城市黑臭河道生態修復集成技術研究

劉愛寶 朱輝 曹惠忠 趙忠貝 王迎蒙

摘? 要：該研究以南京市某黑臭河道為例，通過對其污染現狀的綜合分析，采用微納米曝氣—固定化微生物—浮島濾床一體化生態修復集成系統分別從水體增氧、微生物負載增殖、植物吸收降解、填料吸附等途徑對黑臭水體進行全面水質凈化，使處理后河道水體消除間歇性黑臭，水體DO提高2～3mg/L，部分水質指標達到或優于地表V類水標準。

關鍵詞：黑臭河道? 生態修復? 集成技術

Abstract： The study choose a black-odor River in Nanjing as an example to analysis its pollution status synthetically. Then， the integrated ecological restoration system include micro-nano aeration technology， immobilized microorganisms and Biological Floating Island were used to treated the black-odor River. The black-odor water were purified by following ways： to Increase oxygen enrichment， to improve microbial load and to adsorption of plant and bio-fillers. After the treatment， The dissolved oxygen （DO） are improved 2～3mg/L and some Water Quality Indicators have reached or surpassed surface water standard class V in the black-odor River.

改革開發以來，我國的經濟快速發展，城鎮化進程加快，環保意識和環境污染治理技術等相對落后，重點污染重工企業有機廢水的無底線無處置的直接排放，和市政污水管網建設的滯后性，導致城市河道生態系統壓力增大，致使水質劣化，水體中COD、N、P等污染物濃度嚴重超標，造成水體富營養化，進而導致水體黑臭。此外，由于部分河道的水循環能力差、水體流動性弱，導致水生動植物生存環境無法改善，直接影響河道的水體自凈能力，進而出現黑臭現象[1-3]。

河道不僅具有泄洪、行洪、蓄水及城市建設景觀性要求的功能，還有城市重要的地下水源補給功能，是水生態環境的重要載體。城市河道生態環境對人們生產、生活起著至關重要的作用，黑臭河道治理已成為我國亟待解決的水環境污染問題。

該項目以南京市某黑臭河道為例，采用微納米曝氣[4-6]、固定化微生物、浮島濾床一體化集成技術進行治理，貼合城市黑臭河道實際水質特征，具有很高的先進性和適用性。

1? 黑臭河道治理前現狀分析

該河道位于南京市，全長約450m，寬約10m，河道水環境治理前狀況為：沿程有多處排口，入河污染負荷極高;水體呈現灰白色，水體渾濁不堪，透明度為0.1m，有明顯臭味;項目段兩段被攔截，水動力缺失;淤泥厚度約0.6m，全段存在底泥上翻現象，底泥內源污染嚴重。

經河道現場進行勘察，對該河道上、中、下游進行水質采樣分析，得出該河道全段氨氮（19.94～24.3mg/L）、總磷（5.13～6.21mg/L）、COD（88.83～113.63mg/L）均呈劣V類，溶解氧幾乎為零，檢測不出，河道完全喪失自凈能力，由于上游排口大量污染負荷的排入，上游污染物濃度全部高于中下游。中游斷面較上游斷面相比，COD下降29.8%，氨氮下降16.9%、總磷下降17.3%，說明上游污染物通過稀釋作用濃度有所降低。下游斷面較上游斷面相比，COD上升11.3%、總磷上升0.05%，說明中下游之間有新增污染源排入。根據城市黑臭水體整治指南，可將該河道判定為重度黑臭河道。

2? 生態修復集成技術內容

2.1 微納米曝氣

微納米曝氣裝置可產生微納米級的細小氣泡，能快速地溶解于水體中，使納米微氣泡具有更強的凈化能力。該曝氣裝置在有效凈化水質的同時，還可減少一定能耗，具有很強的適用性，是一種有效改善河道水環境的曝氣方式。

該項目在黑臭河道河布設微納米氣泡曝氣設備4套，單套設備設計充氧能力約2.0～5.0kg/h，氧利用率30%～60%，通過微納米氣泡設備對水體進行強化復氧，提升水體溶解氧，依靠微納米氣泡獨特的理化作用降解水中污染物，消除水體黑臭，實現高效復氧與微生物活化，促進浮島濾床植物和漂浮植物的根系發育以及河道內的生物降解作用。

2.2 固定化微生物

采用的新型填料固定化微生物技術對復雜水質具有較強的適應性，載體上固定了大量活性強的微生物，固定好的微生物消耗或吸收污水中的污染物而繁殖生長，是具有強大功能的分解者，提高了水體凈化功能。由于城市河道具有平穩的水力學性質和相對穩定的污染物濃度，極大減少了固定化微生物技術修復工程的技術難度。

固定化微生物[7-8]的使用是為了富集土著微生物形成生物膜，增強土著微生物系統對污染物的降解凈化能力。固定化微生物作為土著微生物富集掛膜載體;比表面積大，有利于生物膜的形成，能夠長期攔截凈化污染，吸附水體懸浮物，提高水體透明度。

該項目采用的新型填料固定化微生物技術，布設在水面以下，設計布設面積約900m2。固定化微生物布設在河道中央，沿河道水流方向間隔布設，水草固定在混凝土預制底座，仿生人工水草長度500～600mm，大于2束/m2。固定化微生物材質選用微生物掛膜能力強，比表面積大的親水性材料。

2.3 浮島濾床

現有的生態浮島功能單一，只有種植在生態浮島上的植物及植物根系附著的微生物能吸收和轉化污染物，生態浮島的其他裝置對污染水體沒有治理功能;而且植物根系吸附和生物吸收除去氮、磷所需要的時間往往都是十幾個小時或者幾十天，且貢獻較小，限制了其在黑臭河道治理中的應用[9，10]。

該項目采用吸附陶粒作為組合浮床中的改進基質，強化生態浮島對水體中污染元素的吸附性能，增加微生物量，明顯提高污染物處理效果。在該河道兩岸駁岸上建設浮島濾床挺水植物帶，設計布設面積約600m2。

浮島濾床通過濾床填料吸附過濾水中污染物，植物根部、根際微生物吸收氮、磷等營養鹽，實現污染物的分解、礦化，同時浮島濾床可有效抑制藻類的生長，使水體透明度大幅度提高，提升景觀效果。通過系統中的高效聚N、P多孔介質以及土著微生物和水生植物的作用，將水體中的CODcr、N、P等污染物去除，達到凈化水體的目的。

微納米曝氣—固定化微生物—浮島濾床一體化生態修復系統分別從水體增氧、微生物負載增殖、植物吸收降解、填料吸附等途徑對黑臭水體進行全面水質凈化，逐漸消除水體黑臭情況，通過該技術的成功實施，得到該項目處理前后的現狀圖如圖1所示。

3? 結論

（1）消除河道間歇性黑臭，水體透明度等感官指標提升，水體DO提高2～3mg/L，部分水質指標達到或優于《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）V類水標準。

（2）微納米曝氣裝置空氣利用率可達30%以上，微氣泡在水體中可停留2h以上，且比傳統曝氣技術能耗降低30%左右，設備滿足《聲環境質量標準GB 3096-2008》的兩類聲環境功能區要求。

（3）固定后微生物在河道中能較長時間、穩定地占據優勢，局部水域形成微生物數量上的優勢;啟動時間短;菌種流失量小;微生物抗沖擊能力強。

（4）采用吸附陶粒作為組合浮床中的改進基質，強化生態浮島對水體中污染元素的吸附性能，從而豐富了生態浮島的凈化原理，達到改進和提升生態浮島凈化效果的目的。

（5）采用生態處理技術，既有河道整治功能又具有景觀生態效應。

參考文獻

[1] 廖偉伶，黃健盛，丁健剛，等.我國黑臭水體污染與修復技術研究現狀[J].長江科學院院報，2017，34（11）：153-158.

[2] 田建波，范擎虹.淺析我國黑臭水體現狀及整治技術[J].技術與市場，2016，23（8）：65-66.

[3] 楊偉.城市黑臭河道治理方法的研究與應用現狀[J].工程技術研究，2018（3）：255-256.

[4] 魏婕，蔣毓婷，李軍，等.微納米氣泡特征及其在環境治理中的應用[J].環境工程，2018，36（10）：75-79.

[5] 翟偉哲，王永剛，王旭，等.微納米氣泡的特性及在水處理技術上的應用研究[J].環境科學與管理，2018，43（7）：95-98.

[6] 賈紫永，劉強，伍靈，等.微納米曝氣技術在黑臭河道治理中的應用研究[J].化工管理，2017（36）：106.

[7] 湯瑤.關于固定化微生物技術對坑塘黑臭水體的凈化探討[J].節能，2019（5）：138-139.

[8] 寧梓潔.固定化微生物對黑臭水體凈化技術研究[D].沈陽大學，2019.

[9] 孫真，陳涵肖，付尚禮，等.生態浮島處理微污染水體綜述[J].環境工程，2018，36（12）：10-15.

[10] 陳文佳.新型河道修復的生態浮島探究[J].建材與裝飾，2018（34）：294-295.