微生物水質(zhì)改善原位處理技術(shù)在潘家口水庫的應(yīng)用研究

王少明 王雄偉 陳月妹

(1. 水利部海委引灤工程管理局，河北 唐山 064300;2. 北京萬潤華夏環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 100085；3. 河北省寬城縣水務(wù)局，河北 承德 067600)

1 概 述

潘家口水庫位于河北省灤河干流上，是天津、唐山兩市重要的飲用水水源地。由于受灤河上游入庫水質(zhì)以及水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚的影響，水庫總磷、總氮含量呈明顯上升趨勢，目前水質(zhì)為Ⅴ類水標準，水體呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化。由于水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚的污染負荷比重已占到潘家口水庫、大黑汀水庫總污染負荷的30%以上，其中總磷負荷占57%以上，成為水庫的主要污染物。為保證潘家口水庫水質(zhì)安全，必須對水體中的磷進行消減，為此，在潘家口水庫下池開展了水生態(tài)立體調(diào)控技術(shù)示范，原位處理下池水庫水體，獲得了較好效果。

2 試驗區(qū)點位布置及技術(shù)應(yīng)用

選擇潘家口水庫下池作為實驗基地，試驗區(qū)域見圖1。潘家口水庫下池位于主壩下游6km處，是潘家口水庫抽水蓄能電站的調(diào)蓄水庫，總庫容3168萬m3，有效庫容1000萬m3。

2.1 試驗區(qū)及檢測

由于下池水域面積大，抽水蓄能發(fā)電導(dǎo)致下池水位經(jīng)常變動，且試驗區(qū)域內(nèi)外有部分水體交換，對試驗結(jié)果會產(chǎn)生影響。在下池庫區(qū)選取約0.25km2的水面進行試驗。試驗區(qū)選取人員能夠進出方便，便于運送材料、設(shè)備的區(qū)域。試驗設(shè)備采用裝卸式綜合自動投送平臺，按照不同水深通過計量泵向試驗區(qū)精準投送微生物制劑。

在實驗區(qū)域選擇5個監(jiān)測點位(圖1)。每個點位按照表層、1m、2m和3m水深取樣檢測。根據(jù)方案按照步驟進行現(xiàn)場試驗，試驗期為2016年7月15日—8月15日，水質(zhì)檢測部門在現(xiàn)場采集實施“三步法”前后各點位的樣品，對水體中的TP、TN進行檢測。

圖1 試驗區(qū)域及檢測點位

2.2 采用的技術(shù)工藝及原理

本研究采用“三步法”水質(zhì)改善及水態(tài)修復(fù)技術(shù)，技術(shù)原理見圖2。

在試驗區(qū)內(nèi)集成了微生物固定化技術(shù)、純天然材料的生物膜技術(shù)、生化協(xié)同與緩釋技術(shù)、靶向菌群馴化和低溫發(fā)酵等多項技術(shù)。通過 “三步法”工藝和方法，調(diào)控內(nèi)外源污染轉(zhuǎn)移，對水體微生態(tài)進行復(fù)建與藻相控制、底泥原位消減和底棲生態(tài)改良、修復(fù)，進而達到水體還清、持續(xù)長效的目的。即以水體和底泥解毒為前提，降低或去除有毒有害物質(zhì)生物細胞的危害，給微生物營造適宜生長和生存的環(huán)境，使其最大限度發(fā)揮分解功能，持續(xù)改善水環(huán)境。

圖2 三步法工藝機理

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

采用“三步法”水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)，利用生化協(xié)同的方法，前期投送解毒除臭劑及活水劑等產(chǎn)品，通過釋放新生態(tài)氧、提高氧化還原電位和鏈式反應(yīng)系統(tǒng)，將長鏈大分子降解為小分子，后期投放靶向微生物，由靶向微生物菌群降解，達到長效修復(fù)，水生態(tài)重建的目的。

3.1 水體處理前后總磷的對比分析

3.1.1 解毒除臭和水質(zhì)還清

通過小試初步確定材料計量和實施步驟，根據(jù)實際水域情況和下池水體水質(zhì)檢測情況進行調(diào)整。依照初步試驗確定的時間間隔和步驟，采用水上自動投送平臺，將解毒除臭劑和活水劑等材料按照設(shè)定深度投送到水體中。各點位處理前后的總磷檢測情況及不同水深總磷的去除率見圖3、圖4。

圖3 各點位TP處理前后對比

圖4 各點位不同水深TP的去除率

從圖3可以看出， 5個點位在同一水深和每個點位的不同水深TP數(shù)值是不同的，整個水域TP的分布是不均的；隨著水深增加TP數(shù)值也逐漸增大，深水污染程度高于表層。

從圖4可以看出，TP的去除率隨著水深的增加而增大，說明產(chǎn)品投送是均勻而有效的，未受到水深影響。TP的去除率表層、深1m和深2m分別為47.73%～61.7%、58%～61.7%和61.82%～69.23%，說明該項技術(shù)和產(chǎn)品對降低TP是有效的，接近Ⅲ類地表水的TP標準值。

3.1.2 投入靶向微生物

投入靶向微生物的目的是生化協(xié)同降解污染物，激活水體中有益菌，達到長效修復(fù)作用。投放靶向微生物制劑前后各點位總磷變化情況及不同水深總磷的去除率情況見圖5～圖10。

圖5 1號點位TP變化曲線

從圖5～圖9的曲線可以看出，不同點位、不同水深TP的變化規(guī)律是相同的，隨著時間增長前期指標稍有增大外，TP隨時間增長而減小；表層的指標比深水

圖6 2號點位TP變化曲線

圖7 3號點位TP變化曲線

圖8 4號點位TP變化曲線

圖9 5號點位TP變化曲線

圖10 各點位不同水深TP去除率

的指標低，同一時間的空間上，TP從表層到水下3m指標逐漸增大，水深的地方指標高，與水體中溶解氧含量及微生物代謝的環(huán)境有關(guān)。TP的分布是不均勻的，在同一深度不同點位的TP指標有所不同。

從圖10可以看出除2號點位，TP的去除率隨深度增大而降低，2號點隨深度增加曲線峰值TP值相對較大，曲線終端值相近，所以去除率隨深度增大而增大；1點、3點、4點、5點位深度1m的去除率高外，均隨深度增大去除率降低，也即表層去除率高。1點、2點、3點、4點和5號點位TP去除率范圍分別為45.45%～73.33%、47.83%～66.67%、53.85%～74.19%、41.94%～62.50%和36.11%～58.82%。

由于抽水蓄能電站的運行，下池庫區(qū)水位經(jīng)常變動，受水體交換影響，前期已將長鏈大分子變?yōu)樾》肿樱尫判律鷳B(tài)氧，投入菌群后微生物需要適應(yīng)環(huán)境，所以初期兩天TP的指標有所增加，隨靶向微生物代謝作用增強，TP指標逐漸降低。

3.2 總氮的變化

3.2.1 解毒除臭與水質(zhì)還清

在水體中投放解毒除臭產(chǎn)品后，各點位總氮量及不同水深下總氮的去除率情況發(fā)生了相應(yīng)變化，見圖11、圖12。

圖11 各點位TN處理前后對比

圖12 各點位不同水深TN的降解率

從圖11可以看出，試驗前水域不同點位和同一點位不同深度的TN濃度大致相同。從圖12可以看出，投入產(chǎn)品后各點位以及同一點位不同深度TN濃度均有不同程度降低，表層、水深1m和2m降解率分別為50.19%～57.87%、37.93%～60.13%和33.19%～58.82%，說明該項技術(shù)和產(chǎn)品對深大水體或大水域降低TN是可行的，且效果明顯。

3.2.2 投加靶向微生物菌群

在水體中投放靶向微生物制劑后，各點位不同水深總氮量與不同水深下總氮的降解率發(fā)生了相應(yīng)變化，見圖13～圖18。

圖13 1號點TN變化曲線

圖14 2號點TN變化曲線

圖15 3號點TN變化曲線

圖16 4號點TN變化曲線

圖17 5號點TN變化曲線

圖18 不同點位不同深度TN降解率

從圖13—圖17的曲線可以看出，不同點位、不同水深TN的變化規(guī)律是相同的。各點位均于8月9日出現(xiàn)濃度最高點，然后時間增長而不斷降低，曲線上凸形，說明投加靶向微生物對各點位TN的降解是有效的。

從圖18可以看出，除3號點位外，1、4、5各點位均呈現(xiàn)出表層TN降解率高于其他水深的降解率，雖然2號點位的深層TN降解率略高于表層，綜合來看，表層TN降解率應(yīng)高于其他水深。3號點位深1米的TN降解率高于其他水深的TN降解率。總的趨勢是TN的降解率隨深度增大而降低。1、2、3、4、5點位的降解率范圍分別為51.46%～72.46%、43.72%～59.85%、61.28%～77.62%、54.86%～69.06%和31.62%～72.08%，說明靶向微生物菌群對降低TN效果明顯。

4 結(jié) 語

研究表明：“三步法”水體除臭、還清工藝和方法對大水深水體或大中型水庫污染治理技術(shù)上可行，便于實施且效果明顯。在不考慮水位和水體交換影響的前提下，投放解毒除臭劑和活水劑等微生物制劑對各點位不同水深TP 的去除率47.73%～69.23%，對TN的降解率33.19%～60.13%；靶向微生物菌群對各點位不同深度TP的去除率36.11%～74.19%，對TN的降解率31.62%～77.62%。

建議對大水深水體或大中型水庫進行污染綜合治理前，應(yīng)調(diào)查和擁有水文、河相、進出水量及污染源等數(shù)據(jù)資料，均勻布置投料位置和檢測點位，治理水域盡可能全水域進行，便于更好制定方案。