黑臭水体立体式生态修复技术研究<br/>——以北京市方氏渠工程治理为例

黑臭水体立体式生态修复技术研究
——以北京市方氏渠工程治理为例

2022-04-18施怀荣

海河水利 2022年2期

施怀荣

（北京邦源环保科技股份有限公司，北京 100124）

2017 年全国共排查出黑臭水体2 082 个，且有超过七成的城市存在黑臭水体[1]。黑臭水体是指人们通过视觉和嗅觉对水体的一种综合感官，通常是指发出恶臭气味、呈黑色或泛黑色、生态功能丧失的水体。黑臭水体的产生是一个非常复杂的生化过程，与水体有机负荷、重金属、底泥及水动力学条件等因素有关。黑臭水体不仅造成恶劣的河道表观，也严重影响周边居民的正常生活[2]，导致河道丧失其景观和生态功能，因此黑臭水体整治已成为改善人居环境中亟待解决的问题。

目前，国内外处理黑臭水体的主要技术方法有物理法、化学法及生物（生态）法[3-6]。化学法主要通过投加螯合剂、盐类等化学物质来对水体中的污染物质进行控制，这些物质用于水体修复可能会存在一些潜在威胁，比如说对河道造成二次污染。而仅仅依靠物理措施（如截污、引水、清淤等）不能完全消除黑臭，需结合生物（生态）法才能彻底消除黑臭。生物法主要是通过投加微生物菌剂、生物促进剂及种植水生植物等措施，利用微生物和植物对水体生态系统进行修复，恢复河道自身功能，即以微生物为中心的立体式水生生态系统修复是黑臭水体生态治理的关键[7-14]。目前，黑臭水体治理的研究主要集中在单一的治理技术研究，针对复合立体式工艺技术、治理后的运行维护以及水体长效保持的研究匮乏。黑臭水体受污染情况一般比较复杂，单一修复技术难以达到理想的治理效果，应该结合控源、截污、清淤、水体治理等开展水体的综合治理，采用组合技术，突出生物修复的功能，辅以生态工程建设，形成适合黑臭水体治理的技术合成，并促进人工生态系统向天然生态系统演变，使治理效果稳定、长效。

笔者选择北京市方氏渠某段作为研究对象，对方氏渠治理过程中前后的水质指标、底泥指标进行监测，通过数据分析对采用的组合工艺效果进行评估，探索各项治理工艺在黑臭水体治理中的作用，以期为黑臭水体的长效生态治理提供科学依据。

1 工程概况

1.1 项目概况

研究区域为方氏渠赵全营镇段，长度约7.67 km，宽度13～15 m。河道上游与其他水系连通，但干涸无水，下游水位较浅，水深约20 cm，研究重点为方氏渠下游1 km 水域。2019 年5 月，对方氏渠治理段进行现场勘查，同时对方氏渠下游水域的上端、中端及末端3 个河流断面A-A、B-B、C-C 取样进行水质检测，监测断面如图1所示，检测数据详见表1。

图1 水质检测采样分布

表1 方氏渠治理前水质检测结果

从表1的水质检测结果可知，方氏渠治理前水质整体较差，水体透明度均小于10 cm，溶解氧溶度均小于1 mg/L，氧化还原电位均为负值。依据《城市黑臭水体整治工作指南》中关于黑臭水体分类指标，本治理段水体属于重度黑臭水体[15]。另外，从表1中还可以看出，监测断面的总磷浓度均大于0.4 mg/L，化学需氧量浓度均大于40 mg/L，依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），该治理段水体水质为劣Ⅴ类。

1.2 理化指标测定

2019 年 6—11 月，对方氏渠 3 个监测断面每半月采样检测1 次，测定水体的透明度、溶解氧、氧化还原电位以及氨氮。底泥修复毯于2020年3月初铺设完成，同年3—6 月对方氏渠3 个监测断面每半月采样检测1 次，测定水体的溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷以及底泥含水率、有机质。测量水体透明度时，水深大于30 cm 采用塞氏盘法（SL87-1994），水深小于等于30 cm 采用铅字法（SL87-1994）；溶解氧浓度采用碘量法（GB7489-1987）测定；氧化还原电位采用电极法（SL94-1994）测定；氨氮浓度采用纳氏试剂分光光度法（HJ535-2009）测定；化学需氧量采用分光光度法（HJ/T399-2007）测定；总磷采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法（HJ636-2012）测定；底泥含水率和有机质采用重量法（HJ631-2011）测定。

2 工程方案设计

通过对方氏渠治理段的现场勘察，综合分析方氏渠水体污染现状及污染源，从控源截污、内源治理、生态治理3 个方面着手，制定了方氏渠治理措施，方案具体措施详见表2。

表2 研究方案具体措施

首先，对河道进行清淤疏浚和控源截污，对发现的污水口逐一进行封堵，同时利用污水口处理器对入河污水进行处理。其次，在控源截污的基础上，安装生态坝，提升水位的同时保障水体水质。最后，根据河段不同位置进行曝气设备、生态浮岛、人工水下森林、水质提升器、底泥修复毯等河道生物生态修复措施的科学布局，全面提升水体自净能力和生态修复能力。

本工程方案是根据现场情况因地制宜地选择了物理方法和生物生态方法综合治理，通过控源截污、河道整治、生态修复等多种措施并举，多管齐下，实现河道水环境生态系统改善的良性循环。

3 工程运行效果

3.1 2019年6—11月水体水质变化

2019年6—11月方氏渠各个监测断面的水质指标数据随时间的变化趋势，如图2所示。

图2 2019年6—11月水质数据

从图2 水质检测数据可知，水体透明度、溶解氧浓度及氧化还原电位均随时间不断升高，而氨氮浓度随时间不断降低。透明度在2019 年6 月底均达到25 cm；断面A-A 及C-C 的溶解氧浓度在6 月底达到2 mg/L，断面B-B 的溶解氧浓度在7 月中达到2 mg/L；断面A-A 及C-C 的氧化还原电位在6 月底达到50 mV，断面B-B的氧化还原电位在7月中达到50 mV；氨氮浓度均小于8 mg/L。综上，自2019 年7 月中下旬开始，研究段水体均保持在不黑不臭的水平。

首先，清淤将受污染的底泥最大量地从河中清除，能有效减少底泥中污染物向水中释放，从而削减内源污染[15]。其次，曝气增氧设备的开启有效增加了水体中溶解氧，溶解氧浓度的升高有效遏制了水体中厌氧及兼性微生物的厌氧发酵作用，并有助于水体中好氧微生物的繁殖，促进水体污染物的好氧降解；同时，提升了水中的氧化还原电位，使水体逐步去除黑臭，透明度逐步升高[16，17]。最后，利用在河道安装的水质提升器、生态浮岛、人工水下森林等水质提升措施，进一步修复了水体的生态系统，使得水质变好[18，19]。

3.2 2020年3—6月水体水质变化

2020 年3—6 月方氏渠各个监测断面的各个水质指标数据随时间的变化趋势，如图3所示。

从图3 水质检测数据可知，溶解氧溶度均随时间不断升高，氨氮溶度随时间不断降低，溶解氧溶度在2020年3—6月均大于2 mg/L；化学需氧量在2020年3—6月均小于40 mg/L；断面A-A 的氨氮溶度在3月底下降到2 mg/L 以下，断面B-B 及C-C 的氨氮溶度在2020年3—6月均低于2 mg/L；断面C-C的总磷浓度在3 月底下降到0.4 mg/L 以下，断面A-A 及BB的总磷浓度在2020年3—6月均低于0.4 mg/L。综上，自2020年3月中下旬开始，研究段水体水质均保持在Ⅴ类水标准。

2020 年3—6 月，水质提升除水质提升器、生态浮岛及人工水下森林的作用外，底泥修复毯也发挥了极大作用。铺设底泥修复毯后方氏渠水体底泥有机物及含水率的数据变化，如图4所示。

图4 2020年底泥检测数据

由图4 可知，底泥的含水率和有机质随时间增长不断降低，主要原因是安装的底泥修复毯能够将底泥和水体隔离，从而有效阻止底泥中的氨氮及铁锰等金属离子向水体中释放，减少了内源污染对方氏渠水体造成的不利影响。此外，底泥修复毯上配套安装微纳米曝气装置及生物膜装置不仅可以增加水体中溶解氧含量，同时也为微生物提供附着基质，可以促进水体中好氧微生物的生长，使其更有效降解有机质及吸收营养盐物质，达到消除水体黑臭并提升水质的目的。