生物促生剂对河道黑臭底泥修复效果的试验研究

2022-12-24沈宇

水利技术监督 2022年12期

沈宇

(广东河海工程咨询有限公司深圳市分公司,广东深圳 518000)

1 概述

由于人类活动对自然环境的干预，众多种类的营养盐逐渐进入水体并聚集，最终导致水体黑臭。黑臭水体中的溶解氧含量不断降低，会导致水质的不断恶化形成厌氧区，严重影响水体中好氧生物的生存，进而对水生态系统造成比较严重的危害[1]。在自然河道和湖泊中，污染物可以分为外源性和内源性两大来源，而内源性污染物主要来自河道底泥。由此可见，在河道生态修复工程中，不仅要控制好外源性污染物的排放，还应该控制好底泥的内源性释放，这也是当前河湖水体治理的重点和难点[2]。

底泥作为河湖的沉积物，是自然水域的重要组成部分，其最上层一般呈黑色或深黑色，含有大量的营养盐和腐殖质、重金属等有害物质。在河道黑臭底泥修复方面，主要有异位修复和原位修复两个主要思路[3]。其中，异位修复就是将河道的黑臭底泥取出运输到其他地方进行固化填埋，这种方式由于操作难度高，且容易造成二次污染，因此运用并不广泛。原位修复技术主要有物理、化学和生物三类修读方法。其中，生物修复技术具有很高的应用价值和广阔的发展前景，特别是生物促生技术在国外研究较早，应用也比较广泛。我国的生物促生技术目前尚处于起步阶段，部分大学和科研机构做了许多试验，药剂也基本是选用国外的产品[4]。另一方面，当前的生物促生剂修复技术研究主要针对河道水体展开，对河道黑臭底泥修复效果的研究不多。基于此，此次研究通过室内试验的方式，探讨生物促生剂对河道黑臭底泥的修复效果，以便为生物促生技术的发展和应用提供支持和借鉴。

2 材料与方法

2.1 试验材料

此次试验中使用的黑臭底泥采自某典型黑臭水体河道。采样使用的是自制采样器，取自河道河床以下10cm部位的黑臭底泥。将获得的样本去除浮渣和石块，然后放在阴凉处自然风干备用。经实验室测定，底泥样品的pH值为7.80，略偏碱性，含水率为45%，有机质含量为4%。

试验用生物促生剂为某公司生产的BE(Bio-energizer)生物促生剂。该生物促生剂为酒红色液体，比重为1.28kg/L，是一种集多项剪断生物技术和生态原理为一体的生物治污技术的前沿产品，具有使用简单、无基建、无动力消耗、经济成本低廉的优势。将其用于污染的水体，可以促进微生物生长，恢复受损生态系统的可生化性特点，提高系统的处理效率。

2.2 试验方法

此次试验使用的试验装置的总反应体积为600ml。试验中首先取100ml的黑臭底泥样品平铺于圆柱形反应容器的底部，厚度约2.5cm，然后加入生物促生剂反应至规定时间，在反应过程中要进行微曝气充氧，以便改变黑臭底泥的厌氧环境[5]。在试验结束之后，对黑臭底泥中的有机质、蛋白质以及多糖含量的变化，探究生物促生剂对黑臭底泥的修复效果[6]。同时，通过对不同生物促生剂掺加量试验结果的对比分析，为实际工程应用中的生物促生剂掺加量提供参考。

将生物促生剂处理完毕的底泥风干研磨过筛，然后向其中添加0.1g石灰和1g硫酸钠并反应14d，然后将样品放在密封袋中冷藏保存用于后续试验测定。

试验中利用蒽酮-硫酸比色法对消解后底泥样品中的多糖进行测定。测定时先将消解后的底泥样品过滤放在比色管中，然后加入蒽酮试剂，在摇匀后立即利用沸水水浴加热15min，在冷却后测定其吸光度值，并计算获取多糖含量[7]。蛋白质的测定利用lowry法。试验中将消解后的底泥样品放入200ml试管，加入3.5ml硫酸铜溶液和0.5ml福林酚试剂摇匀，然后在650nm处测定吸光度值，并计算获取蛋白质含量。底泥的有机质含量测定采用灼烧法[8]，首先将坩埚灼烧至恒重，然后取一定量的烘干底泥放入坩埚中灼烧3h冷却至室温，根据灼烧前后样品的质量差，计算出样品中的有机质含量。

2.3 试验方案

此次试验的主要目的是探究生物促生剂对河道黑臭底泥的修复效果，为工程应用提供必要的支持。因此，研究中结合生物促生剂修复黑臭水体的相关研究成果和工程经验，确定0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL和1.0mL等5种不同的掺加剂量。同时，为了进行对比研究，以不掺加生物促生剂的方案(掺加剂量为0mL)作为对比方案。试验中的反应时长设置5d、15d和25d等3种方案。

3 试验结果与分析

3.1 有机质含量

有机质是造成水体和底泥黑臭的主要因素，而有机质含量较高的底泥的再悬浮还会对水体造成严重危害。因此，消减黑臭底泥中的有机质含量具有重要的工程意义和价值。根据试验中获得的数据，整理获取如表1所示的有机质含量试验结果。为了直观呈现有机质含量的变化规律，以表1中的数据为依据绘制出有机质含量变化曲线，结果如图1所示。由表1和图1可以看出，在未掺加生物促生剂的情况下，随着试验时间的延长有机质含量呈现出下降的态势，但是下降的幅度十分有限。由此可见，有机质的自然分解对试验结果的影响微乎其微，可以忽略不计。从实验结果来看，加入生物促生剂方案的有机质含量明显小于未掺加方案，这说明掺入生物促生剂有助于降低黑臭底泥中的有机质含量。从不同生物促生剂掺加剂量方案对比来看，随着生物促生剂掺加剂量的增大，有机质含量呈现出先减小后增大的变化趋势(个别不符合规律的数据可能是试验误差所致)，且当使用剂量为0.6mL时的有机质含量最低。此外，随着试验时长的增加，有机质含量呈现出减小趋势，但是15d和20d的试验数据相对比较接近。由此可见，利用生物促生剂处理15d即可获得理想的工程效果。

表1 有机质含量试验结果

图1 有机质含量变化曲线

3.2 多糖含量

根据多糖试验数据，计算出不同试验方案下底泥样品多糖含量数据，结果如表2所示。以表2中的数据为依据，绘制出如图2所示的多糖含量变化曲线。由表2和图2可以看出，多糖含量的变化规律和有机质类似。首先，试验中的其他因素对试验结果的影响微乎其微；其次，加入生物促生剂方案的多糖含量明显小于未掺加方案，这说明掺入生物促生剂有助于降低黑臭底泥中的多糖含量；再次，随着生物促生剂掺加剂量的增大，多糖含量呈现出先减小后增大的变化趋势，且使用剂量为0.6mL时的多糖含量最低；最后，多糖含量随着试验时长的增加而减小，超过15d后的减小幅度有限，说明利用生物促生剂处理15d即可获得理想的工程效果。

表2 多糖含量试验结果

图2 多糖含量变化曲线

3.3 蛋白质含量

根据蛋白质试验数据，计算出不同试验方案下底泥样品蛋白质含量数据，结果如表3所示。根据表3中的数据绘制出蛋白质含量变化曲线，结果如图3所示。由表3和图3可以看出，蛋白质的含量的变化规律和有机质与多糖类似，当生物促生剂的使用剂量为0.6mL时的蛋白质含量最低，这里不再敷述；当试验时长为3d时，生物促生剂的修复效果并不明显，当试验时长为15d时可获得十分显著的工程修复效果。