生物修復技術治理河道底泥污染應用研究

袁存明

(成武縣水務局,山東 菏澤 274200)

隨著我國城鎮化快速建設，城市河道污染嚴重，水體甚至發黑發臭，對附近居民的生存環境和生活質量產生威脅[1- 3]。黨的十八大以來，生態文明建設進程加快，黑臭河道修復技術成為學者們的研究熱點。河道黑臭的直接原因是水體缺氧，根本原因是水體污染物含量過高[4- 5]。黑臭河道的污染來源有兩個：一是外源河道污水大量排入，使水體中的有機物、重金屬含量增加；二是內源河道底泥中匯聚了大量污染物，在物理、化學及生物等多種因素的影響下，底泥再懸浮并向上層水體釋放污染物質[6- 7]。因此，研究底泥修復技術對治理黑臭河道具有重要意義。

溫州在治理溫瑞塘河過程中開展了大量截污納管工程，從源頭上削減污染物的排放量[8]，有效改善了河道黑臭問題。清淤疏浚也廣泛應用于河道水體污染治理中，但這一方法并未實現污染的根源治理，只是將河道底泥污染物轉移而非降解[9]。河道曝氣技術通過人為充入空氣來改善水體缺氧狀態，治理黑臭河道成效顯著，在實踐中得以廣泛應用，但仍存在氮、磷去除不足等缺陷[10- 11]。生物修復技術采用生物制劑、水生植物等措施，加速有機物、氮、磷等污染物的降解，增強水體消解污染物的能力，具有成本低廉、環境友好、見效較快等優勢[12- 14]，成為學者們的研究熱點。

現有河道黑臭治理研究中，大都側重于研究水體的修復情況，河道底泥修復效果方面的研究較少。而河道底泥是河道水體的污染源之一，開展底泥修復效果研究對治理黑臭河道具有重要價值。因此，本文基于前人的研究成果，開展了生物制劑和生物制劑+水生植物兩組現場試驗，從河道底泥角度探討污染物的削減效果。研究成果將為黑臭河道治理提供一定的理論和技術支撐。

1 試驗方案設計

1.1 工程背景

本次研究的某黑臭河道位于山東省菏澤市，河流常年處于滯流狀態，在城鎮化發展進程中周邊工廠、居民激增，部分污水直接排入河道，導致河道水質惡化。快速、有效地治理該河道黑臭問題成為城市生態文明建設的重要任務。傳統河道修復措施存在著成本高昂、周期較長等缺點，因此在該黑臭河道治理中采用傳統技術與新興技術相結合的方式，一方面通過截污納管減少外源污染，另一方面探索采用生物修復技術治理內源污染。本次研究從利用生物修復技術治理內源污染出發，開展了生物制劑和生物制劑+水生植物兩組現場試驗，從底泥污染物角度分析研究所選生物制劑的治理成效。

1.2 試驗方案

通過現場調研，選擇了一段河道平直、人為擾動小的河段作為試驗區開展現場試驗，劃分了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3個試驗區(如圖1所示)：試驗區Ⅰ是對照組，不使用任何修復技術；試驗區Ⅱ、Ⅲ是實驗組，其中試驗區Ⅱ投放生物制劑，試驗區Ⅲ投加生物制劑并種植水生植物。

圖1 現場試驗分區示意圖

本次試驗選用的生物制劑包含好氧微生物和兼性微生物，是針對黑臭底泥成分而選配的組合，有助于降解河道底泥中的有機物、氮、磷等，進而改善水體氧化環境，增強河道自凈能力。投藥量為50g/m2，投加頻率為7d一次，投加周期為半年。投藥方式采用噴槍法，將生物制劑注入泥水分界面以下5cm左右；水生植物采用鳶尾、蘆竹、慈姑等。試驗周期為半年，試驗結束后取出上層底泥測定有機物、TN、TP、AP等污染物含量，以及底泥的溶解氧和氧化還原電位，對比分析生物制劑和生物制劑+水生植物兩種方案對河道底泥的修復效果。

2 試驗成果分析

2.1 有機質的去除成效

采用灼燒法測定各底泥的有機質含量，試驗成果如圖2所示。可以看出，試驗組有機質含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區的有機質含量為177.97g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區底泥有機質含量為66.33g/kg，削減了63%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區底泥有機質含量為54.89g/kg，削減了69%。由此可見，本次試驗選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的有機質，在投加生物制劑的基礎上，增加種植水生植物能夠促進有機質的去除。

圖2 底泥有機質含量圖

2.2 總氮的去除成效

采用凱式法測定底泥的總氮含量，試驗成果如圖3所示。可以看出，試驗組總氮含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區的總氮含量為14.45g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區底泥總氮含量為6.35g/kg，削減了56%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區底泥總氮含量為4.50g/kg，削減了69%。由此可見，本次試驗選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的總氮，在投加生物制劑的基礎上，增加種植水生植物能夠促進總氮的去除。

圖3 底泥總氮含量圖

2.3 總磷的去除成效

采用堿熔-鉬銻抗分光度測定底泥的總磷含量，試驗成果如圖4所示。可以看出，試驗組總磷含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區的總磷含量為5.64g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區底泥總磷含量為2.43g/kg，削減了57%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區底泥總磷含量為2.15g/kg，削減了62%。由此可見，本次試驗選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的總磷，在投加生物制劑的基礎上，增加種植水生植物能夠促進總磷的去除。

圖4 底泥總磷含量圖

2.4 有效磷的去除成效

采用碳酸氫納浸提-街銻抗分光光度測定底泥的有效磷含量，試驗成果如圖5所示。可以看出，試驗組有效磷含量顯著低于對照組，對照組Ⅰ區的有效磷含量為3.27g/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區底泥有效磷含量為1.82g/kg，削減了44%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區底泥有效磷含量為1.21g/kg，削減了63%。由此可見，本次試驗選用的生物制劑能夠大幅削減底泥中的有效磷，在投加生物制劑的基礎上，增加種植水生植物能夠促進有效磷的去除。

圖5 底泥有效磷磷含量圖

2.5 溶解氧和氧化還原電位分析

通過室內試驗測定各區底泥的溶解氧，試驗成果如圖6所示。可以看出，試驗組溶解氧含量明顯高于對照組，對照組Ⅰ區底泥中的溶解氧為0.26mg/kg；僅投加生物制劑的Ⅱ區底泥中的溶解氧為0.49mg/kg，增加了85%；生物制劑+水生植物的Ⅲ區底泥中的溶解氧為0.45mg/kg，增加了72%。由此可見，本次試驗選用的生物制劑能夠顯著提高底泥中的溶解氧，在投加生物制劑的基礎上增加種植水生植物會使底泥溶解氧含量略有降低。

圖6 底泥溶解氧含量圖

2.6 氧化還原電位分析

通過室內試驗測定各區底泥的氧化還原電位，試驗成果如圖7所示。可以看出，對照組Ⅰ區底泥的氧化還原電位為-175.40mv，由此可知本次研究的河道底泥易發生厭氧還原反應；僅投加生物制劑的Ⅱ區底泥的氧化還原電位為54.57mv；生物制劑+水生植物的Ⅲ區底泥的氧化還原電位為29.51mv。由此可見，本次試驗采用的兩個底泥修復方案均能使底泥由厭氧還原態恢復為氧化態，有效改善底泥環境。

圖7 底泥氧化還原電位圖

3 結論

為解決河道黑臭污染問題，開展了生物制劑和生物制劑+水生植物兩組現場試驗。研究結論如下：

(1)生物制劑方案中有機質、TN、TP、AP的去除率分別為63%、56%、57%、44%，生物制劑+水生植物方案分別為69%、69%、62%、63%，說明兩個方案的污染物去除效果良好，并且在生物制劑的基礎上增加水生植物能夠促進污染物的去除；

(2)生物制劑方案與生物制劑+水生植物方案下底泥的溶解氧分別增加了85%、72%，底泥均由厭氧還原態恢復為氧化態；

(3)本次研究的不足之處在于生物制劑與投藥量固定，可進一步開展實驗確定生物制劑的最佳配比。