河道黑臭水體生態修復技術研究

摘 要：探究黑臭河道生態修復技術對恢復河流生態系統的健康狀態，降低黑臭水體對生態環境和居民帶來的不利影響，改善城市水環境和可持續發展至關重要。本文以曲靖市某黑臭水體治理項目為例，采用生態浮島水體凈化技術，通過室內試驗探究了傳統生態浮島及新型生態浮島對黑臭水體中各項污染物質的去除效果。結果表明，隨著生態浮島運行時間增加，黑臭水體的pH先升高后降低，DO濃度逐漸升高。與傳統生態浮島相比，新型生態浮島對COD、TP、TN及NH4+-N的去除效果更顯著。

關鍵詞：黑臭水體；生態修復技術；生態浮島技術

中圖分類號：X 52" " 文獻標志碼：A

隨著城市化和工業化進程的不斷加速，城市污水排放量逐漸增加，許多城市的河道水體出現了嚴重的黑臭問題[1]。黑臭水體是指河道水體出現異味、污濁、富營養化和藻類爆發等問題[2]，黑臭水體的形成和持續存在是由多種復雜因素引起的，包括工業廢水排放、城市污水排放、生活垃圾傾倒、土地利用變化、氣候變化等[3]。

為了解決河道黑臭問題，許多學者已經進行了研究和實踐工作，張玲玲等[4]以重度黑臭河道為例，采用兩階段的原位生態修復方法，經過近4個月的治理，COD、NH3-N和TP去除率分別為45%，98%和85%以上。陳麗娜等[5]提出了一系列工程方案，以確保項目實施后能夠消除水體黑臭問題并恢復城市良性生態系統。盛倩等[6]以福州市某黑臭河道治理項目為例，結合實際水域特點分段采取生態修復措施，提出有效的水質提升辦法。

在現有研究中，缺乏既能凈化水質又能修復生態環境的黑臭水體修復技術，基于此，本文根據曲靖市農村黑臭水體治理項目，對生態浮島技術在凈化黑臭水體中的應用進行研究，研究成果可為城市水環境的改善和可持續發展提供科學指導。

1 工程概況

本研究以曲靖市某黑臭水體治理項目為例，該項目治理范圍內包括25條黑臭水體。本項目涉及的黑臭水體位于珠江流域，流量小、流速較緩，是當地生產生活用水的主要來源。河流沿線多為村莊，農田臨近河流，河流緩沖帶較窄。周邊排污口的黑臭水體主要為居民生活污水和垃圾處理場滲濾液。

2 試驗材料與方法

生態浮島凈化黑臭水體技術通過建造人工浮島或浮動濕地，利用植物和微生物生態系統來改善污染嚴重的水體，其原理是通過浮島上的植物吸收廢水中的養分和有機物質，同時微生物在根系和水中進行生物降解，從而凈化水體。浮島還可為鳥類和水生生物提供棲息地，促進生態平衡恢復，改善水質和水體異味，實現環境可持續性治理。為對比傳統生態浮島與新型生態浮島對黑臭水體的凈化效果及作用機制的差異，通過室內試驗設置兩組生態浮島，其中傳統生態浮島采用相同比例的陶粒和火山灰，將其覆蓋率控制為20%，記作D1，新型生態浮島采用等比例的陶粒火山灰并添加彈性立體填料，控制其覆蓋率為20%，記作D2。將80L黑臭水體放置在容積為100L的塑料水箱中進行試驗，對比兩組浮島的凈化效果，黑臭水體水質檢測結果見表1。

試驗總觀測時間為30d，每隔1d對水體進行取樣并測定各指標的濃度，水體測定指標包括DO、TP、COD、TN、pH、NO2--N、NO3--N、NO3-N。

3 試驗結果分析

3.1 pH、DO變化

黑臭水體pH變化如圖1所示，觀察圖1可知，黑臭水體的pH隨著試驗時間增加呈現先升高后逐漸降低的趨勢，由于生態浮島中的微生物和水生植物會通過光合作用吸收二氧化碳，產生氧氣，提高了水體中的氧氣含量，促進了水中的氧化還原反應，導致水體中的氧氣濃度上升，從而提高水體的氧化性，因此pH升高。生態浮島中的微生物和水生植物會吸收水體中的有機物質和氨氮等污染物質，降低了水體中的有機物質濃度和酸性物質的濃度，pH升高。隨著生態浮島運行時間增加，微生物代謝產物積累，氧氣供應不足導致水體中的還原反應增加，逐漸降低了水體的氧化性，最終導致pH呈現下降趨勢。

圖2是試驗過程中黑臭水體中DO濃度變化，從圖2中可以看出，隨著試驗時間的持續增加，黑臭水體中DO濃度逐漸上升。由于生態浮島內的水生植物和微生物群落逐漸適應了環境，并開始積極進行光合作用和生物降解有機廢物，初始階段，水體中的有機物質和廢棄物較多，消耗了大量的溶解氧，因此導致DO濃度較低。然而，隨著時間的推移，水生植物通過光合作用產生氧氣，微生物降解廢物也減少了有機物的含量，從而水體中的DO濃度升高，表明采用生態浮島技術可有效改善黑臭水體的水質。因為有機廢物在缺氧的條件下會發生腐敗，釋放出惡臭氣味，所以水體中DO濃度降低體將會導致惡臭現象，說明生態浮島中水生植物可以抑制水體中藻類的爆發。

3.2 COD及TP降解效果

圖3是黑臭水體中COD濃度隨生態浮島運行時間的變化趨勢，由圖3可知，D1及D2兩組生態浮島凈化的黑臭水體中COD濃度隨著運行時間的推移呈現降低趨勢，原因包括生態浮島技術利用懸浮在水體中的微生物群落，特別是藻類和細菌，來分解和代謝水中的有機物質，隨著生態浮島技術運行時間的增加，微生物群落逐漸適應了水體中的環境條件，并提高了其生物降解能力；生態浮島技術還提供了友好的生態環境，增加了水體中生物的多樣性，進一步促使有機物質降解。在試驗結束后，采用D1和D2浮島凈化的水體中的COD濃度分別為43±2mg/L和24±1mg/L，去除率分別為77.6%和97.6%。與傳統浮島相比，新型浮島對黑臭水體中COD的去除率提高了約20%。與傳統生態浮島，相比新型生態浮島引入了彈性立體填料，這些填料具有較大的表面積和孔隙結構，為微生物提供了更多的附著表面，有助于形成生物膜和利于微生物生長，提高了水體中COD的降解能力，使更多的COD有機物質可以被微生物分解，從而改善了黑臭水體的水質，使其去除效率比傳統浮島更高。

黑臭水體中的TP濃度變化如圖4所示，由圖4可知，隨著生態浮島運行時間增加，水體中TP濃度逐漸降低，生態浮島上的濕地植被具有強大的吸附能力，可以吸附水體中的磷元素，從而降低了水中的TP濃度。其次，浮島上的微生物群落可以分解有機廢物和氮磷化合物，降低水體中的營養物質含量，進一步凈化水質。浮島減少了水體中底泥懸浮物和懸浮物沉積，從而改善了水體的透明度和水質。試驗結束后，在D1生態浮島黑臭水體中，TP含量約為0.27mg/L，D2組TP含量為0.11±0.05mg/L，對TP的去除率達到93.05%，表明新型生態浮島對TP的降解效果優于傳統生態浮島。

3.3 NH4+-N、TN、NO3--N和NO2--N降解效果

圖5是黑臭水體在凈化過程中NH4+-N和TN的濃度變化，從圖5可以看出，在試驗結束后，兩組生態浮島對NH4+-N和TN均有顯著的去除效果，生態浮島上生長的水生植物具有出色的吸收能力，能夠吸收水體中的NH4+-N并將其轉化為有機氮，從而降低NH4+-N的濃度，浮島上的微生物群落可以分解有機物質，降解TN，使其更易被水體中的生物吸收和利用。浮島本身的構造提供了生態位，為水體中的微生物和植物提供了適宜的生長環境，進一步去除氨氮和總氮。當運行時間為30d時，D1組水體的NH4+-N濃度約為4.36mg/L，TN濃度約為5.97mg/L，去除率分別為73.37%和67.42%，D2組水體NH4+-N濃度為1.96±0.17mg/L，TN濃度為2.67±0.05mg/L，去除率分別為87.88%和84.63%，表明新型生態浮島對NH4+-N和TN的降解效果更顯著。D2組TN濃度的降低速率明顯快于D1組。

黑臭水體中NO2--N和NO3--N的濃度變化如圖6所示，由圖中數據可知，D1組NO2--N和NO3--N濃度隨著運行時間增加均沒有明顯變化，在D2組中，隨著運行時間增加，NO2--N濃度呈現先升高再降低后趨于穩定的趨勢，NO3--N濃度呈現先升高后降低再升高的趨勢，在D2組中，NO2--N和NO3--N的濃度均呈現升高趨勢。由于彈性立體材料及基質為微生物的生長提供了附著點與生長環境，因此使NH4+-N濃度降低和NO2--N濃度升高，同時，硝化作用導致NO3--N濃度有所升高。

4 結論

本研究基于曲靖市某黑臭水體治理項目，對傳統及新型生態浮島技術對黑臭水體中各水質指標的降解效果進行研究，得出以下結論。1）隨著生態浮島運行時間增加，黑臭水體pH呈現先升高后降低的趨勢，DO濃度呈現逐漸升高的趨勢。2）新型生態浮島對COD及TP降解效果均優于傳統生態浮島，對COD和TP的去除率分別為97.6%和93.05%。3）與傳統生態浮島相比，新型生態浮島對NH4+-N和TN的降解效果更顯著，去除率分別為87.88%和84.63%，隨著生態浮島運行時間增加，采用傳統生態浮島凈化的水體NO2--N和NO3--N濃度沒有明顯變化，采用新型生態浮島技術的水體總體上NO2--N和NO3--N濃度呈現升高趨勢。

參考文獻

[1]畢遠新，苗航，王惠杰，等.基于孢子黏附功能的大型海藻生態修復技術研究[J].水生生物學報，2022，46（2）：160-167.

[2]孫磊，馬巍，吳金海，等.城市黑臭水體治理進展及水利措施研究[J].中國農村水利水電，2021（8）：23-28.

[3]戴有華，吳丹，金文忻，等.河道黑臭水體原位修復無人船設計[J].中國農機化學報，2021，42（6）：202-207.

[4]張玲玲，特日格樂，李婧男，等.超微氣泡富氧+生物活化技術在黑臭水體治理中的工程應用[J].環境工程，2020，38（11）：66-71，156.

[5]陳麗娜，黃志心，白健豪，等.微納米曝氣—微生物活化技術在黑臭水體治理中的應用[J].給水排水，2019，55（12）：18-23.

[6]盛倩，陳惠珍，黃志心，等.城市黑臭水體水質提升技術及應用[J].中國給水排水，2019，35（20）：72-77.