生物生態綜合技術在河道治理中的應用

郭 超，尹 寧

(臨沂市水文中心，山東 臨沂 276000)

0 引言

水環境是城市生態環境的重要組成部分，與人們健康與生活息息相關，生活垃圾及工業污染物排放滲漏等導致水體黑臭現象極為常見，嚴重影響生態系統功能和城市景觀。高含氮量被認為是造成河流黑臭污染的主要原因之一，城市河流的脫氮方法近年來受到廣泛關注。目前，國內黑臭河道防治手段主要采取源頭污染治理、垃圾清運、清淤排污、生態修復等措施。通過綜合治理和技術治理相結合，系統性根治黑臭水體。

黑臭水體治理技術主要分為物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術3大類，物理修復技術包括底泥疏浚、覆蓋和深度曝氣；化學修復包括化學氧化、沉淀和絮凝，通過去除懸浮物、溶解的磷和氮等污染物來改善水的透明度，化學過程可以快速修復受污染的河水；生物修復是指生物吸收、轉化、去除或降解環境污染物等生物措施，主要包括微生物強化技術、人工浮島技術、人工濕地技術和填料強化凈化技術。

張國勛[4]等針對西湖富營養化現象，考慮水溫與含磷量及其他諸如藻類生長特性、西湖形狀、錢塘江水質情況等因素，以期提高對西湖的治理效果。陳鵬等[5]采用深層微孔層流曝氣、微生物強化降解和生物浮島為主的生物-生態復合修復技術對常州市藻港西支河進行為期5個月的監測治理，取得了顯著效果。錢嫦萍等[6]綜述了生物修復技術在黑臭河道治理中的研究進展，為河道治理提供了有益參考。周曉紅等[7]運用生物浮床技術，對比3種不同植物對城市污染水中氮、磷的凈化效果，結果表明3種植物對污染水體凈化都有一定效益，可作為污染水體治理的優良植物進行推廣。

本文針對城區受污染嚴重的河道，通過實地考察，采取生物生態綜合治理技術對受污染水體進行長時間治理。以期實現水體自我生態恢復，為其它同類型城區黑臭河道治理提供參考。

1 工程概況

河道自北向南總長約3km，河道兩側人口集中，無明顯拐點，河道寬約15m，水深約1～2m，河岸采用人工砌石路，2側均建設有綠化隔離區及景觀護欄。水域面積約為30×103m2，流水量約為41.5×103m3。由于河道位于城區內，周邊學區、街道、商鋪集中，污染較嚴重。

2 河道水體現狀分析

2.1 水質評價

對河道內水體進行取樣分析，結果見表1。

由GB 3838—2002《地表水環境質量標準》[8]可知該河道水質為劣Ⅴ類水體；該河道水體透明度較好，《城市黑臭水體整治工作指南》[9]中“城市黑臭水體污染程度分級標準”指出溶解氧DO介于0.2～2mg/L之間、氨氮NH3-N介于8～15mg/L之間屬于輕度黑臭，從表1得知，溶解氧及氨氮指標表明河道處于輕度黑臭范圍。

2.2 污染源分析

通過對河道現狀進行實地調查，確定河道污染原因主要有以下幾種。

(1)河道修建初期周邊草地、植被經雨水徑流入河道，由于周邊綠化帶的影響，大量樹木腐葉流入河道隨時間腐爛沉底，導致河道中累積大量有機物、NH3-N等污染物。

(2)校區食堂及周邊商鋪相對集中，排污管道由于年久失修造成油污、餐飲廢水等經由管道排入河道中，污染水環境。

(3)校區及周邊街道部分排水網與河道相連接，降雨等造成的雨污排水集中匯入河道，釋放大量污染物。

(4)人類活動頻繁，校區周邊施工較多，工程活動產生的泥水、石灰泥漿經由部分排水系統進入河道，使得河道水體渾濁，大量雜質淤積。

3 水質改善方法

河道兩岸建設有綠化帶，周邊有住宅生活區，河道治理過程中應不影響周邊生態及居民生活，為保證河道自然美觀，水質治理設備應盡量安置在水下，或采用懸浮氣墊裝置，對其加以美化。

(1)微納米氣泡加氧方法，微納米氣泡主要有比表面積大、上升速度慢、自身增壓溶解、表面帶電等特點，利用微納米氣泡發生器產生的氣泡介于微米氣泡和納米氣泡之間，使得空氣與水的接觸面積增加，溶解能力提高，能夠持續為河道帶來大量溶解氧DO為微生物等其他生態活動創造生存條件。

(2)復合微生物水體修復劑，采用微生態工程技術，使用多種微生物經復合發酵形成的新型生物水體修復劑，其能夠快速消除水中異味，降低河道中COD及氨氮的含量，使河道加快自我修復，對環境和人體無任何毒副作用。

(3)生態浮床技術，針對河道水質富營養化，運用無土栽培技術，以高分子材料等為載體和基質，利用水體空間生態位，建立人工生態系統，植物根系吸收水中總磷(TP)、氨氮(NH3-N)等富營養化物質。

4 河道治理效果分析

4.1 河道水體透明度變化

河道水體實施水質改善后透明度隨時間的變化如圖1所示。水質改善期間可以明顯觀察到水體顏色由黑色向黃色最后逐漸向透明化狀轉變，透明度指標最初平均值35～55cm，漲幅達到57%。透明度改善曲線整體呈先下降后上升的趨勢，為前期設備安裝對河道水體擾動較大，造成污染物在河道內懸游。河道水質改善完成后最高透明度為下游段62cm，較中游段及上游段分別高出7、11cm，整體水質得到改善，局部區域受其他因素影響改善效果略有波動。

圖1 河道各段水體透明度變化

4.2 河道水體溶解氧DO含量變化

河道中溶解氧(DO)含量主要通過微納米氣泡發生器產生，為加速提高溶解氧(DO)含量，前期擴大設備運行時間，用以加速水體自我生態修復效果。河道水體溶解氧(DO)含量變化趨勢如圖2所示，從圖2中可知，前期由于微納米氣泡發生器加速使用DO含量急劇增長，4—6月DO含量增長趨勢逐漸減緩，主要是由于發生器設備使用時間減少，氣候升溫導致河道底部污染物耗氧速率增加?？傮w而言，河道內DO含量由1.48～1.96(mg·L-1)增長至5.09～5.25(mg·L-1)，從增長趨勢來看，盡管發生器設備使用時間減少，DO含量依然保持增長，說明氣泡發生器對河道DO含量改善效果顯著，極大的提高的河道水體的自我恢復能力。

圖2 河道各段水體溶解氧(DO)含量變化

4.3 河道水體CODMn指標變化

測定高猛酸鹽指數評估河道水質治理改善效果如圖3所示，隨河道治理開展CODMn指標逐漸減小。經過一定時間水質改善，CODMn趨于一致，最后穩定在5.0(mg·L-1)左右，與溶解氧(DO)含量變化趨勢類似，CODMn受氣候影響發生反彈，隨后逐漸穩定，最終與治理初期相比CODMn降解效益為52%，表明水質治理效果顯著。

圖3 河道各段水體CODMn指標變化

4.4 河道水體氨氮(NH3-N)含量變化

河道治理期間氨氮(NH3-N)含量變化情況如圖4所示，不同河道段NH3-N含量變化趨勢相同，均呈現先急速下降后緩慢增長最后平緩下降到規律。由于治理工程開展前期投入時間長，對水體改善效果較明顯。經過一段時間氨氮含量反彈后其降低速率趨于穩定，平均值由最初8.5(mg·L-1)下降至1.8(mg·L-1)，平均降解能力達78.8%，開展前期3個月氨氮降解率達到56.5%，后期由于水體自凈能力有所恢復，能夠自我開展降解，氨氮含量維持穩定降低，表明工程實施效果顯著。

圖4 河道各段水體氨氮(NH3-N)含量變化

4.5 河道水體總磷(TP)含量變化

總磷(TP)的消減主要是通過生態浮床技術培育的無土栽培植物吸收完成，其含量變化與植物生長狀態息息相關。由圖5可知，河道治理階段總磷(TP)含量變化分為3個階段，前期氣候較低，植物生長緩慢，對水體中總磷(TP)吸收能力較低，TP含量下降較緩，由最初平均值0.87(mg·L-1)下降至0.78(mg·L-1)，下降率僅為10.3%。中期植物生長速度提升，吸收總磷(TP)效率提高，曲線下降變陡，下降幅度達55%，第三階段植物生長放緩，TP吸收減少曲線下降速率隨之變緩。整體上看，從治理工程開始總磷(TP)含量下降率為67.4%，水體總磷(TP)主要由植物吸收轉化，生態浮床技術河道治理效果顯著。

圖5 河道各段水體總磷(TP)含量變化

4.6 綜合治理成果分析

河道綜合水質治理前后水體改善效果見表2，在治理期間河道透明度平均提高幅值為38.2%，高猛酸鹽指數(CODMn)降解效率大達48.8%，溶解氧(DO)含量提高幅度為67.5%，氨氮(NH3-N)降解效率為79.1%，總磷(TP)凈化效率為67.8%?？梢哉f明治理工程取得了非常有益的成果，極大的提高了河道水體生態性，恢復水體自我生態調控，為后期自我調節提供了良好的基礎條件。

表2 河道治理前后指標對比

5 結論

河道根據分類標準定義為劣Ⅴ類輕度黑臭水體，主要污染源來自河道周邊校區、商鋪生活污水污染、食堂等有機油污泄漏、周邊施工區工業廢水排放及降雨污水集中流入。針對河道水體污染現狀，采取微納米氣泡加氧方法、復合微生物水體修復劑、生態浮床技術等綜合治理方法，經過為期1年的治理和監測，河道水體改善效果顯著，總體上達到了水環境健康、水體清澈、水體自我調節能力恢復的目標。水體污染程度及污染來源會影響生物修復技術在水體治理中的效果，因此，建議加強污染源的調查及水質評價工作，整治污染源，選擇合適的綜合治理方案。