生物促生劑修復內陸湖泊水體的曝氣協同作用及設備研究

張強，楊波，劉磊

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100011）

1 烏梁素海內源污染情況

（1）內源污染導致水質污染。烏梁素海接納本地洪水總量大概在5200萬m3/a，受到烏拉山水土流失現象的影響，雨水通常夾著很多砂子、卵石等沖積物流進烏梁素海，使得湖泊淤積現象更加嚴重。此外，水生植物腐爛后沉至湖底面，成為腐敗物，造成湖體萎縮，形成內源性污染源。烏梁素海的內源污染依舊嚴重，并出現一些新的發展態勢，其治理迫在眉睫。現階段，烏梁素海中北部海區及非灌溉季節水質污染嚴重，礦化度不斷提高。烏梁素海的水質整體上被劃分為V類。

（2）水生植物泛濫，物種單一化進一步加劇了烏梁素海的沼澤化，一定程度加劇了內源污染問題。湖中的植物種類顯著下降，蒲草、蘆葦快速生長和蔓延，面積越來越大，沉水植物的種類比較單一，生態平衡已遭到破壞。水質下降，導致魚類、鳥類資源不斷減少，水生植物生長快速，湖水沼澤化現象日益嚴重。

2018年開始，內蒙古自治區統籌烏梁素海流域山水林田湖草沙綜合治理，邀請國內著名專業人士參加全流域綜合治理計劃的編制，以實施生態保護修復國家試點工程為契機，大力推進點源、面源、內源污染源頭治理以及綜合治理、系統治理，通過實施生態補水、網格水道、湖區底泥處置試驗示范等工程，改善湖區水質，落實內源治理工作。根據《烏梁素海流域山水林田湖草生態保護修復試點工程實施方案》，在烏梁素海中開展了生物促生劑修復內陸湖泊水體的試點項目研究。

2 生物促生劑在曝氣條件下的協同降解機理

根據《烏梁素海微生物底泥原位修復中試方案階段報告》，通過向湖水中投加1.2%～1.5%的復合生物促生制劑，僅通過放置表層曝氣機進行曝氣，在114天后取得了顯著的效果，水質從劣V類提升到IV類水指標。這主要因為很多水體環境中，一些土著微生物會進行自然水體的凈化，但這個凈化的過程在自然條件下非常緩慢，原因有2個：一是缺少溶解氧或其他電子受體、營養鹽，二是有效微生物的生長速度通常很慢。曝氣充氧對生物促生劑產生刺激作用，能加快土著微生物與污染物進行生物反應，激發土著微生物的活性，讓微生物可以更快地生長、繁殖，而且不會對浮游生物及環境產生不良影響，加快受污染水體轉變為良性生態系統，恢復水體中的DO，降低COD、BOD5、N3H-N等污染指標，并解決水體黑臭異味問題。

3 工程應用

3．1 項目區概況

示范區位于烏梁素海內陸湖泊的東南角，面積3.57km2，緊臨一點碼頭，交通、用電方便；該示范區位于九排干入湖口附近，有大量的污染物入湖，水質較差，水動力較差，污染物難以擴散。示范區內水體富營養化嚴重，沉水植被瘋長，物種單一，有大量的水草，水質為劣V類。

3．2 項目的主要工藝流程

試驗區工藝流程根據中試試驗結果確定，具體流程見圖1。釆用菌床一體化裝置對土著微生物進行選擇和培養。烏梁素海壩頭復合酵素微生物培養一體化組合設備如圖2所示。

封閉湖面泥水混合物進入復合生物促生劑及土著菌菌床培養一體化裝置進水口，經過預處理池→多級發酵池→多級發酵合成池→多級發酵增殖池→沉淀池→2級觸媒池→清水池后，最后即培養好的土著微生物經過多級發酵，經過曝氣、攪拌、發酵后，實現啟動區內水體中有益微生物的激活流程，抑制了有害微生物，凈化了啟動區內的水質，削減底泥中的有害物質。啟動期過后為推流擴散期。打開啟動區圍隔，連通啟動區與推流區，通過強造流曝氣機及推流式太陽能曝氣機將啟動區內培養好的菌液沿導流墻推向推流區，通過推流擴散，向示范區全水域湖水中投加包含濃度為1.2%～1.5%復合生物促生劑的、馴化完畢的土著微生物菌液。整個水域的生態修復進入自然降解期。利用自然凈化、定時曝氣及生態系統重建等措施達到水體自凈的目的。

循環階段每20天為一個循環，其中，啟動培養階段為15天，推流期為5天，循環次數為3～5次。每次培養階段結束后，取樣檢測上覆水、底泥的總氮、總磷含量，底泥的有機質含量及靜態釋放速率，記錄底泥的顏色、厚度變化。自然凈化期約50～80天。啟動期是否滿足要求的判斷條件：上覆水水質保持在Ⅴ類，7天靜態釋放試驗總氮釋放量低于30%，有機質含量與基礎值相比有下降、啟動區的厚度削減底泥上部10cm有機質30%～50%，顏色從黑色變褐色時。

4 曝氣對水體的凈化效果評價

4．1 調查方法

采集中試區域的水樣及泥樣，開展測試區域的水質調查，主要測定水質水溫、COD、氨氮（NH3-N）、TN、TP等濃度，以及底泥厚度、含水率、總氮（TN）、總磷（TP）和有機質（OM），具體見表1。

表1 烏梁素海水樣及底泥樣品待分析測試項目及方法

4．2 試驗結果分析

（1）上覆水的試驗結果分析。對試驗區的上覆水從5月到10月進行了檢測，結果如圖3所示。

圖3 烏梁素海試驗區上覆水水質監測

由于2019年以來，隨著烏梁素海網格水道工程、引水通道工程的實施，烏梁素海的生態環境持續改善。除了COD指標，烏梁素海水質基本達到了IV水標準。從圖3可以看出：隨著底泥治理工程的開展，水體在摻加生物促生劑后，導致試驗水體內土著微生物快速生長并產生降解底泥的作用，加速底泥污染物釋放。受到曝氣的協同作用，水體內有機污染物降解進程變快，同時底泥中的COD含量慢慢降低，底泥在水體中釋放的COD含量漸漸升高，并使COD濃度峰值提前出現，8月份，水體中污染物出現峰值。當底泥中COD釋放速度與水體土著微生物污染物降解速度逐漸相同時，水體中的污染物濃度逐漸趨于穩定。

（2）底泥的試驗結果分析。從圖4可以看出：生物促生協同曝氣處理方法能夠一定程度上去除底泥中的各種污染物。污染物的濃度都呈現了先減少，后逐漸增高，并趨于穩定的規律。TP的降解效果弱于TN。

圖4 烏梁素海試驗區底泥中污染物監測

5 結語

針對內陸湖泊水體污染問題，可以選擇生物促生劑和曝氣相結合的方法，從而提升處理效果。增加曝氣方法，能最大程度發揮生物促生劑的改善作用，促進底泥和上覆水中的微生物生長繁衍，從而加快修復水體的進程。現階段，生物促生劑結合曝氣的新型水體污染修復技術還處于探究階段，有些細節仍然需要進一步研究。在未來實踐中，多種技術的聯合應用，才能實現天然水水體的快速高效修復。