基于生物生態(tài)技術(shù)處理黑臭水體的研究

李慧穎，劉 瑩，王文祥

（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東佛山 528216）

1 概述

2019年7月，2019年統(tǒng)籌強化監(jiān)督（第一階段）黑臭水體專項排查情況顯示，全國259個地級城市黑臭水體數(shù)量1 807個，消除比例72.1%。全國共有77個城市黑臭水體消除比例低于80%，長江經(jīng)濟帶98個地級城市黑臭水體數(shù)量1 048個，消除比例74.4%，19個城市消除比例為零[1]。黑臭水體中污染物成分較復(fù)雜，而水體中的底泥是造成黑臭的主要內(nèi)源污染物。治理黑臭水體的技術(shù)主要有物理、化學(xué)和生態(tài)-生物方法。物理治理包括常見的底泥清淤疏浚、充氧技術(shù)和活水技術(shù)。其中底泥清淤疏浚和河道充氧技術(shù)使用比較廣泛?；瘜W(xué)方法是混凝沉淀，通常是往水體中加入混凝劑（鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽等），使水體中的懸浮物形成絮體后，經(jīng)沉淀停留至底泥中。生物生態(tài)技術(shù)具有成本低、無二次污染和操作簡單等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。生物生態(tài)法治理是通過水生動物、水生植物等來重塑一個良好的生態(tài)系統(tǒng)，以水質(zhì)得到凈化為目標(biāo)的一種長久有效、經(jīng)濟可行的技術(shù)手段。這些技術(shù)主要包括微生物強化技術(shù)、水質(zhì)凈化技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)等。

2 生態(tài)修復(fù)劑技術(shù)

生態(tài)修復(fù)劑技術(shù)一般是指向污染水體中投入高效的本源微生物菌群和微生物促進(jìn)劑，激活水體中微生物，促進(jìn)其迅速生長繁殖，清除水體中的污染物質(zhì)[2]。一種是將酶制劑或微生物菌劑投入黑臭水體，生物菌劑凈化污物操作簡單、花費較低；第二是投加微生物促生劑，可促進(jìn)河涌中現(xiàn)有微生物的生長繁殖。生物促生劑中含有大量營養(yǎng)物質(zhì)，可強化微生物的活性，進(jìn)而提高污染物的去除效率。目前運用較多的是投加微生物菌劑。微生物菌劑的應(yīng)用包括培養(yǎng)土著微生物、投加促進(jìn)微生物生長藥劑及目的性微生物的接種等。微生物固定化技術(shù)可以快速提升河流中微生物的數(shù)量，去除氨氮和有機物的效果顯著，可以改善黑臭水體的水質(zhì)[3]。

瞿方等[4]向黑臭水體中投加復(fù)合微生物菌劑后，各項污染物指標(biāo)均有明顯好轉(zhuǎn)。尹莉等[5]研究了固定化工程菌對黑臭河涌的影響，結(jié)果表明，NH3-N、TP、COD去除率分別達(dá)到100%、45.49%和93.38%。劉成[6]研究了微生物菌劑和生物促生劑聯(lián)合作用對黑臭水的凈化效果，結(jié)果表明，上覆水體中NH3-N去除率為99.42%、CODcr去除率為74.25%，對黑臭河道有較好的修復(fù)效果。張秀芝等[6]開展了投加生物促生劑對黑臭河水凈化的研究。結(jié)果表明，生物促生劑可降解性較好，能為硝化與反硝化菌提供所需營養(yǎng)、碳源以及生長微環(huán)境總氮去除率可達(dá)85%。高艷[7]將生物促生劑與人工曝氣相結(jié)合，水質(zhì)得到明顯改善。

3 水質(zhì)凈化技術(shù)

水質(zhì)凈化是城市黑臭河涌治理不可或缺的措施，其本質(zhì)是借鑒污水處理技術(shù)來改善黑臭河水質(zhì)。黑臭水體的水質(zhì)凈化技術(shù)主要包括：生物膜處理技術(shù)、微生物燃料電池技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)等。

3.1 生物膜處理技術(shù)

王銘源[8]研究采用膨脹床生物濾池 EBF 對水廠工藝升級，在不影響水廠處理能力的前提下，提升水廠對受污染運河水體的凈化能力，研究表明掛膜成功后氨氮去除率高達(dá) 81.8%。譚小川等[9]研究不同填料對黑臭水體的治理效果，包含辮帶式生物飄帶、碳素纖維草和阿科蔓生態(tài)基。研究表明，碳素纖維草膜上最先出現(xiàn)鐘蟲等微型動物，水質(zhì)快速好轉(zhuǎn)，其治理效果優(yōu)于其他兩種填料。成豪[10]也采用碳素纖維生態(tài)草凈化處理小型封閉地表水，證明碳素纖維生態(tài)草對水質(zhì)明顯改善作用。近幾年，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域已從市政生活污水推廣至河道、湖泊等。林佩斌[11]等設(shè)計出一款黑臭水體智能水質(zhì)凈化設(shè)備，采用模塊化碳纖維作為主體，對 COD、氨氮和總磷均有較好的去除效果。

蔡聆聆等[12]指出曝氣生物濾池在氣浮預(yù)處理條件下處理黑臭河水，設(shè)施對 COD、NH4-N、TN 的去除率分別約為80%、90%、30%[13]。陳鵬[14]利用接觸絮凝過濾與曝氣生物濾池技術(shù)原理，研發(fā)了用于處理城市黑臭水體的多級過濾-曝氣生物濾池組合工藝。采用多級過濾-曝氣生物濾池組合工藝處理黑臭水體的現(xiàn)場實驗結(jié)果證明該組合工藝對氨氮、COD、濁度、總磷的去除率分別為 85.0%、54.9%、90.0%、54.6%。該組合工藝在降雨時段快速去除顆粒污染物提高水體透明度，非降雨時段能夠穩(wěn)定高效地去除城市黑臭水體的氨氮。

近幾年來，一些國內(nèi)外的學(xué)者對于生物膜技術(shù)中填料的條件優(yōu)化、類型以及與其他技術(shù)的組合等方面進(jìn)行了一系列研究。其中鋁污泥生物填料[14]、生物炭填料[15]、柱形懸浮填料[16]等都在生物膜對尾水的生物強化凈化及黑臭水體的原位生態(tài)修復(fù)中具有較高的處理能效。

3.2 微生物燃料電池（MFC）技術(shù)

微生物燃料電池技術(shù)基于生物電化學(xué)原理，將污水或者底泥中的有機物轉(zhuǎn)化為電能，其良好的環(huán)境效應(yīng)和能源效應(yīng)受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[17-18]。沉積物燃料電池可利用微生物代謝將底泥中有機污染物作為碳源產(chǎn)生電子，在修復(fù)底泥的過程中不需要外加化學(xué)試劑，也不需要外加能源就能達(dá)到去除底泥中污染物的目的[19]。章恒[20]以沉積物微生物燃料電池為主要方法，研究黑臭河涌底泥典型污染物降解轉(zhuǎn)化過程，為大規(guī)模集成型沉積物微生物燃料電池在河涌治理的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。

3.3 生態(tài)修復(fù)

河涌生態(tài)修復(fù)處理技術(shù)主要包括人工浮島和水生植物處理系統(tǒng)等。人工浮島和人工濕地結(jié)合水生植物，已被廣泛用于處理富營養(yǎng)化湖泊等受污染水體。生態(tài)浮島（生物浮床），是利用生態(tài)學(xué)原理人工設(shè)計建造的、漂浮于水面上的生物生態(tài)設(shè)施，能夠降解水體中的氮、磷及有機物質(zhì)，實現(xiàn)水質(zhì)凈化。陳謙[21]以某黑臭水體整治項目為例，研究了河涌整治的“生物-生態(tài)”凈化技術(shù)。采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)傳統(tǒng)清淤、活水等工藝具有很大的優(yōu)勢，能夠促進(jìn)河涌治理和生態(tài)工程相結(jié)合，實現(xiàn)良性發(fā)展。

4 結(jié)束語

國內(nèi)河道污水治理市場廣闊，治理需求較大，對于大部分城市來說，當(dāng)前急需解決污染、恢復(fù)河流生態(tài)功能。對于不同地區(qū)的黑臭水體，要根據(jù)水體污染程度，當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境與條件來選擇相適應(yīng)的處理技術(shù)，同時要發(fā)揮組合性技術(shù)的優(yōu)勢，對于大型河道水體治理，常常采用幾種技術(shù)組合處理。目前，城市黑臭水體整治的管理機制與運行維護(hù)體系尚需完善，應(yīng)當(dāng)在整治技術(shù)的研究下，建立高效運作的水環(huán)境管理體制，加強運行維護(hù)體系的完善工作，對于黑臭水體的整治要長期持久地進(jìn)行下去，這才是當(dāng)務(wù)之急。