黑臭水体的治理技术

　　研究背景

　　近几年，随着国内城市黑臭水体综合整治工作的开展，整治效果逐渐体现，但也出现了治理后水质不稳定，黑臭现象反复的问题。研究表明，该问题主要与内源污染物的微生物降解和外源污染物的输入有关，因此，实现长效治理除应保证外源污染得到有效控制外，内源污染治理及治理后水环境的生态修复成为关键。目前国内外常采用清淤换水、曝气富氧、微生物修复、生态修复等技术实现水体净化和底泥修复，其中，微生物修复和曝气富氧作为原位修复技术，以其治理效果好、对原生态系统冲击小，成本低等优点得到广泛的应用与研究。生物促生剂(亦称生物活化剂)是微生物修复的一种。曝气富氧是黑臭水体治理的常用技术，曝气富氧能够提高水体和底泥的含氧量，改善供耗氧失衡问题，去除沉积物中的致黑物质，使底泥颜色恢复至正常的黄褐色，对黑臭水体和底泥修复有较好效果。

　　目前关于生物促生剂和曝气富氧技术多以实验研究为主，缺少实际工程应用及其治理长效性的效果验证。基于此，本文以某重度黑臭河道为例实施工程治理，应用超微气泡富氧技术(移动式曝气船+定点式曝气设备)和生物活化技术对治理区的水质和底质进行原位治理，再辅以常规生态修复技术，以实现黑臭消除与生态恢复目的，同时对治理效果的长效性进行分析，为类似的黑臭水体治理工程提供技术支撑与借鉴经验。

　　摘 要

　　针对当前黑臭河道治理工作中出现的黑臭反复，长效性难保持问题，以某内源污染严重的重度黑臭河道为例实施原位生态修复。第1阶段采用超微气泡富氧(移动式曝气船+定点式曝气设备)和生物活化技术进行水体和底质修复，削减内源污染，改善生境；第2阶段应用定点式曝气设备、生态浮岛、水生植物净化、水生动物多样性调控进行生态修复，营造健康稳定的生态系统。经过近4个月的治理，治理区水质由重度黑臭稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水标准，水体COD、NH3-N和TP含量分别为28.79，0.36，0.19 mg/L，去除率分别达到45%、98%和85%以上，治理后水体澄清，可见多种水生动物和沉水植物，河道底质呈现自然泥土色泽，在未进行清淤处理的情况下即达到了泥水共治的效果，水环境质量得到显著提升，实现了长效治理。

　　01工程概况

　　1.水质情况

　　分别从待治理区下游到上游的7个点位进行样品采集，对水样的透明度、NH3-N、TP、COD指标进行检测，结果见表1。根据检测结果，参照对比GB 3838—2002《地表水环境质量标准》，X河类属劣Ⅴ类水体，各项指标均严重超标，其中NH3-N和TP含量超标倍数分别达到12，5倍。结合现场水体感官度以及《城市黑臭水体整治工作指南》中对黑臭水体的定义及其分级标准，X河已经达到重度黑臭级别。

　　表1治理前水质测定数据(2019-04-28)

　　02工程设计

　　X河属于重度黑臭水体，水体和底质污染严重，水生态结构严重缺失。基于此，确定本工程的实施重点是内源污染治理和水环境生态修复，治理目标是改善河道的水生态环境，提升其自我修复与净化能力，使水质稳定达到GB 3838—2002 Ⅴ类水质标准，技术路线见图3。工程自2019年5月开始实施，至同年8月底截止，工程具体实施情况见表2。

　　图3治理工程技术路线

　　表2工程实施情况汇总

　　1.控源减负

　　2.水体和底质修复

　　2.1 超微气泡富氧

　　设备布置及船舶的运行范围见图4。移动式曝气船相较于定点曝气设备的作业范围更广。

　　图4超微气泡富氧工程示意

　　2.2 生物活化

　　连续曝气富氧12 d后，向治理区域内一次性投加以含量为5 mg/L的生物活化剂。生物活化剂的主要成分为维生素、有机酸、氨基酸和糖类等天然物质，能够原位激活水体和底质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)，增加微生物种群丰度及数量，进而提高水体和底质中污染物的降解速率，起到水体净化和底质改善的作用 。超微气泡富氧协同生物促生技术增强了对水体和底质的修复效果，改善生态环境，为水生生物生长提供健康的生存环境。

　　2.3 生态修复

　　本工程选择在X河岸带种植一定量的芦苇、菖蒲等挺水植物，通过过滤、渗透、吸收、滞留等作用，减弱进入河道的污染物。X河具有生物量不足，生态系统结构缺失现象，本工程选择在河道内种植狐尾藻、苦草、黑藻等沉水植物并安装生态浮岛，利用植物有效去除有机物、氮、磷等污染物。挺水和沉水植物种植、浮岛安装作业在6月中旬进行，累计工作时长9 d，在植物生长稳定20 d左右向水体中投放一定量的白鲢幼苗，丰富该区域内的物种多样性，完善系统食物链结构，进而建造健康稳定的生态系统。

　　03治理效果分析

　　对工程结束后9—11月水质情况进行跟踪检测，结果如表3所示。其中所列水质指标均稳定达到GB 3838—2002 Ⅴ类水标准要求，治理效果具有一定的长效性。

　　表3X 河道治理前后各项水质指标变化情况

　　04讨 论

　　X河黑臭的主要原因是污染物超量富集，加上水动力条件差，污染物沉积在河底形成厚厚的淤泥，含有大量的氮、磷等营养盐以及难降解有机物污染物，水体和底泥中污染物的分解消耗大量的DO，导致水体供氧和耗氧失衡。在厌氧还原条件下，厌氧微生物数量急剧增加并释放出大量H2S、NH3、CH4等恶臭气体，气体在上升过程中携带淤泥进入水相，而上浮底泥中含有的FeS2和MnS2易被氧化，对水体致黑起主导作用。

　　本工程黑臭的消除主要依赖于曝气船、定点式超微气泡发生器和生物活化剂。超微气泡底层曝气富氧提高了DO含量，致使水体和底泥环境由厌氧型逐渐转化为好氧型，微生物群落结构发生演化，而生物活化剂的施用增加了微生物种群丰度及数量，使得微生物的活性及代谢强度增强，水体和底泥中污染物的降解速率得到显著提升。治理前期(0~40 d)水体中COD、NH3-N和TP含量下降显著，去除率分别达到50%、80%和75%以上，其主要源于DO充足，微生物代谢活性旺盛，对COD、NH3-N和TP等污染物的好氧分解效率高，有效抑制恶臭气体，促进水体和底泥中Fe2+在好氧微生物作用下氧化成Fe(OH)3沉淀附着在底泥表面，减少底泥再悬浮和污染物扩散对水质的影响，同时Fe3+与底泥中PO43-的结合进一步降低了TP含量 。治理中期(40~80 d)增加了生态浮岛及水生动植物修复，由于外源污染的进入，水体COD和TP指标受影响较大，整体呈先升后降趋势，而NH3-N受影响较小并呈稳定下降趋势，至80 d左右COD含量较治理前期增加约5 mg/L，TP基本恢复至治理前期0.4 mg/L水平，而NH3-N含量由4.34 mg/L 稳定降低至1.84 mg/L。治理后期(80~110 d)COD、NH3-N和TP含量均呈稳定下降趋势，并在一定含量范围保持动态平衡状态，COD、NH3-N 和TP的平均含量分别为28.79，0.36，0.19 mg/L，水质稳定达到GB 3838—2002 Ⅴ类标准。