城市代表性內(nèi)部河段原位水體治理研究

曹慶穗++褚芳 白強(qiáng) 陸利鋒++曹建峰

摘要：由于城市水體環(huán)境的不斷惡化，污染的黑臭水體直接影響到城市形象及居民的日常生活。以代表性的城市內(nèi)部河段為樣本采用高效生物填料+曝氣技術(shù)進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明生物填料+曝氣技術(shù)治理黑臭水體，成本低，見效快，能夠迅速氧化分解致黑臭物質(zhì)，有效和快速改善水體的黑臭狀況，減緩底泥釋放磷的速度。一般情況下4～5個(gè)月，氨氮基本去除，降磷>20%，Ⅴ類以下的河流可恢復(fù)至Ⅳ類以上。

關(guān)鍵詞：城市河流；水體修復(fù)；高效生物填料；曝氣增氧

中圖分類號： X522文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0496-03

收稿日期：2016-10-19

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（15）1004-06]。

作者簡介：曹慶穗（1968—），男，江蘇南京人，碩士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究。E-mail：820994506@qq.com。

城市河流，流經(jīng)繁華區(qū)域的絕大部分受到不同程度的污染，其中低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 3828—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中V類水體的占38%，我國市區(qū)內(nèi)有河流的城市占到總數(shù)的80%以上[1]。城市河流水體污染普遍嚴(yán)重，解決水體污染和黑臭問題已經(jīng)是城市環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急。我國河流的污染主要為有機(jī)污染，有機(jī)污染物在微生物分解作用下成為簡單的無機(jī)物，同時(shí)消耗大量的溶解氧，使水體缺氧、厭氧。水體惡臭：厭氧菌繁殖分解產(chǎn)生甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）、 氨（NH3）等發(fā)臭氣體。水體發(fā)黑：厭氧使Fe、Mn等重金屬毒性還原，形成FeS、MnS使水體發(fā)黑。水體富營養(yǎng)化： 氮磷含量增加，造成水體富營養(yǎng)化，形成藻類“水華”。

水體污染的治理主要采取的方法，物理法治理主要是截污分流、引水沖污、底泥疏浚等；生物法治理修復(fù)河流技術(shù)主要是曝氣復(fù)氧、生物接觸氧化、生態(tài)修復(fù)；化學(xué)法治理河流技術(shù)主要是化學(xué)除藻及重金屬的化學(xué)固定。治理黑臭水體不僅投資巨大，而且治理周期漫長。由于各地控制水污染的基礎(chǔ)設(shè)施不平衡，污染型河流在我國會長期存在，治理黑臭水體也將是一個(gè)相當(dāng)長期的過程。對無法實(shí)施截污的受污染水體，需要采用原位強(qiáng)化治理，快速高效降低污染負(fù)荷，消除黑臭，使水體標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到Ⅳ或Ⅴ類，恢復(fù)水體好氧生態(tài)。

河道曝氣技術(shù)具有占地面積小、設(shè)備投資少、運(yùn)行簡單、水處理量大等優(yōu)點(diǎn)，且無二次污染，其費(fèi)用僅為達(dá)到同樣處理效果的污水處理廠投資的1/4以下。作為一種投資少、見效快的河流污染治理技術(shù)在很多國家被優(yōu)先采用[2]。它的處理過程是將曝氣設(shè)備加于污水之中，然后對污水進(jìn)行攪拌，使空氣中的氧能夠很快地移動，加強(qiáng)河道內(nèi)微生物與有機(jī)物的結(jié)合，確保微生物群能夠發(fā)揮出分解污染物的作用，因此，曝氣設(shè)備的應(yīng)用對環(huán)境工程污水處理問題有著重要意義[5]。

德國萊茵河和英國的泰晤士河在污染治理時(shí)均采用了河道增氧技術(shù)。德國為了改善萊茵河的水質(zhì)，在萊茵河沿岸興建了污水處理凈化設(shè)備，特別是魯爾河段建設(shè)了許多水利工程與污水處理廠，并利用向河中充氧的措施，以進(jìn)行水污染的治理和預(yù)防。英國為了更有效地治理城市生活污水，將1936年以后在泰晤士河流域興建的190多個(gè)小型污水處理廠合并成15個(gè)較大的處理廠，并進(jìn)行了大規(guī)模的改建、擴(kuò)建和重建，大大提高了治污的力度和效果，另外，泰晤士河流域廣泛采取人工充氧措施，如在泵站處充氧，向泰晤士河支流和污水處理廠的排水充氧，向火電廠冷卻水充氧，向河流DO最低點(diǎn)處充氧，以及在暴雨時(shí)期充氧等，以降低污染負(fù)荷，恢復(fù)水體生態(tài)修復(fù)功能[3]。

[JP2]本研究團(tuán)隊(duì)吸取了國際及國內(nèi)河道治理的成功經(jīng)驗(yàn)，于2016年9月采用瑞盛自主技術(shù)RSH超微孔軟管曝氣技術(shù)（專利：ZL2013 20753898）進(jìn)行污染河道充氧，并結(jié)合瑞盛自主的AOS生物處理技術(shù)（專利：ZL2013 20110786.3），對具有代表性的城市內(nèi)部污染河道進(jìn)行了現(xiàn)場原位水體治理的研究。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1河流概況污染河道為周長約406 m（實(shí)際治理長約300 m），寬8～40 m的環(huán)形河流；島周長325 m岸坡植被較好。

1.1.2水環(huán)境質(zhì)量COD：26.5 mg/L（劣Ⅴ類）、TN：1.7 mg/L（Ⅴ類）、氨氮：2.3 mg/L（劣Ⅴ類）、DO：1.9 mg/L（劣Ⅴ類），水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)為劣V類。

1.2試驗(yàn)裝置與方法

1.2.1UltraDO-高效曝氣復(fù)養(yǎng)技術(shù)采用技術(shù)為自主專利技術(shù)（發(fā)明專利），獨(dú)創(chuàng)工藝加工，獨(dú)特孔型流道流暢，孔口區(qū)域無應(yīng)力集中，氧利用率高（利用率15%～65%，水深1～6 m），動力效率高[曝O2 2.67～16.39 kg/（kW·h），水深 1～6 m]，能耗低（節(jié)能﹥30%），可使用太陽能。性能穩(wěn)定可靠，曝氣管曝氣孔有自閉功能，可在線清洗，不堵塞，可間續(xù)運(yùn)行，免維護(hù)使用，壽命長。

2種結(jié)構(gòu)模塊裝置施工便利，可現(xiàn)場直接布置施工（圖1、圖2）。

1.2.2黑臭水體原位治理技術(shù)UltraBF生物富集，有效生物菌高濃度聚集（達(dá)到傳統(tǒng)技術(shù)的10～20倍），形成的生物膜外層為好氧菌，中間為缺氧菌和內(nèi)層為厭氧菌，形成n個(gè)A2O生物分解工藝。在DO為8 mg/L時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，具有高的脫氮、除碳和去磷能力；DO﹥1 mg/L時(shí)，可不用人工供氧，在水溫4 ℃時(shí)正常運(yùn)行，不受季節(jié)水溫影響，處理污染物的效率高。

[JP2]污泥減量70%，不用清理底泥活性生物菌富集在特殊構(gòu)造的填料上，有效生物菌生命周期長（為傳統(tǒng)技術(shù)的1～2倍），不隨水流流失，最大程度地減少了無用菌（污泥）的產(chǎn)生。

生物菌無需異地接種，完全實(shí)現(xiàn)河流原地自培養(yǎng)（圖3、圖4）。

1.2.3污染河道修復(fù)裝置布局曝氣器和生物填料布設(shè)時(shí)，結(jié)合河流景觀需要和水動力學(xué)特征，如緩流區(qū)布設(shè)線裝曝氣器；岸邊布設(shè)環(huán)狀曝氣器（圖5）。

1.2.4污染河道原位水體治理處理工藝中試方法見圖6。

2結(jié)果與分析

2.1生物填料+曝氣治理后DO的濃度變化

由圖7結(jié)果可知，單純生物填料處理：前期DO上升，但因?yàn)闊o曝氣，微生物缺氧死亡，DO下降。單純曝氣處理：DO開始呈明顯增加趨勢，后趨于緩和。生物填料+曝氣處理：趨

[FK（W+21mm][TPCQH6.tif；S+2mm]

勢同曝氣，DO略小于曝氣，這是由于微生物生長需要一定的DO。

[TPCQH7.tif]

2.2生物填料+曝氣治理氨氮的變化

由圖8可知，3種處理下，生物填料+曝氣方法氨氮下降效果最好。

[TPCQH8.tif]

2.3綜合評價(jià)

2015年9月8日，污染河道治理前水質(zhì)是劣Ⅴ類。考慮到河道污染情況和水體自然概況，通過中試結(jié)論，采用原位水體生物填料+曝氣技術(shù)進(jìn)行治理。至2015年9月28日，期間每隔2～3 d曝氣5 h，經(jīng)測定，污染河道治理后水質(zhì)是Ⅳ類，總氮從1.9 mg/L降到0.8 mg/L，去除率為57%；COD從26.5 mg/L降到4.3 mg/L，去除率為84% 。

經(jīng)測算，長300 m寬20 m河道曝氣能耗<70元/d。

3結(jié)論與討論

采用原位水體AOS生物填料+RSH曝氣技術(shù)進(jìn)行城市水體的治理，將污水生物處理工藝延伸至被污染的河道黑臭水體，視河道黑臭水體為污水處理工藝生物反應(yīng)器的擴(kuò)展，并針對性地適應(yīng)黑臭水體的水動力特性，在河道原位治理消除黑臭，徹底治理污染水體，恢復(fù)其自凈能力和自然生態(tài)環(huán)境。通過試驗(yàn)河道治理前和治理后的衛(wèi)星地圖顯示，治理前水體明顯發(fā)黑，治理后水質(zhì)明顯得到改善（圖9、圖10）。

AOS生物填料對黑臭水體高效脫氮除磷，從根本上治理重污染水體。AOS技術(shù)培養(yǎng)的活性生物菌富集在特殊構(gòu)造的填料上，不隨水流流失，最大限度地減少了無用菌（污泥）的產(chǎn)生，極少產(chǎn)生污泥，不用清理河底污染底泥。AOS技術(shù)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，生物菌無需異地接種，完全實(shí)現(xiàn)河流原地自培養(yǎng)。

RSH超微曝氣對喪失自凈能力的黑臭水體充氧，提高溶氧濃度，溶解氧是建立菌-藻生態(tài)系統(tǒng)，啟動自凈能力的關(guān)鍵[6]，可鈍化底泥[7]，抑制底泥中磷和氨氮釋放[8]。增加好氧微生物的數(shù)量和活力，能夠迅速氧化分解致黑臭物質(zhì)，有效和快速改善水體的黑臭狀況，減緩底泥釋放磷的速度。RSH技術(shù)優(yōu)異的攪動混合功能改善水體的流動性，有利于氧的傳遞，擴(kuò)散以及液體的混合，進(jìn)一步提升了河流的自凈能力。

AOS技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，在水溫0～40 ℃均可運(yùn)行，不影響生化分解處理效果，一般情況下4～5個(gè)月，氨氮基本去除，降磷>20%，Ⅴ類以下的河流可恢復(fù)至Ⅳ類以上。RSH軟管曝氣充氧技術(shù)治理應(yīng)用方便、迅速，可有效改善水體的黑臭狀況，不影響沿流域的生產(chǎn)生活及通航，高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)技術(shù)的50%左右。

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