点,利用自然跌水(瀑布、喷泉、假山等)或人工曝气对水体复氧,促进上下层水体的混合,使水体保持好氧状态,以提高水中的溶解氧含量,加速水体复氧过程,抑制底泥N、P的释放,恢复和增强水体中好氧微生物的活力,使水体中的污染物质得以净化,从而改善河流的水质[5]。

河道曝气增氧技术具有占地小、投资少、见效快、运行方便及无二次污染等特点,在国内外具有广泛使用。1987和1988年,美国密西西比河Minnesoda码头附近的河道安装了曝气设备,对臭味的产生和藻类的过量繁殖进行了有效控制[6]。1986年亚运会和1988年夏季奥运会,在釜山港湾快艇区域安装了9台100hp的曝气装置,该区域的DO、COD、透明度、臭味等有较好的改善,达到比赛需要的水质标准[7]。过树清等[8]以嘉兴市月河治理为例研究了河道曝气技术,结果表明治理后的河道水质明显进行了改善,尤其对氨氮的处理效果突出。据此,提出了生态修复治理嘉兴市区受污染河道的治理理念。谌伟等[9]比较了三种曝气方式(低强度连续曝、间歇曝气和高强度连续曝气)对水体的修复效果,分析了低强度曝气技术的可行性。结果表明,对于流量较小的缓速滞流河道,长期采用低强度曝气可达到降低污染负荷、消除水体黑臭的效果：以氨氮去除率达98%为控制指标,低强度曝气耗仅为高强度连续曝气的6.25%和间歇曝气的17.24%,大大降低了曝气经济成本。

河道曝气增氧技术能在短时间内对黑臭水体的治理有明显的效果,是黑臭水体治理工程的首先。但该技术也存在一定的缺陷,如水体温度过低效果不佳、微生物浓度或活性较低时处理效果不明显等。因此,为了充分体现河道曝气增氧技术的优越性,需要与其他相关技术配合使用。

2.2 微生物修复技术 微生物修复技术是利用微生物对黑臭水体中的污染物进行降解,使被污染的水体恢复到原有的自净能力状态。其中,通过向黑臭水体中引入外来微生物、基因工程菌或者激活土著微生物,可以获得对污染物具有高降解性能的新的微生物群落,以实现黑臭水体的原位修复。

赵志萍等[10]进行了EM菌和复合菌投加到黑臭河水中降解试验,结果表明经处理后黑臭水体水质有明显提升。王玮等[11]通过利用向污染河流中投加有效微生物菌群EM的方法,达到有效降解河水中COD、N、磷；消除黑臭,恢复生态,恢复河水中溶解氧DO,提高透明度；大大减少淤积底泥。盛彦清等[12]用人工复氧技术并投加生物制剂及底质改良剂等,对严重富营养化的湖泊水和黑臭河涌水进行了生物修复试验.模拟试验结果表明,在适度的人工复氧前提下,投加生物制剂及底质改良剂等,能够使两种水体的化学需氧量 (CODCr)、总氮 (TN)和总磷 (TP)等污染物的含量均降低80%以上。

与其他治理方法相比,微生物修复技术具有操作简单、修复时间短、不产生二次污染等优点。但同时,该技术也面临着微生物生存的条件比较苛刻、筛选适合菌种比较困难、降解程度有限等难点,尚未得到广泛应用。

2.3 生物膜技术 生物膜技术是指利用天然材料(如卵石)、合成材料(如纤维)为载体,为微生物提供较大的附着表面,提高微生物与污染物的接触面积,加强对污染物的降解作用。生物膜技术净化河道的实质是对天然河流中所发生的生物过程的一种强化,把天然过程变为了天然和人工过程的结合体。它根据天然河床上附着的生物膜的净化作用及过滤作用,人工填充滤料或载体(如卵石、纤维等),供细菌絮凝生长,形成生物膜,进而达到净化污染水体的效果。

张美兰等[13]将生物膜技术移植到有机污染河道治理中,采用三种生物填料,与目前最常用的空曝气技术对比净化有机污染河道的效果。结果表明生物膜技术对污染水体及底泥中污染物均具有一定有效的降解效果。张凌玲等[14]以昆山市凌家浜河道作为原位生态修复的试验对象,综合运用水生植物修复技术、生物膜技术等进行试验研究。研究表明：在有部分外源污染的情况下,采用该技术修复河道,水质改善显著,水体透明度、COD、TP、TN、NHN、叶绿素a等主要水质指标达到或优于地表水质标准。

3 句容市玉清河治理工程实施实例

由于玉清河上游为断头河,进入河道内的水为雨水和少量生活污水,目前水体的表现为黑臭、透明度低、明显的富营养化现象,当夏季气温升高时水体恶化表现尤为显著。该工程选用“河道曝气增氧+投放EM菌剂+底泥生物氧化+生物巢”组合工艺进行治理。

3.1 其具体步骤和措施是：

3.1.1 河道曝气增氧：提高水体中的溶解氧含量,加快水层之间的交换及内循环,从而提高水体好氧微生物的活性,使水层及底泥中有机物氧化硫化物及亚铁盐等致黑臭物质得到降解,为水体生态得到平衡做准备。

3.1.2 投加EM菌剂：在曝气增氧的前提下,向水体中投加EM菌,微生物在水中迅速繁殖并形成稳定的优势菌群,能快速、稳定降解水体中有机物,使水体污染物受纳总量得以控制和削减。

3.1.3 底泥生物修复：治理期间定期投放底泥生物修复剂,底泥和底部水层的厌氧得以改变,底部微生物的生存环境由厌氧转变为好氧,底泥有机物快速降解、底泥得以矿化,控制底泥的上浮及其所含污染物的释放。

3.1.4 设置生物巢系统：在治理范围内设置两套生物巢系统,其具有大的比表面积,是水体中微生物大量繁殖,增加生物多样性,促进水体生态系统的恢复和平衡。

3.2 治理结果水质改善 在玉清河上选取上游、中游、下游分别选取监测点位,通过对化学需氧量、氨氮、总磷、总氮4个指标进行对比治理前后的水质变化：

序号 断面名称监测项目玉清河头(垃圾中转站旁桥) 跌水坝 葛仙桥 葛仙湖出口治理前 治理后治理前治理后治理前治理后治理前治理后1 化学需氧量(mg/L)466 25 56 29 60 41 76 50 2 氨氮(mg/L)71.53.695.303.809.063.606.244.12 3 总磷(mg/L)7.242.542.300.140.610.480.450.32 4 总氮(mg/L)96.17.87.647.95.3415.109.139.50

治理工程完成后,水体透明度改善、水体颜色变淡,水体溶解氧增加、臭味消除,水体自净能力有所提升。环境监测站每日两次对高锰酸盐指数、氨氮、总磷等指标进行监测,监测结果表明治理效果非常良好,达到该地区城市河道水体水质标准。

4 结论

黑臭水体原位治理生物修复技术是一种环境友好替代技术,通过“就地”削减水体及底泥中污染物,首先解决水体显著的黑臭问题,然后在较短时间内恢复水体具有自净能力的自然生态系统,使生物治理与生物修复一并完成,从根本上上治愈黑臭水体的顽疾。

利用“河道曝气增氧+投放EM菌剂+底泥生物氧化+生物巢”原位生物组合工艺对句容市玉清河进行治理,结果表明治理效果非常良好,能够达到该地区城市河道水体水质标准。这是该项复杂系统工程内部相互配合、协同发挥作用的结果。但该技术也存在一定不足,需要进一步实践来应尽可能解决其中涉及的技术难题。