黑臭水體原位治理生物修復技術研究及應用

夏晶穎 解 靜

鎮江市生態環境保護調度中心 江蘇 鎮江 212000

1 前言

近年來,隨著我國城鎮化和工業化進程的快速發展,一方面城市污水排放量及污染物均有顯著增加,另一方面城市市政基礎配套建設相對落后,使得一些城市河流被人們視為工業、農業及生活廢水的主要排污通道和場所,導致城市水體大面積污染,輕者引起水體富營養化、重者導致水體發黑發臭,影響群眾生存環境及身體健康[1]。在這嚴峻的環境形勢下,為了體現了國家治理黑臭水體的決心,我國出臺了一系列政策和指導性文件推進黑臭水體整治。2015年國務院頒布的《水污染防治行動計劃》提出[2]：地級及以上城市建成區黑臭水體控制在10%以內,到2030年,全國七大重點流域水質優良比例總體達到75%以上,城市建成區黑臭水體總體得到消除。

鑒于黑臭水體具有成因復雜、水質變化的成因和規律的難以掌握、易反彈及規劃與管理不周全等水質特點,近些年來,對黑臭水體治理與修復的方法進行了大量的研究和嘗試。根據目前的治理實踐經驗,同時參考住建部和環保部出臺的相關技術指南和政策,黑臭水體修復方法主要包括物理法、化學法與生態修復法[3]。其中,原位治理生物修復技術具有投資低、治理效果好、運行方便、易于控制、無二次污染等優點,近幾年在國內外引起了廣泛關注。

2 黑臭水體原位治理生物修復技術進展

目前,國內外己在使用的或己試驗的污染黑臭水體的原位治理技術主要有河道曝氣增氧技術、微生物修復技術和生物膜技術等。

2.1 河道曝氣增氧技術 河道曝氣增氧技術是綜合了曝氣氧化塘和氧化溝的原理,結合推流和完全混合這兩種流態的特點,不僅克服短流現象而且提高了緩沖能力,與氧傳遞、液體混合及污泥絮凝為一體的高效河流水質凈化方法[4]。該技術是根據河流受到污染后缺氧的特點,利用自然跌水(瀑布、噴泉、假山等)或人工曝氣對水體復氧,促進上下層水體的混合,使水體保持好氧狀態,以提高水中的溶解氧含量,加速水體復氧過程,抑制底泥N、P的釋放,恢復和增強水體中好氧微生物的活力,使水體中的污染物質得以凈化,從而改善河流的水質[5]。

河道曝氣增氧技術具有占地小、投資少、見效快、運行方便及無二次污染等特點,在國內外具有廣泛使用。1987和1988年,美國密西西比河Minnesoda碼頭附近的河道安裝了曝氣設備,對臭味的產生和藻類的過量繁殖進行了有效控制[6]。1986年亞運會和1988年夏季奧運會,在釜山港灣快艇區域安裝了9臺100hp的曝氣裝置,該區域的DO、COD、透明度、臭味等有較好的改善,達到比賽需要的水質標準[7]。過樹清等[8]以嘉興市月河治理為例研究了河道曝氣技術,結果表明治理后的河道水質明顯進行了改善,尤其對氨氮的處理效果突出。據此,提出了生態修復治理嘉興市區受污染河道的治理理念。諶偉等[9]比較了三種曝氣方式(低強度連續曝、間歇曝氣和高強度連續曝氣)對水體的修復效果,分析了低強度曝氣技術的可行性。結果表明,對于流量較小的緩速滯流河道,長期采用低強度曝氣可達到降低污染負荷、消除水體黑臭的效果：以氨氮去除率達98%為控制指標,低強度曝氣耗僅為高強度連續曝氣的6.25%和間歇曝氣的17.24%,大大降低了曝氣經濟成本。

河道曝氣增氧技術能在短時間內對黑臭水體的治理有明顯的效果,是黑臭水體治理工程的首先。但該技術也存在一定的缺陷,如水體溫度過低效果不佳、微生物濃度或活性較低時處理效果不明顯等。因此,為了充分體現河道曝氣增氧技術的優越性,需要與其他相關技術配合使用。

2.2 微生物修復技術 微生物修復技術是利用微生物對黑臭水體中的污染物進行降解,使被污染的水體恢復到原有的自凈能力狀態。其中,通過向黑臭水體中引入外來微生物、基因工程菌或者激活土著微生物,可以獲得對污染物具有高降解性能的新的微生物群落,以實現黑臭水體的原位修復。

趙志萍等[10]進行了EM菌和復合菌投加到黑臭河水中降解試驗,結果表明經處理后黑臭水體水質有明顯提升。王瑋等[11]通過利用向污染河流中投加有效微生物菌群EM的方法,達到有效降解河水中COD、N、磷；消除黑臭,恢復生態,恢復河水中溶解氧DO,提高透明度；大大減少淤積底泥。盛彥清等[12]用人工復氧技術并投加生物制劑及底質改良劑等,對嚴重富營養化的湖泊水和黑臭河涌水進行了生物修復試驗.模擬試驗結果表明,在適度的人工復氧前提下,投加生物制劑及底質改良劑等,能夠使兩種水體的化學需氧量 (CODCr)、總氮 (TN)和總磷 (TP)等污染物的含量均降低80%以上。

與其他治理方法相比,微生物修復技術具有操作簡單、修復時間短、不產生二次污染等優點。但同時,該技術也面臨著微生物生存的條件比較苛刻、篩選適合菌種比較困難、降解程度有限等難點,尚未得到廣泛應用。

2.3 生物膜技術 生物膜技術是指利用天然材料(如卵石)、合成材料(如纖維)為載體,為微生物提供較大的附著表面,提高微生物與污染物的接觸面積,加強對污染物的降解作用。生物膜技術凈化河道的實質是對天然河流中所發生的生物過程的一種強化,把天然過程變為了天然和人工過程的結合體。它根據天然河床上附著的生物膜的凈化作用及過濾作用,人工填充濾料或載體(如卵石、纖維等),供細菌絮凝生長,形成生物膜,進而達到凈化污染水體的效果。

張美蘭等[13]將生物膜技術移植到有機污染河道治理中,采用三種生物填料,與目前最常用的空曝氣技術對比凈化有機污染河道的效果。結果表明生物膜技術對污染水體及底泥中污染物均具有一定有效的降解效果。張凌玲等[14]以昆山市凌家浜河道作為原位生態修復的試驗對象,綜合運用水生植物修復技術、生物膜技術等進行試驗研究。研究表明：在有部分外源污染的情況下,采用該技術修復河道,水質改善顯著,水體透明度、COD、TP、TN、NHN、葉綠素a等主要水質指標達到或優于地表水質標準。

3 句容市玉清河治理工程實施實例

由于玉清河上游為斷頭河,進入河道內的水為雨水和少量生活污水,目前水體的表現為黑臭、透明度低、明顯的富營養化現象,當夏季氣溫升高時水體惡化表現尤為顯著。該工程選用“河道曝氣增氧+投放EM菌劑+底泥生物氧化+生物巢”組合工藝進行治理。

3.1 其具體步驟和措施是：

3.1.1 河道曝氣增氧：提高水體中的溶解氧含量,加快水層之間的交換及內循環,從而提高水體好氧微生物的活性,使水層及底泥中有機物氧化硫化物及亞鐵鹽等致黑臭物質得到降解,為水體生態得到平衡做準備。

3.1.2 投加EM菌劑：在曝氣增氧的前提下,向水體中投加EM菌,微生物在水中迅速繁殖并形成穩定的優勢菌群,能快速、穩定降解水體中有機物,使水體污染物受納總量得以控制和削減。

3.1.3 底泥生物修復：治理期間定期投放底泥生物修復劑,底泥和底部水層的厭氧得以改變,底部微生物的生存環境由厭氧轉變為好氧,底泥有機物快速降解、底泥得以礦化,控制底泥的上浮及其所含污染物的釋放。

3.1.4 設置生物巢系統：在治理范圍內設置兩套生物巢系統,其具有大的比表面積,是水體中微生物大量繁殖,增加生物多樣性,促進水體生態系統的恢復和平衡。

3.2 治理結果水質改善 在玉清河上選取上游、中游、下游分別選取監測點位,通過對化學需氧量、氨氮、總磷、總氮4個指標進行對比治理前后的水質變化：

序號 斷面名稱監測項目玉清河頭(垃圾中轉站旁橋) 跌水壩 葛仙橋 葛仙湖出口治理前 治理后治理前治理后治理前治理后治理前治理后1 化學需氧量(mg/L)466 25 56 29 60 41 76 50 2 氨氮(mg/L)71.53.695.303.809.063.606.244.12 3 總磷(mg/L)7.242.542.300.140.610.480.450.32 4 總氮(mg/L)96.17.87.647.95.3415.109.139.50

治理工程完成后,水體透明度改善、水體顏色變淡,水體溶解氧增加、臭味消除,水體自凈能力有所提升。環境監測站每日兩次對高錳酸鹽指數、氨氮、總磷等指標進行監測,監測結果表明治理效果非常良好,達到該地區城市河道水體水質標準。

4 結論

黑臭水體原位治理生物修復技術是一種環境友好替代技術,通過“就地”削減水體及底泥中污染物,首先解決水體顯著的黑臭問題,然后在較短時間內恢復水體具有自凈能力的自然生態系統,使生物治理與生物修復一并完成,從根本上上治愈黑臭水體的頑疾。

利用“河道曝氣增氧+投放EM菌劑+底泥生物氧化+生物巢”原位生物組合工藝對句容市玉清河進行治理,結果表明治理效果非常良好,能夠達到該地區城市河道水體水質標準。這是該項復雜系統工程內部相互配合、協同發揮作用的結果。但該技術也存在一定不足,需要進一步實踐來應盡可能解決其中涉及的技術難題。