基于微生物原位修復的黑臭水體底泥治理分析

何云斌，劉書敏，林嫙，趙風斌

1.深圳市天健（集團）股份有限公司；2.同濟大學；3.深圳市市政公司總公司

隨著城市化進程的加快，我國城市也面臨著嚴重的河流污染問題，其中河流黑臭現象非常突出，尤其是那些人口密度大、經濟發展快速的城市。根據相關數據調查顯示，截至2017年上半年，我國216座城市中排查出2100個黑臭水體，并且黑臭水體個數呈逐年上漲的趨勢。即便目前黑臭水體整治工程大力開展，但是許多整治工程只是從源頭或方法上來控制污染物進入河流中，尚未實現對黑臭水體及底泥污染物的完全處置，而且在治理過程中仍然在不斷發生污染問題。由此可知，我國黑臭水體的整治是一項長期且艱巨的任務。

一、微生物修復技術

底泥處理是黑臭水體治理中非常重要的一個環節。在大量黑臭水體監測中，發現污染泥中含有大量的有機物，這些有機物在自然作用下沉淀，最終使得底泥中的有機物含量不斷增加。所以在黑臭水體底泥治理中，需要科學利用微生物修復技術進行治理。

微生物修復技術屬于生物修復中的一種，指的是利用微生物對水體進行修復，這種技術方法的優勢在于費用較低、見效快，且不存在二次污染的問題，所以在黑臭水體底泥修復治理中可采用這一修復方法。值得一提的是，微生物修復技術也有其局限性，主要表現為在黑臭水體底泥修復治理中，需要根據不同特性的底泥來選擇不同的微生物，操作起來相對較為麻煩。

二、微生物修復技術在黑臭水體底泥治理中的應用

（一）項目案例

某城市主要泄洪河道中，由于生活污水的污染形成了黑臭水體。該水體缺氧嚴重，在水體監測中還發現，水中的COD、氮、磷等有機物含量非常高，而這些有機污染物在自然作用下沉淀，使得水體發黑發臭，嚴重影響人們的生產生活。為此，項目采用微生物修復技術對其進行修復處理。

（二）材料和方法

（1）微生物菌群。本次試驗使用的是從黑臭河道底泥中分離出的特殊菌群、生物分解因子等作為微生物菌群，同時添加了一定量的礦物元素。通過使用該產品，不僅能有效分解水體中沉淀的有機物，而且能夠有效改善底泥的質量，進而有效維護河道底泥微生物系統。

（2）載體。本次試驗中的載體選自江西調水人生態環境工程有限公司生產的生態帶，在該生態中，設有好氧、厭氧和兼性厭氧這三個反應區。該生態帶的優勢在于面積大、比重輕、容易固定、穩定性良好等。

（3）試驗裝置。本次試驗中，使用了A和B兩個裝置，并且兩個裝置中均設有曝氣裝置，以及直徑為0.1m、高為0.75m的圓柱玻璃器皿。其中，A裝置中安裝生態袋，且有微生物菌種，B裝置為空白試驗裝置，不添加任何填充物和微生物。

（4）試驗樣品。對該水體進行樣品采集，待采集的樣品沉淀后，對其底泥厚度進行測定，同時測定底泥COD、上清液COD等指標。試樣樣品的各項指標初始值如表1所示。

表1 試樣樣品各指標初始值

（5）測定方法及過程。在式驗過程中，A、B兩個反應裝置每天進行曝氣復氧，待底泥沉淀后，測定其各項指標參數，包括底泥厚度、底泥COD值及上清液COD值。其中，在測定底泥COD及上清液COD值時，先從裝置底部取出試樣，并通過離心、烘干、研磨、恒重等多道操作工序進行測定。在測樣過程中，應確保各項指標測定符合國家相關的標準要求。

三、應用效果分析

（一）底泥厚度變化情況

在本次試驗中，通過A、B兩個裝置對樣品底泥厚度進行測定，圖1為A、B兩個裝置的底泥厚度變化情況。觀察圖1可發現，A、B兩個反應裝置的變化趨勢大致相同，隨著反應時間的延長，底泥厚度逐漸減少。其中，在試驗時間的第1至第3天，A裝置的底泥厚度呈現先增加后減少的趨勢，在第6天、7天時，稍微有所增加，之后一直減少，最終停留在2cm左右。B裝置也與A裝置一樣，在開始的第1天至4天，底泥厚度呈現先增加后減少的趨勢，之后底泥厚度不斷減少，最后停留在4cm左右。

圖1 A、B反應裝置底泥厚度變化情況

A反應裝置添加了微生物菌種，B反應裝置并未添加任何填充物和微生物。從圖1的變化情況來看，添加了微生物菌種的A裝置的底泥去除效果要明顯優于B裝置。而開始的第1天至第3天，A、B兩個反應裝置的底泥厚度之所以表現出不減反增的情況，主要是受到曝氣復氧的作用，使得兩個反應裝置中的好氧微生物大量繁殖，隨著微生物的數量增加，形成結構較為蓬松的菌膠團，所以底泥厚度增加。而A裝置之所以在第3天后，底泥厚度快速減少，主要是因為受到微生物菌種的凈化作用，加快了底泥層的礦化速度，進而使得底泥厚度大大降低，最后在第23天時，底泥厚度達到2cm，并且底泥基本已經無機化，基本達到穩定的狀態，這比B裝置的底泥厚度4cm要低。可見，在黑臭水體底泥修復治理中，采用微生物修復技術，可有效降低水體的泥的厚度。

（二）底泥COD變化情況

圖2為此次試驗中A、B兩個反應裝置底泥COD值的變化情況。觀察圖2可知，A、B兩個反應裝置的底泥COD值變化趨勢基本一致，均是隨著試驗時間的延長而不斷下降。其中，在試驗開始的第1天至第3天，A、B兩個反應裝置的底泥COD值表現為先增加后減少的趨勢。到第30天時，A反應裝置測定的底泥COD值是1572mg/kg，其去除率為92.8%，B反應裝置測定的底泥COD值是6707mg/kg，底泥COD去除率僅為69%。對比來看，增加了微生物菌種的A裝置，其底泥COD去除效果要明顯優于B裝置。

圖2 A、B反應裝置底泥COD變化情況

底泥COD主要來源于底泥中的各種微生物和原有的有機污染。A、B兩個反應裝置的底泥COD值之所以在第1天至3天不減反增，主要是因為在曝氣臭氧的作用下，底泥中的微生物大量繁殖引起。而隨著時間的延長，A裝置的底泥COD去除率比B裝置要好，是因為A裝置中添加了多種微生物菌群，其中還包含一些底泥土著微生物難以降解的有機物，如酚類、苯環類等。

（三）上清液COD變化情況

圖3為A、B兩個反應裝置的上清液COD變化情況，觀察圖3可知，A、B兩個反應裝置的上清液COD值變化情況基本一致，均是隨著試驗時間的延長而不斷下降，并且比底泥厚度、底泥COD變化波動大。其中，A、B兩個反應裝置開始的前幾天波動較大，之后逐漸平緩。經過30天的反應后，A、B兩個反應裝置的上清液COD值基本穩定在70mg/L左右。可見，無論是采用曝氣復氧的方法還是微生物菌種的方法，都能夠對黑臭水體起到很好的處理作用。

圖3 A、B反應裝置上清液COD值變化情況

本文基于黑臭水體治理目標和要求，對微生物修復技術在黑臭水體底泥治理中的應用進行研究分析。在研究過程中，通過設置兩個試驗裝置，將微生物修復技術與常規的曝氣復氧技術進行了對比分析，試驗結果如下：

（1）微生物修復技術對于降低黑臭水體底泥厚度效果顯著，比常規的曝氣復氧技術要好。

（2）微生物修復技術的應用可有效降低黑臭水體底泥COD值，比常規的曝氣復氧技術的底泥去除率要好。

（3）微生物修復技術和曝氣復氧技術均可有效降低黑臭水體底泥的上清液COD，兩種修復方法都對黑臭水體有良好的處理效果。

研究證明，相比常規的曝氣復氧技術，微生物修復技術的底泥處理效果更優，采用微生物修復技術處理可有效改善黑臭水體的水質狀況。目前，我國許多城市普遍存在黑臭水體問題，在黑臭水體治理過程中，可有效應用微生物修復技術進行黑臭水體底泥治理。但需要注意的是，在具體的處理過程中，應充分了解黑臭水體形成的原因，并在此基礎選擇合適的微生物菌種，從而有效發揮出微生物修復技術的作用，進而提升黑臭水體治理的效果。

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城市黑臭水體是百姓反映強烈的水環境問題，不僅損害了城市人居環境，也嚴重影響城市形象。近幾年“讓市長下河游泳”的呼聲反映了百姓對解決和治理城市黑臭水體的強烈愿望。城市黑臭水體整治工作系統性強，工作涉及面廣。國務院頒布實施的《水污染防治行動計劃》（“水十條”）明確，城市人民政府是整治城市黑臭水體的責任主體，由住房城鄉建設部牽頭，會同環境保護部、水利部、農業部等部委指導地方落實并提出目標：2017年年底前，地級及以上城市實現河面無大面積漂浮物，河岸無垃圾，無違法排污口，直轄市、省會城市、計劃單列市建成區基本消除黑臭水體；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；到2030年，全國城市建成區黑臭水體總體得到消除。

如何綜合、系統、具有聯動機制的對城市黑臭水體進行治理，可以采取“七字法”方法進行系統全面有針對性的三位一體（trinity）治理（地、水、大氣），其分別是”截、引、凈、減、調、養、測”。

南方多于北方，城市發展越快的地區城市黑臭水體越嚴重。

城市黑臭水體問題主要有四大原因：

點源污染：排放口直排、污廢水合流制管道雨季溢流、分流制雨水管道初期雨水或旱流水、非常規水源補水等。

面源污染：降水所攜帶的污染負荷、城鄉結合部地區分散式畜禽養殖廢水的污染等。

內源污染：底泥污染、生物體污染、漂浮物、懸浮物、岸邊垃圾、未清理的水生植物、水華藻類等。

其他污染：城鎮污水廠尾水超標、工業企業事故排放、秋季落葉等。