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    制劑在杭州市市區(qū)河道原位修復(fù)中的應(yīng)用

    2016-12-08 06:17:17鄭麗軍李玉云金敏莉
    浙江水利科技 2016年1期
    關(guān)鍵詞:底泥杭州市制劑

    魏 俊,鄭麗軍,李玉云,李 燕,金敏莉

    (1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310014;2.杭州景康環(huán)境工程有限公司,浙江 杭州 310030;3.浙江博世華環(huán)??萍加邢薰?,浙江 杭州 310015;4.杭州市市區(qū)河道整治建設(shè)中心,浙江 杭州 310009)

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    制劑在杭州市市區(qū)河道原位修復(fù)中的應(yīng)用

    魏 俊1,鄭麗軍2,李玉云3,李 燕1,金敏莉4

    (1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310014;2.杭州景康環(huán)境工程有限公司,浙江 杭州 310030;3.浙江博世華環(huán)保科技有限公司,浙江 杭州 310015;4.杭州市市區(qū)河道整治建設(shè)中心,浙江 杭州 310009)

    制劑主要分為化學(xué)制劑和生態(tài)制劑?;瘜W(xué)制劑根據(jù)其去除對象的不同分為營養(yǎng)鹽固定化制劑、重金屬固定化制劑、增氧劑、除藻劑等;生態(tài)制劑根據(jù)其主要成分分為菌劑、酶制劑等,通過材料間的凝聚、吸附、氧化、電化學(xué)、螯合、固化等作用和反應(yīng),對污泥中存在的有機或無機物質(zhì)進行液相、固相的分離,再對固相進行固化,使其不返溶,從而達到泥土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、澄清和凈化水體的目的,通過對杭州市市區(qū)河道的應(yīng)用情況進行案例分析,可知其基本實現(xiàn)了水色清、無黑臭、無藻類的目標(biāo),水質(zhì)基本可達到Ⅳ類~Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

    河道;原位修復(fù);制劑;微生物;

    1 問題的提出

    杭州市河網(wǎng)密布,河道與居民生活息息相關(guān),杭州市也十分重視河道水質(zhì)改善。但由于歷史原因,杭州市河道水質(zhì)不容樂觀,仍有50%以上的水體為劣Ⅴ類,80%的河道重度富營養(yǎng)化。為改善水質(zhì),杭州市采取了截污、清淤、引配水和原位修復(fù)4種技術(shù)手段,其中,投加制劑作為河道原位修復(fù)的技術(shù)之一,得到了相當(dāng)程度的應(yīng)用[1]。

    制劑主要分為化學(xué)制劑和生態(tài)制劑?;瘜W(xué)制劑根據(jù)其去除對象的不同分為營養(yǎng)鹽固定化制劑、重金屬固定化制劑、增氧劑、除藻劑等;生態(tài)制劑根據(jù)其主要成分,分為菌劑、酶制劑等。杭州市先行先試,目前已經(jīng)嘗試使用了上述多種制劑,本文結(jié)合實際工程案例進行分析說明[2]。

    2 化學(xué)制劑

    2.1 營養(yǎng)鹽固定化

    氮、磷超標(biāo)一直是城市河道水質(zhì)需要解決的主要問題。營養(yǎng)鹽固定化主要指投加鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽,使之與水中溶解態(tài)磷結(jié)合形成不溶性絮凝沉淀物,或通過水體曝氣,投加鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽等,改變沉積物表面的氧化還原條件,抑制因還原條件而引起的內(nèi)源磷釋放。

    該類制劑的特點是會改變水體pH值,對其它微生物有負面影響,增加了河道淤泥量,適合面積小、風(fēng)浪攪動弱、底部處于厭氧狀態(tài)的水域。

    2.1.1 典型案例1:內(nèi)仙家河[3]

    該河道整治面積4 900 m2,總水量為11 170.9 m3,總底泥量為1 659.3 m3。河道流經(jīng)崇化社區(qū),存在污水漏排及大量糞便直排河道問題,河水高磷、高氮、黑臭,為劣Ⅴ類水體。針對河道現(xiàn)狀,一方面設(shè)置化糞池,截流沉淀糞便污水,并整治河床,清除垃圾。另一方面直接投加物化凝聚劑,水體淺的部分由人工直接攪動泥水投加;水深部分,以船體清淤裝置攪動泥水投加。高效物化凝聚劑是一種無機中性凝聚劑,具有凝聚及沉降速度快、污泥含水率低、作業(yè)面積小的優(yōu)勢,相比傳統(tǒng)凝聚劑,省空間、省時間、高效能,可進行連續(xù)處理。通過材料間的凝聚、吸附、氧化、電化學(xué)、螯合、固化等作用和反應(yīng),對污泥中存在的有機或無機物質(zhì)進行液相、固相的分離,再對固相進行固化,使其不返溶,從而達到泥土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、澄清和凈化水體的目的。

    2.1.2 典型案例2:經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)5號渠[4]

    該河道位于開發(fā)區(qū)建成中心區(qū)塊,長約400 m,寬約22 m,面積約9 000 m2,水深約2.40 m,透明度小于15 cm,河流兩岸為二級混凝土擋墻駁岸,庫容約為2.0萬m3,水體缺乏流速。河道水域長期受兩岸居民區(qū)生活污水、死亡植物莖葉、藻類和河床底部淤泥的影響,氨氮、總氮和總磷均超過地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重。對該河道首先實施截污,再采取植物+制劑+投加生物的綜合治理措施。其中,按0.10 kg/m2的濃度,在5號渠投放水華控制劑2 000 kg,水華控制劑由膨潤土與稀土元素鑭等經(jīng)配比組成,可有效吸收水體中的可溶性磷酸鹽,并在水體底泥部形成一層厚度為1~3 cm的覆蓋層,阻止底泥對水體的二次污染?;緦崿F(xiàn)了水色清、無黑臭、無藻類的目標(biāo)。

    2.2 增氧藥劑

    缺氧是河道水體黑臭的主要原因。河道水體缺氧時,通過加入過氧化氫、過氧化鈣等藥劑,使之與水反應(yīng)后產(chǎn)生氧氣,增加水體溶解氧含量。投加應(yīng)注意適量,以免引起溶解氧過飽和,危害水生生物。

    典型案例3:蝦龍圩河。

    河道位于西湖區(qū),為余杭塘河支流,東西走向,全長600 m,受生活污水和上游農(nóng)田面源污染,河道為劣Ⅴ類水體,重度富營養(yǎng)化。蝦龍圩采用人工曝氣+人工填料+水生植物+投加制劑的綜合整治措施。其中,制劑投加分為底質(zhì)改良劑和黑臭控制劑。底質(zhì)改良劑投放密度0.15 kg/m2,共計800 kg,主要成分為惰性材料(沸石粉等)、光合細菌、乳酸菌、枯草桿菌等,采用人工均勻潑灑;黑臭控制劑投放密度為0.15 kg/m2,共計800 kg,主要成分是增氧劑(過氧化鈣)、緩沖分散劑和惰性載體。整治完成后,水體黑臭現(xiàn)象消除,水質(zhì)改善明顯,基本達到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

    3 生物制劑

    3.1 菌 劑

    菌劑是通過投加或固定化方法,在水體中引入一種或多種外源性污染降解微生物菌種,以消除水體中有機物、營養(yǎng)物和黑臭。目前,產(chǎn)品化的菌劑種類很多,如日本的EM菌等。最為常見的菌劑產(chǎn)品是以下幾種菌:①硝化細菌。起硝化作用,將各類氨鹽化合物轉(zhuǎn)化成硝酸鹽化合物。②光合細菌??梢葬尫叛鯕?,增加水體的溶解氧量,并能有效去除小分子有機物,其對總氮的去除也有效果。③酵母菌。去除有機物,并能利用無機氮源合成自身細胞組織,同時其分泌的代謝物可以作為其它細菌生長的營養(yǎng)。④放線菌。對水體的有害菌有殺滅作用,通過放線菌對有害菌的殺滅,使有益菌群在水體占優(yōu)勢,還可以產(chǎn)生反硝化作用。⑤芽孢桿菌。去除一定的有機物以及氨氮,同時有一定的絮凝作用。⑥乳酸菌。以從光合細菌、酵母菌得到的糖類為基質(zhì),發(fā)酵產(chǎn)生乳酸菌,可抑制有害微生物的繁殖,同時,乳酸菌會使有機物急劇腐敗分解,也能加速木質(zhì)素、纖維素等難分解有機物的分解,在有機物的發(fā)酵分解中發(fā)揮著重要作用[2]。

    3.1.1 典型案例4:神龍橋河[5]

    河流位于拱墅區(qū),屬運河水系,全長2 318 m,河寬10 m,水深1.35 m,受周邊農(nóng)居生活污水污染,為劣Ⅴ類水體,透明度0.25 m,中試治理段長100 m,水流流速0.1 m/s,日均處理水量6.9萬m3。采用人工填料+人工曝氣+投加制劑的綜合整治措施,其中,制劑以沸石為載體,采用高密度發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)勢菌株,通過包埋方式將兩者結(jié)合制成固定化微生物底泥生物基,制劑主要成分為:芽孢桿菌(56.0%)、光合細菌(15.0%)、硝化菌(5.0%)、酵母菌(2.0%)、乳酸菌(5.6%)、增氧劑及吸附載體等。整治完成后,水體黑臭消除,基本可達到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

    3.1.2 典型案例5:沿山河

    河流位于西湖區(qū),治理段全長1 000 m,河寬15~20 m。治理前河道截污不徹底,水體不流動,內(nèi)源污染嚴(yán)重,底泥上浮,水體富營養(yǎng)化呈綠色,藻類濃度高。工程采取人工曝氣+人工填料+水生植物+投加制劑的綜合整治措施。在河岸上設(shè)置生物培養(yǎng)罐,用于微生物的培養(yǎng)、馴化、繁殖,微生物培養(yǎng)后定期投加到位于水體底部的生物培養(yǎng)器中,在水下培養(yǎng)器中進一步擴大培養(yǎng),并逐步釋放。菌劑主要成分為光合細菌、乳酸菌、放線菌、酵母菌、真菌等。通過投加菌劑,消除了底泥上浮現(xiàn)象,并活化了水體,增進了人工填料掛膜,為其它措施的應(yīng)用提供了良好條件。通過綜合整治,目前已基本消除黑臭。

    3.2 酶制劑

    酶是由活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物,主要成份是蛋白質(zhì)。酶能刺激和加速自然界微生物的生物化學(xué)反應(yīng),激發(fā)土著微生物的活性,加速微生物的生長和繁殖。同時,它對環(huán)境友好,是一種生物催化劑。在合適的溫度范圍,使用酶催化所產(chǎn)生的生物反應(yīng)速度是對照組的10萬~2 000萬倍。酶能促進水中的大分子化合物分解成小分子化合物,同時釋放出結(jié)合氧,增強水體復(fù)氧功能。以有機氨鹽為例,生物酶攻擊其中的點(1)使S-C鍵撕裂,生成硫酸鹽,攻擊點(2)使C-O鍵斷裂,生成CO2揮發(fā)[6-7](見圖1)。

    圖1 生物酶結(jié)構(gòu)示意圖

    生物酶不僅能夠應(yīng)用于好氧環(huán)境,也可應(yīng)用于厭氧環(huán)境。水體中無機還原性物質(zhì)如H2S(散發(fā)臭味)、FeS2(呈現(xiàn)黑色)等,在酶的催化作用下,硫細菌將上述還原性物質(zhì)氧化,從氧化中獲取能量,見公式(1)、(2)、(3)。

    2H2S+O2→2H2O+2S+能量

    (1)

    2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4+能量

    (2)

    2S+3O2+2H2O→2H2SO4+能量

    (3)

    典型案例6:嬰兒港河。

    河流位于拱墅區(qū),南起余杭塘河,北到蝦龍圩河,全長約3 000 m,河寬約15 m,水深0.50~1.50 m。河道周邊有農(nóng)居點,污水直排,黑臭底泥厚約1.00 m,水體基本不流動,常年黑臭,被稱為杭州的“龍須溝”,周邊居民投訴多。2013年9月份,在登云路南側(cè)約500 m河段噴灑復(fù)合生物酶以消除河道黑臭。復(fù)合酶的主要成份為溶菌酶、纖維素菌、蛋白酶、脂肪酶、微量元素等1 000多種酶制劑的復(fù)合,通過復(fù)合生物酶的噴灑和人工曝氣增氧處理,土著微生物得到快速繁殖,形成大量菌膠團附著在水中的樹根或其它自然載體上,分解底泥和水體有機物,約7 d左右,水質(zhì)明顯改善,COD下降約70%,NH3-H下降約80%,T-P下降約70%,透明度增加0.50 m,基本消除水體黑臭,1個月后,底泥有機質(zhì)含量減少,內(nèi)源污染源得到部分控制。

    3.3 食藻蟲

    食藻蟲技術(shù)來源于對大型氵蚤食藍藻習(xí)性的有效馴化。該技術(shù)的基本思路是以浮游動物食藻蟲吃藻控藻為啟動因子,繼而引起各項生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng)。食藻蟲攝食消化水體中的藻類和懸浮物后,可以產(chǎn)生弱酸性的排泄物,降低水體中的pH值,并抑制水體藻類的生長。水體藻類和懸浮物減少消失后,水體透明度增加,陽光可進入水底,促進沉水植物的生長,沉水植物與食藻蟲形成良好的共生關(guān)系。沉水植物進行水下光合作用,釋放出大量的溶解氧,吸收掉水體中過多的氮、磷等富營化物質(zhì),形成水體生態(tài)自凈能力。水生植被恢復(fù)后,由食藻蟲攜帶有益微生物向水體底部擴散,促進底泥氧化還原電位升高,有利于水生昆蟲和水生底棲生物的大量滋生,在與水生植被共生作用下,形成底泥營養(yǎng)物質(zhì)的封存和生態(tài)鏈自凈(物質(zhì)能量的逐步吸收轉(zhuǎn)化)。再逐步向水體中引入螺、貝、魚、蝦類等高級水生動物,食藻蟲和水生植被被吃掉,通過食物鏈把水體中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移出,徹底降低水體的富營養(yǎng)化程度,長久維持水體水質(zhì)[8]。

    典型案例7:后橫港。

    該河位于杭州市拱墅區(qū),屬運河水系,河道全長1 266 m,寬度20 m。整治前后橫港河水體富營養(yǎng)化,每年都爆發(fā)藍藻。引入食藻蟲工藝后,先期修復(fù)西段相對封閉的水體4 000 m2,通過投入微生物菌種活化底泥和水體,同時投入食藻蟲控藻,再種植沉水植物,為改善水循環(huán),布置4臺3 kW水泵。通過實施該工藝,3個月后水體水質(zhì)明顯改善,透明度達1.20 m以上,水質(zhì)達到Ⅲ類水,水下植被覆蓋率達到60%,水體植物保持四季常綠。

    總結(jié)上文,常見的制劑技術(shù)見表1。

    表1 幾種常用制劑技術(shù)選用表

    4 存在的問題

    杭州市在制劑應(yīng)用方面取得了一定成效,也積累了一定的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

    4.1 必須配合其它修復(fù)措施使用

    制劑技術(shù)一般適合相對封閉的水體,其中化學(xué)制劑適合應(yīng)急處理,短時間容易達到效果,而生態(tài)制劑適合外源污染整治完成后,水體已基本消除黑臭后的水質(zhì)改善。從實施成本和長效性角度而言,應(yīng)首先實施截污、清淤、配水等基礎(chǔ)措施,在此基礎(chǔ)上,再因地制宜,實施原位修復(fù)。作為原位修復(fù)技術(shù)之一,投加制劑宜作為其它原位修復(fù)措施的實施基礎(chǔ),并宜同步實施其它原位修復(fù)措施,以達到綜合效益最大化,如增加人工曝氣,為硝化菌分解污染物供氧、投加人工填料為微生物提供附著環(huán)境等。

    4.2 負面影響

    化學(xué)制劑可在較短時間內(nèi)對水體水質(zhì)或底泥產(chǎn)生較明顯的改善,但這類制劑的負面影響也不容忽視。由于化學(xué)制劑大部分含有鐵鹽、鋁鹽,如果超出污染物降解所需要的量,這類制劑將滯留在水體中,并隨生物富集,對水生態(tài)起到負面作用,因此,對投加量的控制非常重要。目前,杭州市在河道整治過程中,很少投加化學(xué)制劑,在某種程度上從源頭控制了制劑的負面效應(yīng)。

    4.3 長效性保持

    制劑有一個共性問題,就是作用時間有限。一段時間后,如果新增的污染負荷超過修復(fù)后水體的自凈能力,又需要補充投加制劑。即便起激活作用的酶制劑,雖然短時間內(nèi)激活了土著微生物,但一段時間后,仍需要補充投加。杭州市在河道整治過程中,通過微生物固定化,設(shè)置連續(xù)培養(yǎng)器持續(xù)釋放等方法,在一定程度上延長了作用時間,但相對河道水質(zhì)維持的長期性,仍需進一步改進。

    4.4 投加控制

    制劑尤其是生態(tài)制劑,一方面其配方?jīng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),也涉及不少專利技術(shù)。另一方面河道污染源往往較難準(zhǔn)確預(yù)測,而制劑尤其是生態(tài)制劑,受自然環(huán)境的影響,其去除效果本身也很難量化,導(dǎo)致在制定技術(shù)方案的過程中,治理單位對制劑的投加量、投加方式、預(yù)期效果等缺乏清晰的回答,其直接帶來的問題,首先是由于信息不透明,建設(shè)單位無法監(jiān)控和實施評估,對產(chǎn)品也沒有辦法進行質(zhì)量監(jiān)督;二是后續(xù)運行維護過程中,由于外來污染源無法精準(zhǔn)控制,對運行維護費用無法做到心中有底,無法長久保持水質(zhì)。針對上述問題,需要認(rèn)真總結(jié)制劑應(yīng)用情況,對治理方案設(shè)計、建設(shè)實施、運行管理的全過程實施量化考核,逐步規(guī)范制劑的應(yīng)用。

    [1]中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司.杭州市市區(qū)河道水環(huán)境整治工程技術(shù)研究與工程示范課題一期報告[R].杭州:中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,2014.

    [2]王超,王沛芳,候俊,等.流域水資源保護和水質(zhì)改善理論與技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2011.

    [3]紹興秋氏環(huán)??萍及l(fā)展有限公司.杭州市蕭山區(qū)崇化市場內(nèi)河河道治理項目技術(shù)施工方案 [R].紹興:紹興秋氏環(huán)??萍及l(fā)展有限公司,2013.

    [4]張建強,虞曉峰,王世剛.水體生態(tài)修復(fù)工程在開發(fā)區(qū)河道管理中的應(yīng)用[J].浙江水利水電??茖W(xué)校學(xué)報,2010,22(3):17-22.

    [5]周慧華,宋曉光,吳革,等.水體/底泥生物基城市河道富營養(yǎng)化水體修復(fù)試驗研究[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(10):3879-3886.

    [6]張麗.投加生物促生劑改善河道水質(zhì)的試驗研究[D].蘇州:蘇州科技學(xué)院,2008:13-16.

    [7]蘇業(yè)瑜,奚健.生物復(fù)合酶對黑臭水體底泥原位修復(fù)的理論和實踐[J].中國河道治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)???,2004,21(1):157-159.

    [8]上海太和水生態(tài)科技有限公司.應(yīng)用食藻蟲引導(dǎo)蕭山區(qū)燕子河景觀水體水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計方案[R].上海:上海太和水生態(tài)科技有限公司,2010.

    (責(zé)任編輯 張書花)

    2015-04-15

    魏 俊(1982-),男,高級工程師,碩士,主要從事水環(huán)境治理與固體廢物處理處置。E-mail:wei_j@ecidi.com

    X705

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    1008-701X(2016)01-0057-03

    10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.01.018

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