生物修復(fù)技術(shù)治理河道底泥污染應(yīng)用研究

袁存明

(成武縣水務(wù)局,山東 菏澤 274200)

隨著我國城鎮(zhèn)化快速建設(shè)，城市河道污染嚴(yán)重，水體甚至發(fā)黑發(fā)臭，對附近居民的生存環(huán)境和生活質(zhì)量產(chǎn)生威脅[1- 3]。黨的十八大以來，生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程加快，黑臭河道修復(fù)技術(shù)成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。河道黑臭的直接原因是水體缺氧，根本原因是水體污染物含量過高[4- 5]。黑臭河道的污染來源有兩個(gè)：一是外源河道污水大量排入，使水體中的有機(jī)物、重金屬含量增加；二是內(nèi)源河道底泥中匯聚了大量污染物，在物理、化學(xué)及生物等多種因素的影響下，底泥再懸浮并向上層水體釋放污染物質(zhì)[6- 7]。因此，研究底泥修復(fù)技術(shù)對治理黑臭河道具有重要意義。

溫州在治理溫瑞塘河過程中開展了大量截污納管工程，從源頭上削減污染物的排放量[8]，有效改善了河道黑臭問題。清淤疏浚也廣泛應(yīng)用于河道水體污染治理中，但這一方法并未實(shí)現(xiàn)污染的根源治理，只是將河道底泥污染物轉(zhuǎn)移而非降解[9]。河道曝氣技術(shù)通過人為充入空氣來改善水體缺氧狀態(tài)，治理黑臭河道成效顯著，在實(shí)踐中得以廣泛應(yīng)用，但仍存在氮、磷去除不足等缺陷[10- 11]。生物修復(fù)技術(shù)采用生物制劑、水生植物等措施，加速有機(jī)物、氮、磷等污染物的降解，增強(qiáng)水體消解污染物的能力，具有成本低廉、環(huán)境友好、見效較快等優(yōu)勢[12- 14]，成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。

現(xiàn)有河道黑臭治理研究中，大都側(cè)重于研究水體的修復(fù)情況，河道底泥修復(fù)效果方面的研究較少。而河道底泥是河道水體的污染源之一，開展底泥修復(fù)效果研究對治理黑臭河道具有重要價(jià)值。因此，本文基于前人的研究成果，開展了生物制劑和生物制劑+水生植物兩組現(xiàn)場試驗(yàn)，從河道底泥角度探討污染物的削減效果。研究成果將為黑臭河道治理提供一定的理論和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 工程背景

本次研究的某黑臭河道位于山東省菏澤市，河流常年處于滯流狀態(tài)，在城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程中周邊工廠、居民激增，部分污水直接排入河道，導(dǎo)致河道水質(zhì)惡化?？焖佟⒂行У刂卫碓摵拥篮诔魡栴}成為城市生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)。傳統(tǒng)河道修復(fù)措施存在著成本高昂、周期較長等缺點(diǎn)，因此在該黑臭河道治理中采用傳統(tǒng)技術(shù)與新興技術(shù)相結(jié)合的方式，一方面通過截污納管減少外源污染，另一方面探索采用生物修復(fù)技術(shù)治理內(nèi)源污染。本次研究從利用生物修復(fù)技術(shù)治理內(nèi)源污染出發(fā)，開展了生物制劑和生物制劑+水生植物兩組現(xiàn)場試驗(yàn)，從底泥污染物角度分析研究所選生物制劑的治理成效。

1.2 試驗(yàn)方案

通過現(xiàn)場調(diào)研，選擇了一段河道平直、人為擾動小的河段作為試驗(yàn)區(qū)開展現(xiàn)場試驗(yàn)，劃分了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3個(gè)試驗(yàn)區(qū)(如圖1所示)：試驗(yàn)區(qū)Ⅰ是對照組，不使用任何修復(fù)技術(shù)；試驗(yàn)區(qū)Ⅱ、Ⅲ是實(shí)驗(yàn)組，其中試驗(yàn)區(qū)Ⅱ投放生物制劑，試驗(yàn)區(qū)Ⅲ投加生物制劑并種植水生植物。

圖1 現(xiàn)場試驗(yàn)分區(qū)示意圖

本次試驗(yàn)選用的生物制劑包含好氧微生物和兼性微生物，是針對黑臭底泥成分而選配的組合，有助于降解河道底泥中的有機(jī)物、氮、磷等，進(jìn)而改善水體氧化環(huán)境，增強(qiáng)河道自凈能力。投藥量為50g/m2，投加頻率為7d一次，投加周期為半年。投藥方式采用噴槍法，將生物制劑注入泥水分界面以下5cm左右；水生植物采用鳶尾、蘆竹、慈姑等。試驗(yàn)周期為半年，試驗(yàn)結(jié)束后取出上層底泥測定有機(jī)物、TN、TP、AP等污染物含量，以及底泥的溶解氧和氧化還原電位，對比分析生物制劑和生物制劑+水生植物兩種方案對河道底泥的修復(fù)效果。

2 試驗(yàn)成果分析

2.1 有機(jī)質(zhì)的去除成效

采用灼燒法測定各底泥的有機(jī)質(zhì)含量，試驗(yàn)成果如圖2所示?？梢钥闯?，試驗(yàn)組有機(jī)質(zhì)含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量為177.97g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)含量為66.33g/kg，削減了63%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)含量為54.89g/kg，削減了69%。由此可見，本次試驗(yàn)選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的有機(jī)質(zhì)，在投加生物制劑的基礎(chǔ)上，增加種植水生植物能夠促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的去除。

圖2 底泥有機(jī)質(zhì)含量圖

2.2 總氮的去除成效

采用凱式法測定底泥的總氮含量，試驗(yàn)成果如圖3所示。可以看出，試驗(yàn)組總氮含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區(qū)的總氮含量為14.45g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區(qū)底泥總氮含量為6.35g/kg，削減了56%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區(qū)底泥總氮含量為4.50g/kg，削減了69%。由此可見，本次試驗(yàn)選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的總氮，在投加生物制劑的基礎(chǔ)上，增加種植水生植物能夠促進(jìn)總氮的去除。

圖3 底泥總氮含量圖

2.3 總磷的去除成效

采用堿熔-鉬銻抗分光度測定底泥的總磷含量，試驗(yàn)成果如圖4所示?？梢钥闯觯囼?yàn)組總磷含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區(qū)的總磷含量為5.64g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區(qū)底泥總磷含量為2.43g/kg，削減了57%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區(qū)底泥總磷含量為2.15g/kg，削減了62%。由此可見，本次試驗(yàn)選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的總磷，在投加生物制劑的基礎(chǔ)上，增加種植水生植物能夠促進(jìn)總磷的去除。

圖4 底泥總磷含量圖

2.4 有效磷的去除成效

采用碳酸氫納浸提-街銻抗分光光度測定底泥的有效磷含量，試驗(yàn)成果如圖5所示。可以看出，試驗(yàn)組有效磷含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區(qū)的有效磷含量為3.27g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區(qū)底泥有效磷含量為1.82g/kg，削減了44%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區(qū)底泥有效磷含量為1.21g/kg，削減了63%。由此可見，本次試驗(yàn)選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的有效磷，在投加生物制劑的基礎(chǔ)上，增加種植水生植物能夠促進(jìn)有效磷的去除。

圖5 底泥有效磷磷含量圖

2.5 溶解氧和氧化還原電位分析

通過室內(nèi)試驗(yàn)測定各區(qū)底泥的溶解氧，試驗(yàn)成果如圖6所示。可以看出，試驗(yàn)組溶解氧含量明顯高于對照組，對照組Ⅰ區(qū)底泥中的溶解氧為0.26mg/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區(qū)底泥中的溶解氧為0.49mg/kg，增加了85%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區(qū)底泥中的溶解氧為0.45mg/kg，增加了72%。由此可見，本次試驗(yàn)選用的生物制劑能夠顯著提高底泥中的溶解氧，在投加生物制劑的基礎(chǔ)上增加種植水生植物會使底泥溶解氧含量略有降低。

圖6 底泥溶解氧含量圖

2.6 氧化還原電位分析

通過室內(nèi)試驗(yàn)測定各區(qū)底泥的氧化還原電位，試驗(yàn)成果如圖7所示?？梢钥闯?，對照組Ⅰ區(qū)底泥的氧化還原電位為-175.40mv，由此可知本次研究的河道底泥易發(fā)生厭氧還原反應(yīng)；僅投加生物制劑的Ⅱ區(qū)底泥的氧化還原電位為54.57mv；生物制劑+水生植物的Ⅲ區(qū)底泥的氧化還原電位為29.51mv。由此可見，本次試驗(yàn)采用的兩個(gè)底泥修復(fù)方案均能使底泥由厭氧還原態(tài)恢復(fù)為氧化態(tài)，有效改善底泥環(huán)境。

圖7 底泥氧化還原電位圖

3 結(jié)論

為解決河道黑臭污染問題，開展了生物制劑和生物制劑+水生植物兩組現(xiàn)場試驗(yàn)。研究結(jié)論如下：

(1)生物制劑方案中有機(jī)質(zhì)、TN、TP、AP的去除率分別為63%、56%、57%、44%，生物制劑+水生植物方案分別為69%、69%、62%、63%，說明兩個(gè)方案的污染物去除效果良好，并且在生物制劑的基礎(chǔ)上增加水生植物能夠促進(jìn)污染物的去除；

(2)生物制劑方案與生物制劑+水生植物方案下底泥的溶解氧分別增加了85%、72%，底泥均由厭氧還原態(tài)恢復(fù)為氧化態(tài)；

(3)本次研究的不足之處在于生物制劑與投藥量固定，可進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)確定生物制劑的最佳配比。