黑臭水體原位治理生物修復(fù)技術(shù)研究及應(yīng)用

夏晶穎 解 靜

鎮(zhèn)江市生態(tài)環(huán)境保護(hù)調(diào)度中心 江蘇 鎮(zhèn)江 212000

1 前言

近年來(lái),隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展,一方面城市污水排放量及污染物均有顯著增加,另一方面城市市政基礎(chǔ)配套建設(shè)相對(duì)落后,使得一些城市河流被人們視為工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活廢水的主要排污通道和場(chǎng)所,導(dǎo)致城市水體大面積污染,輕者引起水體富營(yíng)養(yǎng)化、重者導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭,影響群眾生存環(huán)境及身體健康[1]。在這嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)下,為了體現(xiàn)了國(guó)家治理黑臭水體的決心,我國(guó)出臺(tái)了一系列政策和指導(dǎo)性文件推進(jìn)黑臭水體整治。2015年國(guó)務(wù)院頒布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出[2]：地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以?xún)?nèi),到2030年,全國(guó)七大重點(diǎn)流域水質(zhì)優(yōu)良比例總體達(dá)到75%以上,城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。

鑒于黑臭水體具有成因復(fù)雜、水質(zhì)變化的成因和規(guī)律的難以掌握、易反彈及規(guī)劃與管理不周全等水質(zhì)特點(diǎn),近些年來(lái),對(duì)黑臭水體治理與修復(fù)的方法進(jìn)行了大量的研究和嘗試。根據(jù)目前的治理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),同時(shí)參考住建部和環(huán)保部出臺(tái)的相關(guān)技術(shù)指南和政策,黑臭水體修復(fù)方法主要包括物理法、化學(xué)法與生態(tài)修復(fù)法[3]。其中,原位治理生物修復(fù)技術(shù)具有投資低、治理效果好、運(yùn)行方便、易于控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn),近幾年在國(guó)內(nèi)外引起了廣泛關(guān)注。

2 黑臭水體原位治理生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)展

目前,國(guó)內(nèi)外己在使用的或己試驗(yàn)的污染黑臭水體的原位治理技術(shù)主要有河道曝氣增氧技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)和生物膜技術(shù)等。

2.1 河道曝氣增氧技術(shù) 河道曝氣增氧技術(shù)是綜合了曝氣氧化塘和氧化溝的原理,結(jié)合推流和完全混合這兩種流態(tài)的特點(diǎn),不僅克服短流現(xiàn)象而且提高了緩沖能力,與氧傳遞、液體混合及污泥絮凝為一體的高效河流水質(zhì)凈化方法[4]。該技術(shù)是根據(jù)河流受到污染后缺氧的特點(diǎn),利用自然跌水(瀑布、噴泉、假山等)或人工曝氣對(duì)水體復(fù)氧,促進(jìn)上下層水體的混合,使水體保持好氧狀態(tài),以提高水中的溶解氧含量,加速水體復(fù)氧過(guò)程,抑制底泥N、P的釋放,恢復(fù)和增強(qiáng)水體中好氧微生物的活力,使水體中的污染物質(zhì)得以?xún)艋?從而改善河流的水質(zhì)[5]。

河道曝氣增氧技術(shù)具有占地小、投資少、見(jiàn)效快、運(yùn)行方便及無(wú)二次污染等特點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外具有廣泛使用。1987和1988年,美國(guó)密西西比河Minnesoda碼頭附近的河道安裝了曝氣設(shè)備,對(duì)臭味的產(chǎn)生和藻類(lèi)的過(guò)量繁殖進(jìn)行了有效控制[6]。1986年亞運(yùn)會(huì)和1988年夏季奧運(yùn)會(huì),在釜山港灣快艇區(qū)域安裝了9臺(tái)100hp的曝氣裝置,該區(qū)域的DO、COD、透明度、臭味等有較好的改善,達(dá)到比賽需要的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[7]。過(guò)樹(shù)清等[8]以嘉興市月河治理為例研究了河道曝氣技術(shù),結(jié)果表明治理后的河道水質(zhì)明顯進(jìn)行了改善,尤其對(duì)氨氮的處理效果突出。據(jù)此,提出了生態(tài)修復(fù)治理嘉興市區(qū)受污染河道的治理理念。諶偉等[9]比較了三種曝氣方式(低強(qiáng)度連續(xù)曝、間歇曝氣和高強(qiáng)度連續(xù)曝氣)對(duì)水體的修復(fù)效果,分析了低強(qiáng)度曝氣技術(shù)的可行性。結(jié)果表明,對(duì)于流量較小的緩速滯流河道,長(zhǎng)期采用低強(qiáng)度曝氣可達(dá)到降低污染負(fù)荷、消除水體黑臭的效果：以氨氮去除率達(dá)98%為控制指標(biāo),低強(qiáng)度曝氣耗僅為高強(qiáng)度連續(xù)曝氣的6.25%和間歇曝氣的17.24%,大大降低了曝氣經(jīng)濟(jì)成本。

河道曝氣增氧技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)黑臭水體的治理有明顯的效果,是黑臭水體治理工程的首先。但該技術(shù)也存在一定的缺陷,如水體溫度過(guò)低效果不佳、微生物濃度或活性較低時(shí)處理效果不明顯等。因此,為了充分體現(xiàn)河道曝氣增氧技術(shù)的優(yōu)越性,需要與其他相關(guān)技術(shù)配合使用。

2.2 微生物修復(fù)技術(shù) 微生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物對(duì)黑臭水體中的污染物進(jìn)行降解,使被污染的水體恢復(fù)到原有的自?xún)裟芰顟B(tài)。其中,通過(guò)向黑臭水體中引入外來(lái)微生物、基因工程菌或者激活土著微生物,可以獲得對(duì)污染物具有高降解性能的新的微生物群落,以實(shí)現(xiàn)黑臭水體的原位修復(fù)。

趙志萍等[10]進(jìn)行了EM菌和復(fù)合菌投加到黑臭河水中降解試驗(yàn),結(jié)果表明經(jīng)處理后黑臭水體水質(zhì)有明顯提升。王瑋等[11]通過(guò)利用向污染河流中投加有效微生物菌群EM的方法,達(dá)到有效降解河水中COD、N、磷；消除黑臭,恢復(fù)生態(tài),恢復(fù)河水中溶解氧DO,提高透明度；大大減少淤積底泥。盛彥清等[12]用人工復(fù)氧技術(shù)并投加生物制劑及底質(zhì)改良劑等,對(duì)嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊水和黑臭河涌水進(jìn)行了生物修復(fù)試驗(yàn).模擬試驗(yàn)結(jié)果表明,在適度的人工復(fù)氧前提下,投加生物制劑及底質(zhì)改良劑等,能夠使兩種水體的化學(xué)需氧量 (CODCr)、總氮 (TN)和總磷 (TP)等污染物的含量均降低80%以上。

與其他治理方法相比,微生物修復(fù)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、修復(fù)時(shí)間短、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí),該技術(shù)也面臨著微生物生存的條件比較苛刻、篩選適合菌種比較困難、降解程度有限等難點(diǎn),尚未得到廣泛應(yīng)用。

2.3 生物膜技術(shù) 生物膜技術(shù)是指利用天然材料(如卵石)、合成材料(如纖維)為載體,為微生物提供較大的附著表面,提高微生物與污染物的接觸面積,加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用。生物膜技術(shù)凈化河道的實(shí)質(zhì)是對(duì)天然河流中所發(fā)生的生物過(guò)程的一種強(qiáng)化,把天然過(guò)程變?yōu)榱颂烊缓腿斯み^(guò)程的結(jié)合體。它根據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化作用及過(guò)濾作用,人工填充濾料或載體(如卵石、纖維等),供細(xì)菌絮凝生長(zhǎng),形成生物膜,進(jìn)而達(dá)到凈化污染水體的效果。

張美蘭等[13]將生物膜技術(shù)移植到有機(jī)污染河道治理中,采用三種生物填料,與目前最常用的空曝氣技術(shù)對(duì)比凈化有機(jī)污染河道的效果。結(jié)果表明生物膜技術(shù)對(duì)污染水體及底泥中污染物均具有一定有效的降解效果。張凌玲等[14]以昆山市凌家浜河道作為原位生態(tài)修復(fù)的試驗(yàn)對(duì)象,綜合運(yùn)用水生植物修復(fù)技術(shù)、生物膜技術(shù)等進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究表明：在有部分外源污染的情況下,采用該技術(shù)修復(fù)河道,水質(zhì)改善顯著,水體透明度、COD、TP、TN、NHN、葉綠素a等主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 句容市玉清河治理工程實(shí)施實(shí)例

由于玉清河上游為斷頭河,進(jìn)入河道內(nèi)的水為雨水和少量生活污水,目前水體的表現(xiàn)為黑臭、透明度低、明顯的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象,當(dāng)夏季氣溫升高時(shí)水體惡化表現(xiàn)尤為顯著。該工程選用“河道曝氣增氧+投放EM菌劑+底泥生物氧化+生物巢”組合工藝進(jìn)行治理。

3.1 其具體步驟和措施是：

3.1.1 河道曝氣增氧：提高水體中的溶解氧含量,加快水層之間的交換及內(nèi)循環(huán),從而提高水體好氧微生物的活性,使水層及底泥中有機(jī)物氧化硫化物及亞鐵鹽等致黑臭物質(zhì)得到降解,為水體生態(tài)得到平衡做準(zhǔn)備。

3.1.2 投加EM菌劑：在曝氣增氧的前提下,向水體中投加EM菌,微生物在水中迅速繁殖并形成穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)菌群,能快速、穩(wěn)定降解水體中有機(jī)物,使水體污染物受納總量得以控制和削減。

3.1.3 底泥生物修復(fù)：治理期間定期投放底泥生物修復(fù)劑,底泥和底部水層的厭氧得以改變,底部微生物的生存環(huán)境由厭氧轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚?底泥有機(jī)物快速降解、底泥得以礦化,控制底泥的上浮及其所含污染物的釋放。

3.1.4 設(shè)置生物巢系統(tǒng)：在治理范圍內(nèi)設(shè)置兩套生物巢系統(tǒng),其具有大的比表面積,是水體中微生物大量繁殖,增加生物多樣性,促進(jìn)水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和平衡。

3.2 治理結(jié)果水質(zhì)改善 在玉清河上選取上游、中游、下游分別選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,通過(guò)對(duì)化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比治理前后的水質(zhì)變化：

序號(hào) 斷面名稱(chēng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目玉清河頭(垃圾中轉(zhuǎn)站旁橋) 跌水壩 葛仙橋 葛仙湖出口治理前 治理后治理前治理后治理前治理后治理前治理后1 化學(xué)需氧量(mg/L)466 25 56 29 60 41 76 50 2 氨氮(mg/L)71.53.695.303.809.063.606.244.12 3 總磷(mg/L)7.242.542.300.140.610.480.450.32 4 總氮(mg/L)96.17.87.647.95.3415.109.139.50

治理工程完成后,水體透明度改善、水體顏色變淡,水體溶解氧增加、臭味消除,水體自?xún)裟芰τ兴嵘?。環(huán)境監(jiān)測(cè)站每日兩次對(duì)高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)結(jié)果表明治理效果非常良好,達(dá)到該地區(qū)城市河道水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

黑臭水體原位治理生物修復(fù)技術(shù)是一種環(huán)境友好替代技術(shù),通過(guò)“就地”削減水體及底泥中污染物,首先解決水體顯著的黑臭問(wèn)題,然后在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)水體具有自?xún)裟芰Φ淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng),使生物治理與生物修復(fù)一并完成,從根本上上治愈黑臭水體的頑疾。

利用“河道曝氣增氧+投放EM菌劑+底泥生物氧化+生物巢”原位生物組合工藝對(duì)句容市玉清河進(jìn)行治理,結(jié)果表明治理效果非常良好,能夠達(dá)到該地區(qū)城市河道水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這是該項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程內(nèi)部相互配合、協(xié)同發(fā)揮作用的結(jié)果。但該技術(shù)也存在一定不足,需要進(jìn)一步實(shí)踐來(lái)應(yīng)盡可能解決其中涉及的技術(shù)難題。