城市黑臭河道生態(tài)修復(fù)集成技術(shù)研究

劉愛(ài)寶 朱輝 曹惠忠 趙忠貝 王迎蒙

摘? 要：該研究以南京市某黑臭河道為例，通過(guò)對(duì)其污染現(xiàn)狀的綜合分析，采用微納米曝氣—固定化微生物—浮島濾床一體化生態(tài)修復(fù)集成系統(tǒng)分別從水體增氧、微生物負(fù)載增殖、植物吸收降解、填料吸附等途徑對(duì)黑臭水體進(jìn)行全面水質(zhì)凈化，使處理后河道水體消除間歇性黑臭，水體DO提高2～3mg/L，部分水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于地表V類水標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：黑臭河道? 生態(tài)修復(fù)? 集成技術(shù)

Abstract： The study choose a black-odor River in Nanjing as an example to analysis its pollution status synthetically. Then， the integrated ecological restoration system include micro-nano aeration technology， immobilized microorganisms and Biological Floating Island were used to treated the black-odor River. The black-odor water were purified by following ways： to Increase oxygen enrichment， to improve microbial load and to adsorption of plant and bio-fillers. After the treatment， The dissolved oxygen （DO） are improved 2～3mg/L and some Water Quality Indicators have reached or surpassed surface water standard class V in the black-odor River.

改革開發(fā)以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，環(huán)保意識(shí)和環(huán)境污染治理技術(shù)等相對(duì)落后，重點(diǎn)污染重工企業(yè)有機(jī)廢水的無(wú)底線無(wú)處置的直接排放，和市政污水管網(wǎng)建設(shè)的滯后性，導(dǎo)致城市河道生態(tài)系統(tǒng)壓力增大，致使水質(zhì)劣化，水體中COD、N、P等污染物濃度嚴(yán)重超標(biāo)，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而導(dǎo)致水體黑臭。此外，由于部分河道的水循環(huán)能力差、水體流動(dòng)性弱，導(dǎo)致水生動(dòng)植物生存環(huán)境無(wú)法改善，直接影響河道的水體自凈能力，進(jìn)而出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象[1-3]。

河道不僅具有泄洪、行洪、蓄水及城市建設(shè)景觀性要求的功能，還有城市重要的地下水源補(bǔ)給功能，是水生態(tài)環(huán)境的重要載體。城市河道生態(tài)環(huán)境對(duì)人們生產(chǎn)、生活起著至關(guān)重要的作用，黑臭河道治理已成為我國(guó)亟待解決的水環(huán)境污染問(wèn)題。

該項(xiàng)目以南京市某黑臭河道為例，采用微納米曝氣[4-6]、固定化微生物、浮島濾床一體化集成技術(shù)進(jìn)行治理，貼合城市黑臭河道實(shí)際水質(zhì)特征，具有很高的先進(jìn)性和適用性。

1? 黑臭河道治理前現(xiàn)狀分析

該河道位于南京市，全長(zhǎng)約450m，寬約10m，河道水環(huán)境治理前狀況為：沿程有多處排口，入河污染負(fù)荷極高;水體呈現(xiàn)灰白色，水體渾濁不堪，透明度為0.1m，有明顯臭味;項(xiàng)目段兩段被攔截，水動(dòng)力缺失;淤泥厚度約0.6m，全段存在底泥上翻現(xiàn)象，底泥內(nèi)源污染嚴(yán)重。

經(jīng)河道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，對(duì)該河道上、中、下游進(jìn)行水質(zhì)采樣分析，得出該河道全段氨氮（19.94～24.3mg/L）、總磷（5.13～6.21mg/L）、COD（88.83～113.63mg/L）均呈劣V類，溶解氧幾乎為零，檢測(cè)不出，河道完全喪失自凈能力，由于上游排口大量污染負(fù)荷的排入，上游污染物濃度全部高于中下游。中游斷面較上游斷面相比，COD下降29.8%，氨氮下降16.9%、總磷下降17.3%，說(shuō)明上游污染物通過(guò)稀釋作用濃度有所降低。下游斷面較上游斷面相比，COD上升11.3%、總磷上升0.05%，說(shuō)明中下游之間有新增污染源排入。根據(jù)城市黑臭水體整治指南，可將該河道判定為重度黑臭河道。

2? 生態(tài)修復(fù)集成技術(shù)內(nèi)容

2.1 微納米曝氣

微納米曝氣裝置可產(chǎn)生微納米級(jí)的細(xì)小氣泡，能快速地溶解于水體中，使納米微氣泡具有更強(qiáng)的凈化能力。該曝氣裝置在有效凈化水質(zhì)的同時(shí)，還可減少一定能耗，具有很強(qiáng)的適用性，是一種有效改善河道水環(huán)境的曝氣方式。

該項(xiàng)目在黑臭河道河布設(shè)微納米氣泡曝氣設(shè)備4套，單套設(shè)備設(shè)計(jì)充氧能力約2.0～5.0kg/h，氧利用率30%～60%，通過(guò)微納米氣泡設(shè)備對(duì)水體進(jìn)行強(qiáng)化復(fù)氧，提升水體溶解氧，依靠微納米氣泡獨(dú)特的理化作用降解水中污染物，消除水體黑臭，實(shí)現(xiàn)高效復(fù)氧與微生物活化，促進(jìn)浮島濾床植物和漂浮植物的根系發(fā)育以及河道內(nèi)的生物降解作用。

2.2 固定化微生物

采用的新型填料固定化微生物技術(shù)對(duì)復(fù)雜水質(zhì)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，載體上固定了大量活性強(qiáng)的微生物，固定好的微生物消耗或吸收污水中的污染物而繁殖生長(zhǎng)，是具有強(qiáng)大功能的分解者，提高了水體凈化功能。由于城市河道具有平穩(wěn)的水力學(xué)性質(zhì)和相對(duì)穩(wěn)定的污染物濃度，極大減少了固定化微生物技術(shù)修復(fù)工程的技術(shù)難度。

固定化微生物[7-8]的使用是為了富集土著微生物形成生物膜，增強(qiáng)土著微生物系統(tǒng)對(duì)污染物的降解凈化能力。固定化微生物作為土著微生物富集掛膜載體;比表面積大，有利于生物膜的形成，能夠長(zhǎng)期攔截凈化污染，吸附水體懸浮物，提高水體透明度。

該項(xiàng)目采用的新型填料固定化微生物技術(shù)，布設(shè)在水面以下，設(shè)計(jì)布設(shè)面積約900m2。固定化微生物布設(shè)在河道中央，沿河道水流方向間隔布設(shè)，水草固定在混凝土預(yù)制底座，仿生人工水草長(zhǎng)度500～600mm，大于2束/m2。固定化微生物材質(zhì)選用微生物掛膜能力強(qiáng)，比表面積大的親水性材料。

2.3 浮島濾床

現(xiàn)有的生態(tài)浮島功能單一，只有種植在生態(tài)浮島上的植物及植物根系附著的微生物能吸收和轉(zhuǎn)化污染物，生態(tài)浮島的其他裝置對(duì)污染水體沒(méi)有治理功能;而且植物根系吸附和生物吸收除去氮、磷所需要的時(shí)間往往都是十幾個(gè)小時(shí)或者幾十天，且貢獻(xiàn)較小，限制了其在黑臭河道治理中的應(yīng)用[9，10]。

該項(xiàng)目采用吸附陶粒作為組合浮床中的改進(jìn)基質(zhì)，強(qiáng)化生態(tài)浮島對(duì)水體中污染元素的吸附性能，增加微生物量，明顯提高污染物處理效果。在該河道兩岸駁岸上建設(shè)浮島濾床挺水植物帶，設(shè)計(jì)布設(shè)面積約600m2。

浮島濾床通過(guò)濾床填料吸附過(guò)濾水中污染物，植物根部、根際微生物吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，實(shí)現(xiàn)污染物的分解、礦化，同時(shí)浮島濾床可有效抑制藻類的生長(zhǎng)，使水體透明度大幅度提高，提升景觀效果。通過(guò)系統(tǒng)中的高效聚N、P多孔介質(zhì)以及土著微生物和水生植物的作用，將水體中的CODcr、N、P等污染物去除，達(dá)到凈化水體的目的。

微納米曝氣—固定化微生物—浮島濾床一體化生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)分別從水體增氧、微生物負(fù)載增殖、植物吸收降解、填料吸附等途徑對(duì)黑臭水體進(jìn)行全面水質(zhì)凈化，逐漸消除水體黑臭情況，通過(guò)該技術(shù)的成功實(shí)施，得到該項(xiàng)目處理前后的現(xiàn)狀圖如圖1所示。

3? 結(jié)論

（1）消除河道間歇性黑臭，水體透明度等感官指標(biāo)提升，水體DO提高2～3mg/L，部分水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）V類水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）微納米曝氣裝置空氣利用率可達(dá)30%以上，微氣泡在水體中可停留2h以上，且比傳統(tǒng)曝氣技術(shù)能耗降低30%左右，設(shè)備滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3096-2008》的兩類聲環(huán)境功能區(qū)要求。

（3）固定后微生物在河道中能較長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地占據(jù)優(yōu)勢(shì)，局部水域形成微生物數(shù)量上的優(yōu)勢(shì);啟動(dòng)時(shí)間短;菌種流失量小;微生物抗沖擊能力強(qiáng)。

（4）采用吸附陶粒作為組合浮床中的改進(jìn)基質(zhì)，強(qiáng)化生態(tài)浮島對(duì)水體中污染元素的吸附性能，從而豐富了生態(tài)浮島的凈化原理，達(dá)到改進(jìn)和提升生態(tài)浮島凈化效果的目的。

（5）采用生態(tài)處理技術(shù)，既有河道整治功能又具有景觀生態(tài)效應(yīng)。

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