黑臭水体原位修复技术试验研究与工程示范

第1期（总第190期）中®fNo.1(SerialNo.190)2017年1月CHINAMUNICIPALENGINEERINGJan.2017DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2017.01.008黑臭水体原位修复技术试验研究与工程示范张显忠12[1.同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092;2.上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海200125]摘要：随着“水十条”的颁布，黑臭水体引起高度重视，采用何种技术手段解决该问题也引起广泛研究与尝试。结合微生态制剂应用于某黑臭河道的试验应用，提出黑臭水体原位修复技术实施方法，总结试验效果，展望应用前景，给相关案例提供一定的借鉴。关键词：黑臭河道；水体修复；微生态制剂；工程示范中图分类号：X522文献标志码：A文章编号：1004-4655(2017)01-0023-03随着社会经济的发展，工业、农业、城市建设等皆向集约化、密集化、高效化等方向发展，由此带来的问题也日益显现。环境污染、生态破坏便是过度发展的代价，而水环境的恶化，便是其最直接表现。为了避免污染的加剧及对生态环境的进一步破坏，在倡导节能减排的生产方法与经济模式的同时，对污染的治理也是不容小觑的课题，首当其冲便是水污染的治理。如今，黑臭河道遍布于各级城市、乡镇，其治理目前也受到高度重视。由于截污纳管工作尚不到位，大多黑臭水体仍处于纳污量超出其自净承载量，故采用疏挖底泥、引水换水、曝气增氧、投药絮凝等方式进行治理的传统治理方法已显得力不从心。水处理领域迫切需要标本兼治的高效治理方法应对黑臭河道，基于高效复合微生态制剂的黑臭水体原位修复技术便是其中之一。1微生态制剂原理与应用现状1.1原理介绍微生态制剂又称微生物菌剂，是根据微生态学收稿日期：2016-11-16作者简介：张显忠（1983—），男，高级工程师，工程博士（在读），主要从事排水工程设计与研究。原理和环保治理需要达到的目的，采用精心筛选的微生物通过发酵等工艺扩大培养并加人载体、益生元等辅料制成的活菌制剂。微生态制剂最先起源于医疗领域，如今广泛应用于农业、食品、环保等领域。在水处理方面，微生态制剂充分发挥微生物的自我复制、自发氧化、变废为宝、相互促进等特点，使其表现出令传统治理方法无法比拟的优异特性。常用于水环境治理的微生态制剂有光合细菌制剂、芽孢杆菌制剂、有效微生物群（EM)制剂等，其皆对水体中的污染物有降解、氧化、同化等作用，将污染物转化为水、二氧化碳及自身菌体蛋白等无害产物，对水体COD、氨氮等污染指标有很强的降低作用[1_2]，目前其在水产养殖水体的应用已十分广泛，而在水体修复领域还有待进一步开发，有着很大的应用潜力。1.2水体修复领域的应用现状微生物技术在各方面的应用研究与实践如火如荼地展开[3]，同时也大力推动微生态制剂在农业和环保领域的应用开发。陈彬[4]描述引进加拿大微生物技术对上海市徐汇区的西双泾河进行治理的概况与效果，B0D5降幅达82%,氨氮降幅达47%,黑臭消除效果良好。王峰慧[5]等采用实验室模拟的方法研究直投微生态制剂对微污染水源水的净化效果，结果表明其可行有效，其中总氮、总磷去除率分别达80.9%、90%,并阐明所投加微生态制剂23中威*我张显忠：黑臭水体原位修复技术试验研究与工程示范2017年第1期能够与土著菌种叠加形成优势菌群。张念海[6]对芽孢杆菌制剂改良富营养化水体效果进行研究，结果表明对重污染河涌水水质起到有效的改善作用，且对水体中的大肠杆菌、沙门氏菌等水源性病原菌起到抑制作用。2水体修复试验研究2.1概述上海地区河道因水位落差小、水流缓慢，加上生产生活所产生的废水无节制排放及雨污混接等原因而非常容易产生黑臭和游积[7]。黑臭河道目前已成为上海城市形象的绊脚石，虽然上海市在历史上曾进行多轮综合治理[8]，但目前看来，黑臭河道的治理在上海仍然显得非常重要。故本次选取上海某区某段典型的黑臭河道进行试验研究。2.2河道选取及其概况本次黑臭水体修复项目选择位于浦东新区合庆镇的一处火龙果种植基地，该种植基地总面积274亩（1亩《666.667m2)，其中种植面积为152亩，管理中心为5亩，其他面积为117亩。项目园区内的封闭型河道起到对雨水的排灌、调蓄、收集利用等作用，并兼具一定的景观作用，故该水体对水质有较高要求，需要使该水体水质长期保持稳定。由于该项目所治理的水体属于封闭型河道，水体长期缺乏除雨水流人之外的更新动力，而雨水也恰好成为污染源之一。除此之外，当地人过去向其中排放生活废水也成为重要的污染来源。而该水体的恶化除污染来源、水体缺乏流动、更新等外因之外，亦存在着一些内因；主要包括但不限于水体微生物相的恶化、生态系统不完善等导致水体自净力低下，造成氨氮、亚硝酸盐、磷酸盐等富营养物质的累积与大肠杆菌、葡萄球菌、嗜水气单胞菌等病原微生物的繁衍，使水体恶化不堪，甚至黑臭化。同时，由于该水体缺乏流动动力，长期如此便导致水体上下不均匀，pH、ORP、浊度等参数产生差异，水底的物质变化越发趋于腐化，加速营养盐的沉积与黑臭的产生。且该河道的表观生物量匮乏，无法观察到底栖和浮游生物，这表明该河道的自净系统极其脆弱。由于园区种植火龙果对环境因素的敏感，因此化学絮凝、氧化剂等传统手段不适用于该水体；由于该地区离海甚近，水源硬度、TDS(溶解性总固体）普遍偏高，换水亦不适用。表1为该河道治理前的水质参数。表1试验河道治理前水质表测定项目化学需氧量codm/mg*L_1总氮含量/mg•L-1总磷含量/mg*L-1酸碱度PH透明度/cm淤泥深度/cm数值65.512.32.96.45702.3散生态制剂投加方法鉴于各种限制因素，原位生态修复便成为该项目的首选。有别于其他传统的原位生态修复的做法，本次水体修复采用高效复合微生态制剂结合栽种沉水植物，消除水体黑臭及富营养化。在微生态系统的层面上增强再生有益微生物，通过基于光合细菌、酵母、芽孢杆菌的髙效复合微生态制的有益微生物集合对水体中的有害微生物进行包括但不限于竞争抑制和化感抑制的拮抗，从而抑制腐败性物质变化，消除黑臭并抑制其产生；同时促进轮虫、枝角类等浮游生物的繁衍，并与所投放的底栖生物相辅相成，形成“污染物-微生物-小型浮游生物-大型浮游生物-底栖动物”的良性微生态演替结构，在消除污染、黑臭的同时防止其反复。所用微生态制剂为液体制剂，该微生态制剂通过2个途径进行投加，一是直接均匀泼洒至水体中，泼洒量为水体的0.05%，每3d进行一次泼洒；二是以多孔玄武岩颗粒为载体充分浸泡吸收所用微生态制剂并投加于水体中，使微生态制剂能够随载体下沉对底泥充分发挥作用，使用量为lkg/m3,每6d进行一次投加。以上措施能够使微生态制剂中的有益微生物在水体中形成优势菌群，充分去除氮、磷、有机质，抑制腐化微生物，防止水体中的杂物、藻类及微生物菌体对水体造成二次污染。2.4建立水生植物群在水体中种植筛选培养沉水植被、挺水植物、浮叶植物群落，通过沉水植被的光合作用把大量的溶解氧带人底泥，使淤泥中的氧化还原电位升高，促进底栖生物及微生物的繁衍，进一步促进水体生态系统恢复多样化，加速水体自净。为保障污染环境下的生态稳定性，通过改良技术，使部分沉水植物具备多年生、四季常绿、耐污染胁迫等特点，不断为水的生命注入动力。水草是除微生物之外的另一大去除水体及底泥中氮、磷的途径。待水质有较大改善，开始种植植物。所选水24中读)f成*荇张显忠：黑臭水体原位修复技术试验研究与工程示范2017年第1期生植物有睡莲、伊乐藻、竹叶眼子菜、大藻等。驳岸种植菖蒲、芋、水竹芋、椰子（棕榈）树、芭蕉等挺水植物与常规绿化植物以美化风景。这些沉水植物一方面为水体补充大量溶解氧，增强微生物与其他宏观生物的活动与繁殖能力，另一方面则为一些微生物以及附着性浮游生物提供大量附着场所，从而直接提高水体生物量与之多样性。2.5其他措施Xt该河道进行断流以划出试验区域，便于与旁边未治理区域进行对比，节省物资。在试验区域水面布置1台喷泉式增氧机与2台射流式增氧机，以对水体进行增氧、搅动，翻搅底泥，促使黑臭淤泥的氧化分解。采用搅动水体、投放螺蛳、河蚬等底栖生物等辅助措施。同时还对水面漂浮物如落叶、浮萍、生活垃圾等进行打捞清除。2.6水质参数测定方法化学需氧量：重铬酸钾法；总氮：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；总磷：钼酸铵分光光度法；酸碱度：电子pH测试笔；透明度：塞氏盘法；淤泥深度：尺仗测量。每6d进行一次水质测定。3治理效果试验结果表明，该微生态制剂对黑臭水体有显著的改善。投加微生态制剂次日，水色即有明显改善；9d后，水体恶臭基本消退；12d后，淤泥厚度削减近30cm;18d后，水体中可观察到大量水蚤等后生动物，水色与其旁边未试验段形成鲜明对比。36d后，试验水体水质基本可达IV类地表水[9]。水质变化数据见表2。试验水体修复前后对比实景图见图1。表2试验段水质参数变化情况表时间化学需氧量/mg•L-1总氮含量/mg•I71总磷含量/mg.L-1酸碱度PH透明度/cm淤泥深度/cm第1天65.512.32.96.4570第6天48.78.61.26.81565第12天36.17.51.16.71540第18天11.04.80.97.02825第24天10.63.90.56.9305第30天10.42.00.37.2353第36天6.81.20.27.3372b)修复后图1试验水体修复前后对比实景图4结语黑臭水体修复是需要结合多方面要素进行跨领域整合的系统工程。补水水体富营养指标超标，加上周边环境污染，水体很容易发绿、发黑、发臭，影响景观效果。在治理过程中，只注重河堤和坡岸建设以及岸边的绿化，忽视水体本身的问题，往往导致项目失败。应用高效复合微生态制剂进行修复虽然见效速度较慢，但是从作用机理上来说，它是从根本上消除污染的手段，其效果的稳定性远远大于以往的修复工艺。该技术还可以用于湖泊、小区景观、海绵城市示范区相关水质保持等领域。因此，基于高效复合微生态制剂的水体修复技术必将成为该领域21世纪的主力！参考文献：[1]向燕，杨新，李建光，等.微生态制剂在养殖水环境修复中的应用[J]■环境科技，2012,25(4):59-63.[2]黎贞，卫晋波，任随周，等.生物制剂对城市黑臭河涌的原位修复技术[J].环境科学与技术，2010,33(12F):435-439.[3]邢承华，蔡妙珍，于洪波.EM有效微生物群技术在环境保护中的应用[J].微生物学杂志，2007,27(5):93-97.[4]陈彬.加拿大微生物技术在上海市中心城区黑臭河道治理中的应用[J]•上海水务，2006,22(3):45-49.[5]汪峰慧，智利，魏巍，等.微生态菌剂直投技术原位修复微污染水源水的试验研究[J].给水排水，2011,37(1):143-146.[6]张念海.新型芽孢杆菌益生菌的富营养化水体改良作用[D].广州：暨南大学，2011.[7]李珍明，蒋国强，朱锡培.上海地区黑臭河道治理技术分析[J].净水技术，2010,29(5):1-3,45.[8]上海市水务局.2006上海市河道报告[R].2006.[9]国家环境保护总局•地表水环境质量标准：GB3838—2002[S].25