生物-生態修復技術在德州行政中心水體污染控制中的應用

曲本慶　趙金林　施懷榮　海冰寒

生物-生態修復技術在德州行政中心水體污染控制中的應用

曲本慶1趙金林1施懷榮2海冰寒2

（1德州市園林管理局山東德州2530002北京邦源環保科技股份有限公司北京100124）

針對德州行政中心水體所出現水體污染現象，采用生物強化技術、浮島植物凈化技術等生物—生態修復技術進行水質提升和水華防治，并通過技術應用過程中水質指標和藻類受抑制程度的變化，對生物—生態綜合修復技術治理效果進行評價。結果表明：生物—生態綜合修復技術可有效控制藻類的過度生長，有效預防水華的發生；水體COD、NH3-N、TN和TP等水質指標明顯改善，為同類水體的保護提供借鑒。

生物-生態修復技術；水污染；水生態修復；污染控制

我國的地表水水體污染主要包括氮磷營養鹽和有機物污染兩大類[1]，目前治理技術主要有物理法、化學法及生物-生態技術三大類[2]，其中生物-生態修復技術具有能耗低、無二次污染、效果穩定等優勢，是當前城市河流水生態修復技術的研究熱點之一[3]。

生物-生態修復技術通過改善河道環境，人工營造類自然河道生態系統[4]，維護河流功能健康，以恢復河流生物和景觀多樣性為目的對河流自凈能力進行提升[5]。生物-生態修復技術分為微生物強化、植物凈化、動物凈化、生物膜凈化技術等，就治理水體污染技術發展和治理需要的趨勢而言，趨向于多種技術集成[6~7]。其中生物強化技術以投加高效菌劑為主，當水體污染嚴重而又缺乏有效微生物時，投加有特殊分解能力的微生物將有機物降解為變成無毒或低毒的二氧化碳、氮氣或水[8~9]。植物凈化技術主要是浮島植物技術，該技術的核心是將根系發達的水生植物種植到有浮力作用的框架上，利用植物生長從水體中吸收利用大量是氮、磷等營養元素[10]。

本工程采用采用生物強化技術和浮島植物凈化技術對德州行政中心水體進行了治理與修復，通過技術運行過程中水質指標的變化和藻類葉綠素含量的變化，對生物-生態修復技術的治理效果進行評價。

1　材料與方法

1.1工程概況

德州市行政廣場始建于2004年，廣場內人工湖與三條河道于2006年開始蓄水，湖體及河道采用混凝土固化護坡，補充水主要為地下水及地表徑流，補水時間為每年的3、4月。2006年至今8年未進行過清淤，水域面積8×104m2，其中人工湖水域面積約5.6×104m2，平均水深1.4 m，護城河水域面積2.4×104m2，平均水深為1 m，東西兩條河的長度為466m，北側河長300 m，平均寬度為20 m。

目前該水體透明度較低，顏色發暗并呈現灰褐色。水質檢測結果表明，其化學需氧量、氮磷含量屬于地表水劣Ⅴ類。硬質化的河底導致水體流動性較差，生物多樣性指數極低。

1.2水體修復生物制劑

表1　試驗過程中使用生物菌劑特性

1.3工程實施

表2　工程實施進程及水質監測

圖1　治理期間水體葉綠素a的變化

圖2　治理期間水體COD含量的變化

2　結果與分析

2.1水華治理效果

藻類中葉綠素a含量可以表征水體中藻類含量的變化[11]。葉綠素a變化如圖1所示。治理初期，葉綠素a含量明顯降低。6～8月進入汛期，地表徑流為水體引入高負荷氮磷營養鹽和有機污染物，水體藍藻迅速繁殖，因此葉綠素a含量呈明顯上升趨勢。采取生物-生態修復強化治理措施，加大到治理后期，葉綠素a含量降至20μg/L～40 μg/L范圍內，藻類生長得到有效的控制。

2.2水體水質的變化

2.2.1水體COD含量的變化

水體COD的變化如圖2所示，在治理前水體COD含量在87.61mg/L～98.59 mg/L范圍，屬于地表水劣V類。從5月開始，治理過程中投加的微生物菌劑增加了水體中好氧微生物菌群，微生物富集在植物根莖上形成生物膜對水體有機物進行降解，COD的含量逐漸下降。但從6～8月開始，由于夏季雨水污水的匯集排放、大面積的地表徑流的引入導致水體污染物短時間內大量聚集，COD含量呈波動上升趨勢，采取生物-生態修復強化治理措施，到治理后期，采樣點的水體COD含量均達到地表水V類標準。

圖3　治理期間水體NH3-N含量的變化

圖4　治理期間水體TN含量的變化

圖5　治理期間水體TP含量的變化

2.2.2水體NH3-N含量的變化

圖3為水體NH3-N含量的變化，從5月治理初期開始，生物菌劑和植物根系的吸收作用使水體中NH3-N濃度顯著下降。6～8月進入主汛期，地表徑流和生活污水的匯入導致水體的NH3-N含量有所上升，而微生物菌劑起到抑制作用，需要一定的反應周期。根據水體實際情況采取針對性措施，經過強化和后期持續維護，治理后期水體NH3-N含量在1.5 mg/L以下，達到地表水IV類。

2.3.3水體TN的變化

TN是水中各種形態無機和有機氮的總量，包括NO3、NO2和NH4等無機氮和蛋白質、氨基酸和有機胺等有機氮，常被用來表示水體受營養物質污染的程度。由圖4可以看出，治理前水體TN濃度均屬于地表水劣V類標準。6月進入汛期后，汛期雨量匯集成地表徑流和補充水一起匯入水體，導致治理的水域中TN含量有所波動。經過持續采取生物-生態措施治理，TN含量呈現明顯下降，治理后期，水體TN含量在1.8mg/L～1.9 mg/L范圍內，達到地表V類水標準。

2.3.4水體TP的變化

圖4為水體TP含量的變化，治理前除了北河道，其他采樣點水體中TP含量均屬于劣V類地表水。治理期間，因為夏季雨污水和地表徑流的引入，導致水體的TP濃度持續呈上升趨勢，此外，水體中藻類死亡腐爛也會釋放一定量的磷。通過投加微生物菌劑進行生物強化治理，水體TP含量最終在0.03mg/L～0.07mg/L范圍內，達到地表水Ⅱ類，TP含量最終得到了有效地控制。

3　結語

（1）應用生物-生態技術治理德州行政中心水體污染現象，項目實施后，水體COD，NH3-N，TP等水質指標明顯改善。藻類生長受到控制，對水華的爆發起到了較好地防控作用。（2）在治理過程中根據工程運行過程水體水質實時變化情況，直接投加復合微生物菌劑恢復底泥的活性恢復水體自凈能力，從而達到水生態系統的平衡。

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