生物促生剂修复内陆湖泊水体的曝气协同作用及设备研究

张强，杨波，刘磊

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100011）

1 乌梁素海内源污染情况

（1）内源污染导致水质污染。乌梁素海接纳本地洪水总量大概在5200万m3/a，受到乌拉山水土流失现象的影响，雨水通常夹着很多砂子、卵石等冲积物流进乌梁素海，使得湖泊淤积现象更加严重。此外，水生植物腐烂后沉至湖底面，成为腐败物，造成湖体萎缩，形成内源性污染源。乌梁素海的内源污染依旧严重，并出现一些新的发展态势，其治理迫在眉睫。现阶段，乌梁素海中北部海区及非灌溉季节水质污染严重，矿化度不断提高。乌梁素海的水质整体上被划分为V类。

（2）水生植物泛滥，物种单一化进一步加剧了乌梁素海的沼泽化，一定程度加剧了内源污染问题。湖中的植物种类显著下降，蒲草、芦苇快速生长和蔓延，面积越来越大，沉水植物的种类比较单一，生态平衡已遭到破坏。水质下降，导致鱼类、鸟类资源不断减少，水生植物生长快速，湖水沼泽化现象日益严重。

2018年开始，内蒙古自治区统筹乌梁素海流域山水林田湖草沙综合治理，邀请国内著名专业人士参加全流域综合治理计划的编制，以实施生态保护修复国家试点工程为契机，大力推进点源、面源、内源污染源头治理以及综合治理、系统治理，通过实施生态补水、网格水道、湖区底泥处置试验示范等工程，改善湖区水质，落实内源治理工作。根据《乌梁素海流域山水林田湖草生态保护修复试点工程实施方案》，在乌梁素海中开展了生物促生剂修复内陆湖泊水体的试点项目研究。

2 生物促生剂在曝气条件下的协同降解机理

根据《乌梁素海微生物底泥原位修复中试方案阶段报告》，通过向湖水中投加1.2%～1.5%的复合生物促生制剂，仅通过放置表层曝气机进行曝气，在114天后取得了显著的效果，水质从劣V类提升到IV类水指标。这主要因为很多水体环境中，一些土著微生物会进行自然水体的净化，但这个净化的过程在自然条件下非常缓慢，原因有2个：一是缺少溶解氧或其他电子受体、营养盐，二是有效微生物的生长速度通常很慢。曝气充氧对生物促生剂产生刺激作用，能加快土著微生物与污染物进行生物反应，激发土著微生物的活性，让微生物可以更快地生长、繁殖，而且不会对浮游生物及环境产生不良影响，加快受污染水体转变为良性生态系统，恢复水体中的DO，降低COD、BOD5、N3H-N等污染指标，并解决水体黑臭异味问题。

3 工程应用

3．1 项目区概况

示范区位于乌梁素海内陆湖泊的东南角，面积3.57km2，紧临一点码头，交通、用电方便；该示范区位于九排干入湖口附近，有大量的污染物入湖，水质较差，水动力较差，污染物难以扩散。示范区内水体富营养化严重，沉水植被疯长，物种单一，有大量的水草，水质为劣V类。

3．2 项目的主要工艺流程

试验区工艺流程根据中试试验结果确定，具体流程见图1。釆用菌床一体化装置对土著微生物进行选择和培养。乌梁素海坝头复合酵素微生物培养一体化组合设备如图2所示。

封闭湖面泥水混合物进入复合生物促生剂及土著菌菌床培养一体化装置进水口，经过预处理池→多级发酵池→多级发酵合成池→多级发酵增殖池→沉淀池→2级触媒池→清水池后，最后即培养好的土著微生物经过多级发酵，经过曝气、搅拌、发酵后，实现启动区内水体中有益微生物的激活流程，抑制了有害微生物，净化了启动区内的水质，削减底泥中的有害物质。启动期过后为推流扩散期。打开启动区围隔，连通启动区与推流区，通过强造流曝气机及推流式太阳能曝气机将启动区内培养好的菌液沿导流墙推向推流区，通过推流扩散，向示范区全水域湖水中投加包含浓度为1.2%～1.5%复合生物促生剂的、驯化完毕的土著微生物菌液。整个水域的生态修复进入自然降解期。利用自然净化、定时曝气及生态系统重建等措施达到水体自净的目的。

循环阶段每20天为一个循环，其中，启动培养阶段为15天，推流期为5天，循环次数为3～5次。每次培养阶段结束后，取样检测上覆水、底泥的总氮、总磷含量，底泥的有机质含量及静态释放速率，记录底泥的颜色、厚度变化。自然净化期约50～80天。启动期是否满足要求的判断条件：上覆水水质保持在Ⅴ类，7天静态释放试验总氮释放量低于30%，有机质含量与基础值相比有下降、启动区的厚度削减底泥上部10cm有机质30%～50%，颜色从黑色变褐色时。

4 曝气对水体的净化效果评价

4．1 调查方法

采集中试区域的水样及泥样，开展测试区域的水质调查，主要测定水质水温、COD、氨氮（NH3-N）、TN、TP等浓度，以及底泥厚度、含水率、总氮（TN）、总磷（TP）和有机质（OM），具体见表1。

表1 乌梁素海水样及底泥样品待分析测试项目及方法

4．2 试验结果分析

（1）上覆水的试验结果分析。对试验区的上覆水从5月到10月进行了检测，结果如图3所示。

图3 乌梁素海试验区上覆水水质监测

由于2019年以来，随着乌梁素海网格水道工程、引水通道工程的实施，乌梁素海的生态环境持续改善。除了COD指标，乌梁素海水质基本达到了IV水标准。从图3可以看出：随着底泥治理工程的开展，水体在掺加生物促生剂后，导致试验水体内土著微生物快速生长并产生降解底泥的作用，加速底泥污染物释放。受到曝气的协同作用，水体内有机污染物降解进程变快，同时底泥中的COD含量慢慢降低，底泥在水体中释放的COD含量渐渐升高，并使COD浓度峰值提前出现，8月份，水体中污染物出现峰值。当底泥中COD释放速度与水体土著微生物污染物降解速度逐渐相同时，水体中的污染物浓度逐渐趋于稳定。

（2）底泥的试验结果分析。从图4可以看出：生物促生协同曝气处理方法能够一定程度上去除底泥中的各种污染物。污染物的浓度都呈现了先减少，后逐渐增高，并趋于稳定的规律。TP的降解效果弱于TN。

图4 乌梁素海试验区底泥中污染物监测

5 结语

针对内陆湖泊水体污染问题，可以选择生物促生剂和曝气相结合的方法，从而提升处理效果。增加曝气方法，能最大程度发挥生物促生剂的改善作用，促进底泥和上覆水中的微生物生长繁衍，从而加快修复水体的进程。现阶段，生物促生剂结合曝气的新型水体污染修复技术还处于探究阶段，有些细节仍然需要进一步研究。在未来实践中，多种技术的联合应用，才能实现天然水水体的快速高效修复。