微生物活化技術(shù)治理遼河流域劣質(zhì)水體的應(yīng)用探究

陳重仲

（遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

1 引言

遼河流域水系發(fā)達(dá)，流域面積21.9 萬(wàn)km2，是中國(guó)七大河流之一［1］。遼河流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧四省（區(qū)）內(nèi)多個(gè)城市，甚至是一些城市的內(nèi)河，與流域內(nèi)人民生活生產(chǎn)用水休戚相關(guān)，在國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。遼河流域產(chǎn)業(yè)眾多，包括造紙、冶金、石化、化工、制藥、印染等行業(yè)，污染物排放量大，即使經(jīng)過(guò)多年治理，水環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善，但污染隱患仍然很大，劣質(zhì)水體斷面占比時(shí)高時(shí)低，尤其是冬季枯水期的水質(zhì)較差，污染加重，易形成劣質(zhì)水體，嚴(yán)重影響了流域內(nèi)城鎮(zhèn)居民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［2］。遼河的水污染治理不能單一地控源治污，還要從修復(fù)流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)入手，結(jié)合其他手段來(lái)實(shí)現(xiàn)遼河流域的全面治理，確保“十四五”規(guī)劃中“化學(xué)需氧量和氨氮排放總量分別下降8%，基本消除劣Ⅴ類(lèi)國(guó)控?cái)嗝妗蹦繕?biāo)的達(dá)成［3］。而水體生態(tài)系統(tǒng)的核心是微生物系統(tǒng)，是水體自凈的關(guān)鍵因素，借助微生物催化降解功能，能夠在治理劣質(zhì)水體過(guò)程中達(dá)到有效的生態(tài)修復(fù)效果。本文在由平水期到枯水期河水溫度明顯變化期間，通過(guò)對(duì)遼河流域某劣質(zhì)水體斷面使用微生物活化技術(shù)（Microbial Activation Technology）進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，觀察處理期間水中COD、氨氮的濃度變化情況，驗(yàn)證微生物活化技術(shù)在治理我國(guó)北方地區(qū)劣質(zhì)水體中的適用性，為治理遼河流域劣質(zhì)水體提供思路。

2 微生物活化技術(shù)概述

微生物活化技術(shù)是通過(guò)激活水體中微生物，使之在大量繁殖過(guò)程中快速消耗水體中污染物質(zhì)（C，N，P），產(chǎn)生的生物量會(huì)逐級(jí)激活生態(tài)食物鏈中的上級(jí)消費(fèi)者，逐步改善水生動(dòng)植物系統(tǒng)的生長(zhǎng)環(huán)境。水體中污染物質(zhì)快速有效地向水生生物轉(zhuǎn)移，促使水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)自凈能力，起到凈化水質(zhì)、修復(fù)生態(tài)作用，同時(shí)底泥逐漸降解，實(shí)現(xiàn)生物清淤［4］。

微生物活化技術(shù)在治理河流劣質(zhì)斷面和城市黑臭水體方面已得到廣泛應(yīng)用。在合肥四里河治理工程中，使用微生物活化技術(shù)對(duì)劣質(zhì)水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，修復(fù)后DO、氨氮等指標(biāo)均達(dá)到地表水Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，部分?jǐn)嗝孢_(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)指標(biāo)［5］。微生物活化技術(shù)在上海、海口、福州、沈陽(yáng)等地的城市黑臭水體治理方面效果明顯［6-8］。

3 微生物活化技術(shù)試驗(yàn)

遼河流域地處我國(guó)北方地區(qū)，四季分明，夏季氣候炎熱，冬季氣候嚴(yán)寒，河水溫度隨季節(jié)變換差異較大，而溫度是影響微生物生長(zhǎng)與存活最重要的因素之一。微生物通過(guò)代謝將水中污染物降解轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，而環(huán)境溫度的高低，也決定著微生物的凈化效率。遼河流域夏季水體溫度較高，水中微生物種類(lèi)、數(shù)量較多，且生長(zhǎng)繁殖較快，能較快地降解水中污染物，非常適合微生物活化技術(shù)的應(yīng)用。遼河流域水體溫度受季節(jié)影響不斷降低，致使微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝活動(dòng)大大減慢，對(duì)污染物質(zhì)的降解能力也大為削弱，對(duì)水體生態(tài)修復(fù)極為不利。但是在冬季低溫下，生物處理對(duì)水體中污染物仍具有一定的效果［9］。由此分析，當(dāng)水體溫度降低時(shí)，適應(yīng)低溫條件下生長(zhǎng)的微生物數(shù)量逐漸增加而成為優(yōu)勢(shì)菌群，但低溫微生物生長(zhǎng)速率相對(duì)較慢，世代時(shí)間較長(zhǎng)，總體數(shù)量較少，從而導(dǎo)致對(duì)污染物的處理能力較常溫下低［10］。微生物活化技術(shù)可以通過(guò)調(diào)整投加的活化劑成分或投加活化后的耐冷菌來(lái)增加低溫微生物的生物量，以實(shí)現(xiàn)低溫劣質(zhì)水體的治理。本文在平水期到枯水期河水溫度明顯變化期間，通過(guò)對(duì)遼河流域某劣質(zhì)水體斷面使用微生物活化技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，并觀察處理期間水中COD、氨氮的濃度變化情況。

選取某劣質(zhì)水體河段作為試驗(yàn)對(duì)象，此河段為遼河流域某河流支流河段，補(bǔ)水來(lái)源主要為運(yùn)河水（每年冬、春兩季有近5 個(gè)月時(shí)間斷水）、污水廠排水以及工業(yè)、生活的散排水，水質(zhì)較差，景觀生態(tài)功能喪失。2020 年7 月，在此河段某斷面設(shè)置一座微生物活化站，在活化站上下游200 m 處各設(shè)置1 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，7 d 監(jiān)測(cè)1 次，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為COD、氨氮。

經(jīng)過(guò)4 個(gè)月的試驗(yàn)，結(jié)果表明微生物活化站下游200 m 處監(jiān)測(cè)點(diǎn)COD 和氨氮的濃度，對(duì)比試驗(yàn)前分別下降了57%和62%。COD 濃度變化見(jiàn)圖1。

圖1 2020 年7 月監(jiān)測(cè)點(diǎn)的COD 濃度變化

氨氮濃度變化見(jiàn)圖2。

圖2 2020 年7 月監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨氮濃度變化

由圖1，2 可知，COD、氨氮的指標(biāo)是由高到低逐漸下降的，在夏季水溫高的時(shí)候活化站處理效果很好，而隨著水溫逐漸降低，處理能力也隨之降低，特別是進(jìn)入10 月份之后，微生物活化站的處理能力大大下降，經(jīng)過(guò)調(diào)整活化劑成分來(lái)增加低溫微生物的生物量后，提升了處理效果，即使進(jìn)入11 月份河水溫度下降至10 ℃以下，COD 和氨氮的濃度仍能持續(xù)下降。經(jīng)過(guò)此次試驗(yàn)證明，微生物活化技術(shù)在水環(huán)境溫度較高條件下處理污染物的效果較好，同時(shí)也能夠在較低溫度下進(jìn)行處理，對(duì)于我國(guó)北方地區(qū)劣質(zhì)水體的生態(tài)修復(fù)能夠起到積極的作用，可以作為治理遼河流域劣質(zhì)水體的有效手段進(jìn)行推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

微生物活化技術(shù)不但能通過(guò)促進(jìn)微生物大量繁殖來(lái)消耗水體中的污染物質(zhì)，以達(dá)到生態(tài)修復(fù)的目的，同時(shí)還能使底泥逐漸降解，實(shí)現(xiàn)生物清淤，并且由于其具有低成本、低耗能、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，可凈化水質(zhì)，也可低成本長(zhǎng)效維持水體水質(zhì)，具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。通過(guò)本次試驗(yàn)，驗(yàn)證了微生物活化技術(shù)治理我國(guó)北方地區(qū)劣質(zhì)水體的適用性，為治理遼河流域劣質(zhì)水體提供了思路。

目前，使用微生物處理水中污染物的研究日趨增多，針對(duì)不同污染物、不同環(huán)境，可以通過(guò)分離、富集、活化相應(yīng)的微生物來(lái)對(duì)水中污染物進(jìn)行處理，使水中污染物的去除率大大提高，對(duì)于生態(tài)環(huán)境的修復(fù)有著積極的意義。另外，由于微生物活化技術(shù)具有占地少、易于移動(dòng)、處理效率高、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，可以作為水污染事故應(yīng)急處置手段的一種補(bǔ)充。