微生物強化凈化系統對小型淺水湖泊凈化效果研究

成 豪

(重慶市設計院有限公司，重慶 400015)

前 言

近年來我國城鎮化率不斷提高，截至2018年末已達到59.58%[1]，伴隨而來的是越來越多的天然水體被納入城市建成區，在開發建設過程中如未施以適當的保護措施，極易發生水質惡化，形成黑臭水體，給人民生活和自然生態帶來不利影響。水體的致黑現象與帶色類有機化合物經吸附絡合形成的懸浮顆粒有關，致臭現象則與水中有機污染物分解過程中耗氧速率超過復氧速率引發的水體缺氧存在聯系[2]。針對上述黑臭成因，本文采用碳素纖維生態草構建微生物強化凈化系統，并通過現場試驗分析其凈化效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生態浮島采用耐候性強的輕質高分子材料制作(單個浮島直徑2m)，浮島下方懸掛碳素纖維生態草作為微生物載體，其比表面積可達約2 000m2/g，單根尺寸65cm×40cm，設置密度為每m3水體6.4根。

1.2 試驗方法

試驗湖灣位于重慶市主城區，水域面積約2 300m2。試驗時間為7～11月,6月進行設施安裝及調試；系統運行趨于穩定后，于7～11月每月下旬進行定期水質采樣監測。水樣由有機玻璃采水器采集，采樣深度0.5m。

1.3 測定指標及方法

DO、pH、T：帶DO和pH探頭的哈希HQ40d便攜檢測儀；CODMn：酸性法；TN：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；NH3-N：納氏試劑分光光度法；TP：鉬銻抗分光光度法；浮游植物樣品處理及計數按照國家環保局《水生生物監測手冊》相關內容[3]執行。

2 結果與討論

2.1 DO質量濃度變化情況

DO質量濃度在監測期內總體呈先升后降趨勢(如圖1)，均值為(8.31±1.36)mg/L。8月出現最大值的原因與浮游植物種群密度增加有關，適宜的水溫和較低的水體流動性為浮游植物生長繁殖創造了良好條件，通過光合作用釋放的氧氣也更多[4]；8月以后隨著日照時間縮短、水溫降低、浮游植物種群密度減小，ρ(DO)也隨之逐月下降。

圖1 DO質量濃度變化情況Fig.1 Monthly variation of the mass concentration of DO

2.2 CODMn質量濃度變化情況

試驗期間CODMn質量濃度總體呈先降后升趨勢(如圖2所示)，均值為(6.20±1.38)mg/L，其中9～11月下降幅度較大，10～11月有小幅回升，總體去除率為39.5%，對比小試中71%的去除率[5]有所降低，其原因是多樣的：首先，試驗湖灣屬于景觀水體，湖底沉積的底泥和周邊的人類活動會產生一定的內源和外源污染；其次，本試驗碳素纖維生態草設置密度低于小試(小試設置密度為每m3水體20根)[5]；此外，試驗湖灣與湖泊其他水域之間仍存在一定的水體流動，并非小試中的完全封閉狀態；同時，湖畔植物的枯葉枯枝掉落或沖入水體以及風向等因素[6]都可能對去除率造成一定影響。

圖2 CODMn質量濃度變化情況Fig.2 Monthly variation of the mass concentration of CODMn

2.3 TN、NH3-N質量濃度變化情況

圖3 TN質量濃度變化情況Fig.3 Monthly variation of the mass concentration of TN

圖4 NH3-N質量濃度變化情況Fig.4 Monthly variation of the mass concentration of NH3-N

2.4 TP質量濃度變化情況

如圖5所示，試驗期間TP質量濃度均值為(0.08±0.02)mg/L，其中11月達到0.11 mg/L，對應地表水V類標準，其余月份均在地表水Ⅳ類標準范圍內。該變化趨勢可能與微囊藻具有較高的吸收和儲藏磷能力[10]有關：試驗期間僅在11月的水樣中檢出微囊藻，種群密度為5.1×104ind./L，在上層水體中磷缺乏時具有偽空胞的微囊藻可從較深的水層中獲取更多的磷[10]，從而提高上層水體的ρ(TP)。試驗期間TN/TP均值為(26.99±4.35)根據Guildford等提出的水中營養物限制性分類標準[11]，試驗湖灣主要受磷素限制。

圖5 TP質量濃度變化情況Fig.5 Monthly variation of the mass concentration of TP

2.5 浮游植物種群密度變化情況

試驗期間浮游植物種群密度先升后降(如圖6)，最大值出現在8月，各月均值為(1.17×108±1.78×108)ind./L。有研究表明浮游植物比增長率與水溫存在下表中的對應關系。

表 不同水溫下藻類比增長率[12]Tab. The specific growth rates of phytoplankton at different water temperatures

對比本試驗中水溫變化曲線(如圖6)，8月水溫為27.1℃，處于25℃～30℃區間，浮游植物比增長率的提高導致8月種群密度增大，其中藍藻占比達95.4%。

圖6 水溫及浮游植物種群密度變化情況Fig.6 Monthly variation of water temperature and the population density of phytoplankton

3 結 論

3.1 試驗條件下，CODMn和NH3-N的總體去除率分別為39.5%、54.6%，TN和TP無明顯去除效果，各項水質指標除TN外均在地表水V類標準范圍內。較之小試，凈化效果有所下降，其原因可能與試驗湖灣內碳素纖維生態草設置密度、湖體及周邊環境因素等有關。

3.2 試驗湖灣主要受磷素限制，針對其內外源含磷污染物采取有效控制措施對于黑臭防治尤為重要。

3.3 在注重控源截污的同時，微囊藻等生物因子對水體ρ(TP)也存在一定的影響，在治污實踐中亦不容忽視。