黑臭水體的治理技術

　　研究背景

　　近幾年，隨著國內城市黑臭水體綜合整治工作的開展，整治效果逐漸體現，但也出現了治理后水質不穩定，黑臭現象反復的問題。研究表明，該問題主要與內源污染物的微生物降解和外源污染物的輸入有關，因此，實現長效治理除應保證外源污染得到有效控制外，內源污染治理及治理后水環境的生態修復成為關鍵。目前國內外常采用清淤換水、曝氣富氧、微生物修復、生態修復等技術實現水體凈化和底泥修復，其中，微生物修復和曝氣富氧作為原位修復技術，以其治理效果好、對原生態系統沖擊小，成本低等優點得到廣泛的應用與研究。生物促生劑(亦稱生物活化劑)是微生物修復的一種。曝氣富氧是黑臭水體治理的常用技術，曝氣富氧能夠提高水體和底泥的含氧量，改善供耗氧失衡問題，去除沉積物中的致黑物質，使底泥顏色恢復至正常的黃褐色，對黑臭水體和底泥修復有較好效果。

　　目前關于生物促生劑和曝氣富氧技術多以實驗研究為主，缺少實際工程應用及其治理長效性的效果驗證。基于此，本文以某重度黑臭河道為例實施工程治理，應用超微氣泡富氧技術(移動式曝氣船+定點式曝氣設備)和生物活化技術對治理區的水質和底質進行原位治理，再輔以常規生態修復技術，以實現黑臭消除與生態恢復目的，同時對治理效果的長效性進行分析，為類似的黑臭水體治理工程提供技術支撐與借鑒經驗。

　　摘 要

　　針對當前黑臭河道治理工作中出現的黑臭反復，長效性難保持問題，以某內源污染嚴重的重度黑臭河道為例實施原位生態修復。第1階段采用超微氣泡富氧(移動式曝氣船+定點式曝氣設備)和生物活化技術進行水體和底質修復，削減內源污染，改善生境；第2階段應用定點式曝氣設備、生態浮島、水生植物凈化、水生動物多樣性調控進行生態修復，營造健康穩定的生態系統。經過近4個月的治理，治理區水質由重度黑臭穩定達到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅴ類水標準，水體COD、NH3-N和TP含量分別為28.79，0.36，0.19 mg/L，去除率分別達到45%、98%和85%以上，治理后水體澄清，可見多種水生動物和沉水植物，河道底質呈現自然泥土色澤，在未進行清淤處理的情況下即達到了泥水共治的效果，水環境質量得到顯著提升，實現了長效治理。

　　01工程概況

　　1.水質情況

　　分別從待治理區下游到上游的7個點位進行樣品采集，對水樣的透明度、NH3-N、TP、COD指標進行檢測，結果見表1。根據檢測結果，參照對比GB 3838—2002《地表水環境質量標準》，X河類屬劣Ⅴ類水體，各項指標均嚴重超標，其中NH3-N和TP含量超標倍數分別達到12，5倍。結合現場水體感官度以及《城市黑臭水體整治工作指南》中對黑臭水體的定義及其分級標準，X河已經達到重度黑臭級別。

　　表1治理前水質測定數據(2019-04-28)

　　02工程設計

　　X河屬于重度黑臭水體，水體和底質污染嚴重，水生態結構嚴重缺失。基于此，確定本工程的實施重點是內源污染治理和水環境生態修復，治理目標是改善河道的水生態環境，提升其自我修復與凈化能力，使水質穩定達到GB 3838—2002 Ⅴ類水質標準，技術路線見圖3。工程自2019年5月開始實施，至同年8月底截止，工程具體實施情況見表2。

　　圖3治理工程技術路線

　　表2工程實施情況匯總

　　1.控源減負

　　2.水體和底質修復

　　2.1 超微氣泡富氧

　　設備布置及船舶的運行范圍見圖4。移動式曝氣船相較于定點曝氣設備的作業范圍更廣。

　　圖4超微氣泡富氧工程示意

　　2.2 生物活化

　　連續曝氣富氧12 d后，向治理區域內一次性投加以含量為5 mg/L的生物活化劑。生物活化劑的主要成分為維生素、有機酸、氨基酸和糖類等天然物質，能夠原位激活水體和底質中的土著微生物活性(由于富氧作用，主要激活兼性及好氧微生物)，增加微生物種群豐度及數量，進而提高水體和底質中污染物的降解速率，起到水體凈化和底質改善的作用 。超微氣泡富氧協同生物促生技術增強了對水體和底質的修復效果，改善生態環境，為水生生物生長提供健康的生存環境。

　　2.3 生態修復

　　本工程選擇在X河岸帶種植一定量的蘆葦、菖蒲等挺水植物，通過過濾、滲透、吸收、滯留等作用，減弱進入河道的污染物。X河具有生物量不足，生態系統結構缺失現象，本工程選擇在河道內種植狐尾藻、苦草、黑藻等沉水植物并安裝生態浮島，利用植物有效去除有機物、氮、磷等污染物。挺水和沉水植物種植、浮島安裝作業在6月中旬進行，累計工作時長9 d，在植物生長穩定20 d左右向水體中投放一定量的白鰱幼苗，豐富該區域內的物種多樣性，完善系統食物鏈結構，進而建造健康穩定的生態系統。

　　03治理效果分析

　　對工程結束后9—11月水質情況進行跟蹤檢測，結果如表3所示。其中所列水質指標均穩定達到GB 3838—2002 Ⅴ類水標準要求，治理效果具有一定的長效性。

　　表3X 河道治理前后各項水質指標變化情況

　　04討 論

　　X河黑臭的主要原因是污染物超量富集，加上水動力條件差，污染物沉積在河底形成厚厚的淤泥，含有大量的氮、磷等營養鹽以及難降解有機物污染物，水體和底泥中污染物的分解消耗大量的DO，導致水體供氧和耗氧失衡。在厭氧還原條件下，厭氧微生物數量急劇增加并釋放出大量H2S、NH3、CH4等惡臭氣體，氣體在上升過程中攜帶淤泥進入水相，而上浮底泥中含有的FeS2和MnS2易被氧化，對水體致黑起主導作用。

　　本工程黑臭的消除主要依賴于曝氣船、定點式超微氣泡發生器和生物活化劑。超微氣泡底層曝氣富氧提高了DO含量，致使水體和底泥環境由厭氧型逐漸轉化為好氧型，微生物群落結構發生演化，而生物活化劑的施用增加了微生物種群豐度及數量，使得微生物的活性及代謝強度增強，水體和底泥中污染物的降解速率得到顯著提升。治理前期(0~40 d)水體中COD、NH3-N和TP含量下降顯著，去除率分別達到50%、80%和75%以上，其主要源于DO充足，微生物代謝活性旺盛，對COD、NH3-N和TP等污染物的好氧分解效率高，有效抑制惡臭氣體，促進水體和底泥中Fe2+在好氧微生物作用下氧化成Fe(OH)3沉淀附著在底泥表面，減少底泥再懸浮和污染物擴散對水質的影響，同時Fe3+與底泥中PO43-的結合進一步降低了TP含量 。治理中期(40~80 d)增加了生態浮島及水生動植物修復，由于外源污染的進入，水體COD和TP指標受影響較大，整體呈先升后降趨勢，而NH3-N受影響較小并呈穩定下降趨勢，至80 d左右COD含量較治理前期增加約5 mg/L，TP基本恢復至治理前期0.4 mg/L水平，而NH3-N含量由4.34 mg/L 穩定降低至1.84 mg/L。治理后期(80~110 d)COD、NH3-N和TP含量均呈穩定下降趨勢，并在一定含量范圍保持動態平衡狀態，COD、NH3-N 和TP的平均含量分別為28.79，0.36，0.19 mg/L，水質穩定達到GB 3838—2002 Ⅴ類標準。