復合生物技術在黑臭水體治理中的應用

齊世鵬

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

1 引言

在維持城市生態環境功能的一系列元素中，水是非常重要的自然資源和生態基礎要素，具有不可替代的作用。伴隨著社會經濟的快速發展及城鎮化的快速推進，生產生活污廢水的排放不斷增加，部分天然水體成為生活污水等污廢水的主要收納水體。大量且集中排放的污染物大大超過了水體的自凈能力，造成缺氧和富營養化，形成黑臭水體。

物理法、化學法和生物法是3 種常用的黑臭水體的治理方法。物理法一般需要建筑大型的處理構筑物，運營、維護費用較高；化學法絮凝效果較明顯，但容易造成水體二次污染。由于底泥二次釋放的問題尚無有效的解決辦法，所以物理法和化學法并不能從根本上解決水體黑臭問題。隨著生物科學技術的發展，生物修復應運而生，低投資、高效益、運行操作方便靈活且不易造成二次污染的特點使得生物修復方法被廣泛運用于水體治理中。

2 生物修復的概念及原理

2.1 概念

美國地理勘探學者認為生物修復是實現潔凈環境的自然之路，國內學者認為生物修復是利用特定微生物在一定條件下進行消除或富集環境污染物，對被污染環境進行修復的生物過程[1,2]。學者王慶仁[3]研究認為，該定義應該包含2 個層面的含義：（1）利用具有特殊生理生化功能的植物或特異微生物在原位對污染水體進行修復；（2）應用生物處理或生物循環過程，通過精心設計與合理應用阻斷或減少污染源向環境的直接排放。

生物修復技術分為很多種，根據溶解氧的可利用程度的不同，可分為好氧生物修復、厭氧生物修復以及好氧-厭氧組合生物修復；根據人為參與程度的不同又可分為自然生態修復技術和工程生態修復技術。但是在實際的水體污染治理工作中，單獨利用某一種生物修復技術的治理方法很少使用，往往都是采用多種修復技術的組合，即復合生物修復技術。

2.2 生物修復的機理

2.3 影響生物修復的因素

2.3.1 污染物的可利用性

影響微生物降解性能的因素有很多方面，其中水體中污染物的種類、濃度以及存在形式是3 個很重要的因素。對微生物來說，不同的污染物可利用性差異較大。例如，微生物可分解利用自然界中的絕大部分有機污染物，而大部分人工合成的大分子有機污染物不能被微生物利用降解。在污染水體中，重金屬的存在形式多樣，因為對于重金屬的轉化和固定效果，與其存在的不同化學形態具有極大的關系。

2.3.2 環境因素

水體中營養物質濃度對于微生物的降解性能有很重要的影響。在水污染治理中，N、P 是限制微生物活性的重要因素。在實際應用中，可通過適當添加營養鹽類成分，增加污染水體中的微生物所需養分，促使微生物快增長，提高降解效率。

影響污染物降解效率的另一個重要的環境因素是最終電子受體的種類和濃度。該類電子受體大致可分3 類，即溶解氧、有機物分解的中間產物和無機酸根[4]。

3 工程實例

3.1 工程概況

項目案例位于雄安新區安新縣境內，包含趙北口、安新、大王3 鎮的28 個重點納污坑塘，主要為生活納污坑塘。項目旨在通過復合生物技術使目標水體達到地表水Ⅴ類水體（控制指標為COD、NH3-N 和TP），從而改善項目區水環境質量情況，切實維護周邊居民的環境權益。本文選取樣板坑（19 號坑塘）作為典型案例。

19 號坑塘位于大王鎮張六村東南，占地約3 310m2，污染物源主要是居民傾倒的生活垃圾及生活污水。現狀水體呈灰黃色，無透明度，治理前情況如圖1 所示，水質指標如表1 所示。

圖1 治理前水體情況

表1 水質監測點水質指標

3.2 工藝原理

19 號坑塘為生活納污坑塘，污水成分比較固定，水體封閉，與外界水力聯系較弱，COD、氨氮、總磷含量高。

治理工藝采用復合生物菌劑、凈增氧膜、微曝氣等改善底質淤泥，栽植水生植物，放養底棲水生動物，全方位提升水體自凈能力。

治理工藝分為3 個階段：

1）水質改善階段：采用復合生物菌劑與凈增氧膜結合的方法構建生物菌群，催化水體中的污染物質使其無害化，可使水體的色度與濁度有效降低，水體中溶解氧含量顯著提高。

2）底泥改善階段：改善底質淤泥，消耗底部淤泥沉積的富養，阻止淤泥內富養二次釋放，并且在底部建立強大微生物環境，有效地改善水質。

3）維護階段：配備增氧設備，為整個水體持續增氧，栽植水生植物持續凈化；投入田螺、魚類等水生動物，重構水體生態系統。

復合生物菌劑呈納米級粉末狀，不溶于水。菌劑投放后一部分菌體進入水體，大部分沉入水底與底泥結合，分解其中的富養物質，改善底泥體質。凈增氧膜可有效殺滅水體中的致病菌，分解水體中的膠狀物、氧化催化可溶性污染物（氨氮、磷）、降低濁度、釋放大量溶解氧。復合生物菌劑和凈增氧膜配合使用，可極大限度地改善污染水體的黑臭現象，使藻類的繁殖得到有效抑制，從而達到生態治理的目的。

3.3 治理效果分析

根據2018 年8 月16 日～9 月30 日共計45d 水質監測點的水質監測數據，對坑塘治理效果進行分析。

3.3.1 COD 濃度變化與分析

由圖2 可知，隨著復合生物菌劑的投入及繁殖，微生物數量增加，污染物被大量分解，COD 濃度迅速下降并穩定在較低的濃度，去除率超過82.0%，水質改善情況較好。

圖2 COD 濃度變化

3.3.2 TP 濃度變化與分析

由圖3 分析可知，伴隨著水體中微生物的不斷繁殖，有機磷被分解為無機磷及不溶性磷酸鹽類，進而通過硫化菌等的分解作用轉化為可溶性磷酸鹽，進一步與鎂離子等發生沉淀反應，從而使TP 含量降低，去除效率超過96.0%，使水體水質得到顯著改善。

圖3 TP 濃度變化

3.3.3 NH3-N 濃度變化與分析

由圖4 分析可知，隨著時間的推移，微生物逐漸適應了水體環境，通過硝化與反硝化作用，將NH3-N 轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽類，污染水體中NH3-N 濃度快速降低并維持在較低的濃度，去除率超過85.0%，效果顯著。

圖4 NH3-N 濃度變化

3.3.4 治理效果綜合分析

治理之前坑塘水體幾乎無透明度，治理后水體透明度明顯增加，超過65cm。治理前坑塘水體有明顯臭味，投菌30d 后臭味明顯減弱，水質清澈無黑臭。主要監測指標COD、TP 以及NH3-N 去除率分別超過82.0%、96.0%、85.0%，治理效果顯著。坑塘治理后效果如圖5 所示。

圖5 治理后水體情況

4 結論

水體指標COD、TP 及NH3-N 在投放復合菌劑后約第30d 均出現較大幅度的降低，去除率均超過80%，說明本方案中復合生物菌劑對污染物有顯著的分解作用。采用本方案治理污染較為嚴重的黑臭水體，可初步消除水體黑臭、改善水體水質，能在較短的時間內獲得較好的治理效果，成本較低、不產生二次污染，該技術可嘗試推廣應用在城鎮黑臭水體的修復工程中。另外，由于案例坑塘為生活納污坑塘，其污染物主要為生活污水，污染物成分簡單，本文所述復合生物技術是否適用于污染物成分更為復雜的黑臭水體的治理有待進一步研究。