高效生物強化技術的應用研究
——以廣西九洲江支流某河段異位治理為例

郭辰 黃付平 潘翠 吳潔敏

（廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護科學研究院，廣西南寧 530022）

1 引言

我國城市河流污染處理力度不夠，處理率偏低［1］，其特點是有機物濃度較低，而氮磷的含量相對較高。雖然傳統(tǒng)的城市污水處理工藝對有機物有較高的處理能力，但對氮和磷的去除能力較差。微生物修復技術作為一種水體污染修復的新技術，其研發(fā)應用發(fā)展迅速。利用異位微生物修復工藝處理城市河道污水，即通過污水自流或者泵入河道邊的污染處理系統(tǒng)，再通過好氧自養(yǎng)微生物將有機氮轉化為氨氮，經(jīng)硝化菌的硝化作用和反硝化菌的反硝化作用，最終釋放為氮氣完成氮循環(huán)［2］。這種新型修復工藝的運行成本低、投資小，微生物將污染物最終轉化為氮氣，對周圍環(huán)境的影響小，處理效果較好，對污染物的去除效率較高，而且微生物資源豐富、實地操作性強［3］。九洲江（廣西段）水質污染的根本原因是進入河流中的污染物總量超過了河流的環(huán)境容量，河流長期遭受較高強度的污染負荷，加之環(huán)境容量本底較小，造成原有生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重破壞；水中溶解氧大量消耗，河流底層溶解氧低于0.2 mg/L，為厭氧環(huán)境，好氧微生物消亡，在厭氧微生物作用下，有機污染物分解產(chǎn)生有毒有害的氣體，散發(fā)臭味，造成河道的污染，甚至黑臭［4］。

然而目前微生物修復技術也存在投加營養(yǎng)物質過量時造成二次污染；采用投加高效降解微生物時，微生物對河道污水環(huán)境的溫度和pH 值的變化非常敏感等問題。本文以九洲江支流某河段污染治理為應用示范點，開展了高效生物強化技術在異位治理河流污染案例中的綜合應用研究，并對投加量和停留時間做了應用試驗研究，取得了較好的治理效果［5］。該技術的應用，為我國河流水污染治理提供一個新的模式，具有重要的研究意義和參考價值［6］。

2 水環(huán)境現(xiàn)狀及污染成因分析

九洲江為南海北部灣水系，由于流域內交通、用地、用水等條件的便利，該流域干支流長期以來都是畜禽養(yǎng)殖業(yè)特別是生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重點地區(qū)，養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖戶數(shù)量多，生豬養(yǎng)殖規(guī)模大，畜禽養(yǎng)殖污染是該流域水污染的主要來源之一［7］；另外，流域內村鎮(zhèn)人口密集，農(nóng)業(yè)種植面積大，造成污染物大量排入九洲江干支流，導致九洲江流域水質較差，某一河段污染較為嚴重，有些河段水質劣于Ⅴ類，形成黑臭河段［8］。

2.1 監(jiān)測分析評價

根據(jù)當?shù)赜嘘P部門提供的2018 年第四季度至2019 年第一季度九洲江某河段斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)，3 次地表水采樣監(jiān)測結果中，水質標準1 次水質為Ⅳ類，2次為劣Ⅴ類，主要的超標因子為氨氮和總磷，見表1。

2.2 污染物來源分析

對流域內沿途所涉及的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行調研走訪以及經(jīng)濟社會結構分析，確定了流域內污染物來源主要有以下幾個方面：（1）畜禽養(yǎng)殖污染排放貢獻大；（2）農(nóng)村生活污水的直排污染；（3）面源污染控制進度緩慢；（4）流域容量小、負荷重；（5）內源底泥釋放污染嚴重。

3 污染治理技術選擇

3.1 工藝技術流程說明

該河段的水體水質治理是通過在河道旁選擇低洼地構建異位凈化處理工程，實現(xiàn)河道河水截流引流處理，河水經(jīng)多級及深度凈化達到地表水Ⅳ類標準以上后回補入河。水體異位高效生物強化技術集微生物強化處理工藝、高效復合絮凝沉淀、純天然材料的生物膜人工生物處理技術以及生態(tài)浮島等技術為一體［9］。采用“四步法”水質改善與生態(tài)修復技術，通過生化協(xié)同的方法，前期投送培養(yǎng)馴化的具有降解功能的高效菌［10］，加池底曝氣擴充微生物量、投加絮凝劑到攪拌沉淀排泥、投加外購的商業(yè)酶制劑提高微生物活性深度處理、生態(tài)浮島水生植物曝氣凈化后排水等治理環(huán)節(jié)，均可在本河道水體異位修復系統(tǒng)中實現(xiàn)［11］。

該河段水體異位高效生物強化技術設置提升泵房、細格柵、沉砂池、生物接觸氧化池、二沉池、污泥儲存池等，處理工藝流程見圖1。

圖2 “四步法”工藝機理

3.2 異位高效生物強化技術處理技術特點

（1）水力停留時間短。適合用地緊張的地區(qū)，水力停留時間一般為10～20 min。

（2）凈化效率高。高效削減水中黑臭污染物，如有機物、磷氮營養(yǎng)鹽、懸浮物、藻類的含量，在短時間內凈化水體，提升河流水質自凈能力，有效去除黑臭因子。

（3）處理水量大。單臺套設備處理水量最大可達800m3/h，共設計5套處理設備，最大處理量為4000 m3/h。

（4）污泥處置。設備連續(xù)排出的污泥含水率低，簡單濃縮后可直接進入污泥脫水機處理。由于排出的污泥黏性小，易于脫水，早期的可用于墊土等填充材料。

（5）處理費用較低。項目運行產(chǎn)生的費用主要為人工費、電費、絮凝劑及微生物酶制劑的損耗費用，綜合處理達到Ⅳ類地表水標準的處理費用為0.25 元/m3。

3.3 處理效果分析

水體異位高效生物強化技術處理工藝運行企業(yè)提供的7 個不同時間段處理工藝進水口、處理后總排口出水這2 個采樣點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。由表2可見，總體水質較差，均為劣Ⅴ類水質，主要的污染物來源為畜禽養(yǎng)殖廢水和農(nóng)村生活污水，結合該示范點的水質考核目標為Ⅳ類的要求，經(jīng)處理后可穩(wěn)定達到考核指標要求。

表2 處理工藝進、出水監(jiān)測數(shù)據(jù)

高錳酸鹽指數(shù)濃度變化曲線見圖3。7 個不同時間段進水口經(jīng)采樣分析高錳酸鹽指數(shù)濃度為4.6～6.3 mg/L，由圖3 可見，經(jīng)處理工藝處理后出水濃度下降到2.4 mg/L 以下，達到Ⅱ類以上地表水對高錳酸鹽指數(shù)的標準值要求。

圖3 高錳酸鹽指數(shù)濃度變化曲線

氨氮濃度變化曲線見圖4。7 個不同時間段進水口經(jīng)采樣分析氨氮濃度為2.111～2.981 mg/L，為劣Ⅴ類水質，由圖4 可見，經(jīng)處理工藝處理后出水濃度下降到1.302 mg/L 以下，達到Ⅳ類以上地表水對氨氮濃度的標準值要求。

圖4 氨氮濃度變化曲線

總磷濃度變化曲線見圖5。7 個不同時間段進水口經(jīng)采樣分析總磷濃度為0.381～0.514 mg/L，為劣Ⅴ類水質，由圖5 可見，經(jīng)處理工藝處理后出水濃度下降到0.145 mg/L 以下，達到Ⅲ類以上地表水對總磷濃度的標準值要求，水質處理效果較好。

圖5 總磷濃度變化曲線

不同時間不同污染物去除率見圖6。該示范點現(xiàn)場7 次上游來水采樣監(jiān)測值顯示，水質變化不大，在7 個不同時段的進水口檢測水質均為劣Ⅴ類，主要污染因子為氨氮、總磷，高錳酸鹽指數(shù)相對來說污染不嚴重。由圖6 可見，經(jīng)水體異位高效生物強化技術治理后，各指標均可達到考核目標Ⅳ類以上水質要求，其中，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的去除率均接近60%，總磷的去除率在70%以上。

圖6 不同時間不同污染物去除率

4 結論

綜上所述，對玉林市九洲江支流某河段進行采樣分析和水體評價，結果顯示，該條河段水質為劣Ⅴ類，屬于重度污染級別，河段受納污染物主要包括畜禽養(yǎng)殖廢水、農(nóng)村生活廢水、農(nóng)業(yè)面源污染來水，主要污染指標為氨氮和總磷，已經(jīng)超過其環(huán)境容量，其自凈能力低，上游部分河段出現(xiàn)黑臭水體現(xiàn)象。針對該河段污染的實際情況，2018 年當?shù)匾虻刂埔说亟ㄔO水體異位高效生物強化技術應用示范工程，較為有效地治理了河道污染，消除了黑臭水體，經(jīng)處理后出水穩(wěn)定達到Ⅳ類以上水質標準，達到水域功能區(qū)劃水質標準和水質考核目標要求［12］。該技術處理費用為0.25 元/m3，相較于其他流域水處理技術成本較低，在上游來水水質較為穩(wěn)定的情況下，處理效果連續(xù)穩(wěn)定，處理凈化效率較高，為我國的流域治理提供了一個較好的應用示范。