微生物原位凈化城市河道黑臭水體應用研究

(1.深圳市博生生物科技有限公司，廣東 深圳 518032；2.吉林建筑大學，吉林 長春 130021)

打好污染防治攻堅戰，是黨的十九大提出的決勝全面建成小康社會的三大戰役之一，是一個時期內經濟和社會發展的重大任務，其中水污染治理是標志性重大戰役之一。加強城鎮黑臭河道治理對維護城鎮的生態環境、美化城鎮的景觀、改善人們居住的環境具有極其重要的意義。2015年，國務院頒布實施《水污染防治行動計劃》，要求2020年年底前，地級以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內。為消除八里溝河道黑臭水體，改善當地生態環境，安徽省潁上縣環保局對八里溝河道水環境進行了治理。

1 工程概況

治理水體工程位于安徽省潁上縣八里溝河道，全長4000m，河寬5～10m，水深1.5～2.5m，其中污泥深0.6～1.2m。由于沿線學校生活污水、部分養豬廢水、村民紅薯制品加工產生的粉漿水未經處理，直接排入河道，導致河水成灰黑色，河面上漂浮大量油污泡沫、垃圾和樹葉等，污染嚴重。河道水體高度厭氧，生態系統遭到嚴重破壞，河道底部有機底泥富集，腐敗菌厭氧使河道發黑、渾濁、散發惡臭，是周邊居民的投訴熱點。2015—2016年監測值顯示為劣Ⅴ類水。

經多次取樣監測，八里溝河道水體COD平均濃度為408mg/L，NH3-N為11.09mg/L，分別超過地表水Ⅳ類水質指標的12.6倍、6.3倍。河道污染及底泥污染主要由外源排入的有機、無機物質和水生生物排泄、死亡等污染物沉積而成，底泥中大量腐敗菌處于厭氧狀態，導致河道生態系統、自凈能力遭到嚴重破壞。2016年10月24—27日八里溝內取樣點監測水質背景值見表1，水質綜合評價為劣Ⅴ類水體。經實地調研，八里溝主要污染來自于西三十鋪仁和“三粉”加工及粉漿水污染，每天排放污水約2600m3，年排放量約900000m3。

表1 治理前八里溝內取樣點監測水質數據 單位：mg/L

2 治理過程

2.1 治理方案及目標

2.1.1 治理方案

結合以往黑臭水體治理的成功經驗以及現場測試結果，擬采用對河道污染水域底泥直接原位凈化方案，即對八里溝及周邊相連通的村莊原有排水溝、塘內接入本源微生物菌群劑和NL濃縮多酶生物催化劑，在強化本體微生物活性，使土著微生物大量繁殖的同時，對污染河道的粉漿水中的有機污染物進行降解，實現河道底泥的生物氧化和污染水體的生物修復，使河道中的溶解氧逐漸升高，從而逐步改善河道微生物體系，提高其生物多樣性，最終建立起良性生態平衡，提高水體自凈能力，從根本上解決河道黑臭的污染問題。治理方案主要包括以下3個過程：

a.先清后補。先在八里溝治理段內，采用專用的低能耗大流量一體化污水速清反應器(國家發明專利號：ZL201410042403.2)，快速消除難降解的有毒物質和腐敗生物，以利于對污染物質的凈化，同時按處理段水量投入NL多酶催化劑，培養繁殖大量優勢土著微生物，聚脫水體、污泥中的油脂；后補即向河流水體投加一定濃度的本源微生物種子菌群劑(國家發明專利號：ZL201210047274.7)分解水中的有機污染物質，一部分有機物被分解成簡單的無機物，另一部分有機物作為菌群生長繁殖所必需的營養物，被吸收而組成新的細胞物質。

b.底泥無機化。通過在河道底泥中接種本源微生物種子菌群劑，原位凈化分解河道內沉積的有機污泥，使微生物在底泥的表層(即泥水界面)形成一層氧化膜，降低底泥有機碳含量，提高底泥氧化還原電位，強化底泥消解和對上覆水體有機物分解的能力，使粘附在河底的污泥逐漸分離脫水，促進底泥營養鹽釋放。因在河道底泥中接種的菌種破壞底泥分層后，會增加底泥層溶解氧，加速對有機底泥的分解和溶解氧的消耗，能快速除臭，平衡水體中微生物群落。

c.水體有氧化。把河床當作天然的生物氧化處理池，采用專用的低能耗大流量一體化污水速清反應器和RUSH-1500-3500型超大流量推流曝氣機，將表層水引入底層，造成異重流，增加水底層溶解氧，滿足生物氧化法的特征要求，實現全水域的好氧凈化環境。通過一體化污水速清反應器、輸送氧氣優化河道的微生物體系，增加高效的微生物種群數，增強微生物降解河水中有機物的速度，迅速提高處理效果，強化河道的自凈能力。

2.1.2 治理目標

接種本源微生物種子菌群劑一周內，水質、底泥達到不黑不臭標準，提升水體中的溶解氧2mg/L以上，持續保持水質不黑不臭。接種40～60天內，主要指標達到并超過國家地表水環境質量(GB 3838—2002)Ⅴ類標準。持續維護7個月后，消減八里溝中有機污泥60%以上，恢復并逐步提高水體自凈能力，達到生態治理修復的目的，此后無須清淤，一年四季水質清澈。

2.2 治理階段

2.2.1 建造溢流壩

在不影響河道水流的前提下，建造兩處溢流壩，降低水流流速，增加污水停留時間，即增加菌種對水體中污染物質的作用時間，使得河道治理段的污泥能得到更有效的消減。兩處溢流壩分別位于南段進入黃溝橋處和北段閘前10m處(進入阜潁河前)，壩面高為正常水位，長15m、寬1.5m，正常水面以上0.3m。

2.2.2 底泥接種

把本源微生物菌群劑直接接種到八里溝及周邊村組內污染的溝、塘底泥中，將溝塘中有機污染底泥作為微生物的定居載體及營養物。根據河道底泥的有機底泥量、有機物濃度、污水量等參數，計算出接種本源微生物菌群劑量約為6000kg、配套培養基約為3000kg(實施投入馴化后菌種約54000kg)、NL多酶催化劑約為5000kg(實施投入稀釋后多酶催化劑約40000kg)。接種時，先用水泵將河水抽至1000L的大桶內，按比例加入馴化好的菌液，攪拌均勻后，用另一個泵以梅花式打到淤泥內，然后順著水流逐步向下游接種(分兩次完成)，這樣能最大限度地使微生物擴散至整條河流中。在河道的底淤泥較厚處，加大接種的微生物量，利于水中有機污染物質分解。將NL多酶催化劑按比例加水稀釋攪拌均勻后，用另一個泵以梅花式打到淤泥內，快速消除難以降解的有毒物質和腐敗生物，啟動生物修復機制，大幅度削減河水和底泥中污染濃度，并強化上覆水體的生態修復效果，以利于對溝、塘中的粉漿污染物質的快速凈化。

2.2.3 水體接種

根據水體污染程度及污水量，計算出每100m接種本源微生物菌群劑260kg，合計10400kg；配套培養基5000kg(實施投入馴化后菌種約93000kg)；按底泥深度比例計算每100m投入NL多酶催化劑260kg，合計10400kg(實施投入稀釋后多酶催化劑約52000kg)。

2.2.4 曝氣充氧

根據水體污染程度，在9個排放口附近共加裝15臺超大流量推流曝氣機和2臺污水速清反應器，快速強化有效微生物生長，消減河道上游的有機污染物，使河道內污水快速澄清，提高河流水體中有效微生物的抵抗能力，增加污染河流水體中的溶解氧，消除河水黑臭問題。

2.3 治理效果

處理后河道污水COD濃度變化見圖1，河道COD下降趨勢明顯，特別是在第二次微生物菌群劑投加曝氣后，河道治理段COD約為60～70mg/L，已基本達到地表水Ⅴ類標準。2017年2月9日，對現場河水水質進行檢測，發現微生物群落已經形成，直觀地反映出經采用了微生物原位凈化后，八里溝治理段的水質不黑不臭，水體呈現綠色，河水水質清澈。2月21日對八里溝河道水深進行測量，水深由治理前的1.5～2.5m增大至2.0～3.6m，污泥消減約0.7～0.9m。

圖1 八里溝投加微生物菌群劑后取樣點COD的變化

2017年3月12—13日，該縣環保局委托第三方監測機構對1～5號取樣點水質進行了監測，其中1號取樣點監測數據見表2，可見治理后水體溶解氧、高錳酸鉀指數、氨氮、總磷等指標均達到地表水環境質量Ⅴ類標準。八里溝黑土洼橋南治理前后現場對比見圖2、圖3。

表2 1號取樣點數據(2017年3月12—13日)

圖2 八里溝黑土洼橋南治理前

圖3 八里溝黑土洼橋南治理后

3 治理費用及應用領域

3.1 治理費用

該治理工程總造價為637.69萬元，治理費用約600萬元，包含1年的維護費用，合同期為2016年12月至2018年3月。為保持治理效果，2018年潁上縣環境保護局委托深圳市博生生物科技有限公司對項目進行維護保潔，工程內容包含投加菌種、生活垃圾清理等，費用約100萬元。后續河流已經恢復自凈能力，無需再投加微生物菌種。

3.2 工藝優勢

本試驗選用的本源微生物菌群劑為深圳市博生生物有限公司專利產品(國家發明專利ZL2006100608953，國家發明專利ZL201210047274.7)，其在廣東、江蘇、浙江、安徽、陜西等地河流污染治理及底泥減量治理中取得了成功。與其他黑臭水體治理工藝相比，微生物菌劑凈化城市河道黑臭水體方案具有如下優點：?污染物就地處理，操作簡便，對周圍環境干擾少；?費用低廉，見效快，無須土建工程投入；?持續運行維護，水體的溶解氧能力穩步提高，水體透明度還會進一步增加，有效地解決區域性河流的污染，穩定河水水質持續惡化的問題；?河底污泥會逐步減少，無須清淤。與物理方法、傳統生物法、生態修復技術等方法相比較，其特點詳見表3。

表3 河道污染生態修復方法對比

3.3 應用領域

原位凈化微生物生態修復技術已成功應用于河流(湖泊)水質直接凈化、污泥消減，生活污水處理廠污泥消減，化糞池直接凈化中水回用，農藥廢水、高鹽高濃度工業有機廢水以及制藥、印染、制漿造紙等廢水治理，取得了良好的治理效果，得到了有關專家的高度評價，一致認定該技術已處于國內領先水平，填補了國內微生物污水直接凈化處理技術的空白。

4 結 論

采用微生物菌劑凈化八里溝河道黑臭水體治理項目，通過約60天的治理，河道水體由治理前的劣Ⅴ類提升至地表水Ⅴ類水質，八里溝內的土著菌被激活增殖，效果明顯，河道內初步形成了菌藻生態系統，河底污泥削減在60%以上，得到了沿河居民的普遍贊譽。該治理方法投資少、運行費用低，無二次污染，處理效果長效穩定，可作為一種長期性河流生態保潔措施，是符合現代河流水質狀況的水體凈化技術，也是當前國內水生態環境建設的迫切需要，值得在城鎮河道黑臭水體治理領域廣泛推廣采用。