基于生物生態技術處理黑臭水體的研究

李慧穎，劉 瑩，王文祥

（廣東環境保護工程職業學院，廣東佛山 528216）

1 概述

2019年7月，2019年統籌強化監督（第一階段）黑臭水體專項排查情況顯示，全國259個地級城市黑臭水體數量1 807個，消除比例72.1%。全國共有77個城市黑臭水體消除比例低于80%，長江經濟帶98個地級城市黑臭水體數量1 048個，消除比例74.4%，19個城市消除比例為零[1]。黑臭水體中污染物成分較復雜，而水體中的底泥是造成黑臭的主要內源污染物。治理黑臭水體的技術主要有物理、化學和生態-生物方法。物理治理包括常見的底泥清淤疏浚、充氧技術和活水技術。其中底泥清淤疏浚和河道充氧技術使用比較廣泛。化學方法是混凝沉淀，通常是往水體中加入混凝劑（鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽等），使水體中的懸浮物形成絮體后，經沉淀停留至底泥中。生物生態技術具有成本低、無二次污染和操作簡單等優點被廣泛應用。生物生態法治理是通過水生動物、水生植物等來重塑一個良好的生態系統，以水質得到凈化為目標的一種長久有效、經濟可行的技術手段。這些技術主要包括微生物強化技術、水質凈化技術、生態修復技術等。

2 生態修復劑技術

生態修復劑技術一般是指向污染水體中投入高效的本源微生物菌群和微生物促進劑，激活水體中微生物，促進其迅速生長繁殖，清除水體中的污染物質[2]。一種是將酶制劑或微生物菌劑投入黑臭水體，生物菌劑凈化污物操作簡單、花費較低；第二是投加微生物促生劑，可促進河涌中現有微生物的生長繁殖。生物促生劑中含有大量營養物質，可強化微生物的活性，進而提高污染物的去除效率。目前運用較多的是投加微生物菌劑。微生物菌劑的應用包括培養土著微生物、投加促進微生物生長藥劑及目的性微生物的接種等。微生物固定化技術可以快速提升河流中微生物的數量，去除氨氮和有機物的效果顯著，可以改善黑臭水體的水質[3]。

瞿方等[4]向黑臭水體中投加復合微生物菌劑后，各項污染物指標均有明顯好轉。尹莉等[5]研究了固定化工程菌對黑臭河涌的影響，結果表明，NH3-N、TP、COD去除率分別達到100%、45.49%和93.38%。劉成[6]研究了微生物菌劑和生物促生劑聯合作用對黑臭水的凈化效果，結果表明，上覆水體中NH3-N去除率為99.42%、CODcr去除率為74.25%，對黑臭河道有較好的修復效果。張秀芝等[6]開展了投加生物促生劑對黑臭河水凈化的研究。結果表明，生物促生劑可降解性較好，能為硝化與反硝化菌提供所需營養、碳源以及生長微環境總氮去除率可達85%。高艷[7]將生物促生劑與人工曝氣相結合，水質得到明顯改善。

3 水質凈化技術

水質凈化是城市黑臭河涌治理不可或缺的措施，其本質是借鑒污水處理技術來改善黑臭河水質。黑臭水體的水質凈化技術主要包括：生物膜處理技術、微生物燃料電池技術、生態修復技術等。

3.1 生物膜處理技術

王銘源[8]研究采用膨脹床生物濾池 EBF 對水廠工藝升級，在不影響水廠處理能力的前提下，提升水廠對受污染運河水體的凈化能力，研究表明掛膜成功后氨氮去除率高達 81.8%。譚小川等[9]研究不同填料對黑臭水體的治理效果，包含辮帶式生物飄帶、碳素纖維草和阿科蔓生態基。研究表明，碳素纖維草膜上最先出現鐘蟲等微型動物，水質快速好轉，其治理效果優于其他兩種填料。成豪[10]也采用碳素纖維生態草凈化處理小型封閉地表水，證明碳素纖維生態草對水質明顯改善作用。近幾年，碳纖維的應用領域已從市政生活污水推廣至河道、湖泊等。林佩斌[11]等設計出一款黑臭水體智能水質凈化設備，采用模塊化碳纖維作為主體，對 COD、氨氮和總磷均有較好的去除效果。

蔡聆聆等[12]指出曝氣生物濾池在氣浮預處理條件下處理黑臭河水，設施對 COD、NH4-N、TN 的去除率分別約為80%、90%、30%[13]。陳鵬[14]利用接觸絮凝過濾與曝氣生物濾池技術原理，研發了用于處理城市黑臭水體的多級過濾-曝氣生物濾池組合工藝。采用多級過濾-曝氣生物濾池組合工藝處理黑臭水體的現場實驗結果證明該組合工藝對氨氮、COD、濁度、總磷的去除率分別為 85.0%、54.9%、90.0%、54.6%。該組合工藝在降雨時段快速去除顆粒污染物提高水體透明度，非降雨時段能夠穩定高效地去除城市黑臭水體的氨氮。

近幾年來，一些國內外的學者對于生物膜技術中填料的條件優化、類型以及與其他技術的組合等方面進行了一系列研究。其中鋁污泥生物填料[14]、生物炭填料[15]、柱形懸浮填料[16]等都在生物膜對尾水的生物強化凈化及黑臭水體的原位生態修復中具有較高的處理能效。

3.2 微生物燃料電池（MFC）技術

微生物燃料電池技術基于生物電化學原理，將污水或者底泥中的有機物轉化為電能，其良好的環境效應和能源效應受到國內外學者的廣泛關注[17-18]。沉積物燃料電池可利用微生物代謝將底泥中有機污染物作為碳源產生電子，在修復底泥的過程中不需要外加化學試劑，也不需要外加能源就能達到去除底泥中污染物的目的[19]。章恒[20]以沉積物微生物燃料電池為主要方法，研究黑臭河涌底泥典型污染物降解轉化過程，為大規模集成型沉積物微生物燃料電池在河涌治理的應用提供了重要依據。

3.3 生態修復

河涌生態修復處理技術主要包括人工浮島和水生植物處理系統等。人工浮島和人工濕地結合水生植物，已被廣泛用于處理富營養化湖泊等受污染水體。生態浮島（生物浮床），是利用生態學原理人工設計建造的、漂浮于水面上的生物生態設施，能夠降解水體中的氮、磷及有機物質，實現水質凈化。陳謙[21]以某黑臭水體整治項目為例，研究了河涌整治的“生物-生態”凈化技術。采用生態修復技術傳統清淤、活水等工藝具有很大的優勢，能夠促進河涌治理和生態工程相結合，實現良性發展。

4 結束語

國內河道污水治理市場廣闊，治理需求較大，對于大部分城市來說，當前急需解決污染、恢復河流生態功能。對于不同地區的黑臭水體，要根據水體污染程度，當地的環境與條件來選擇相適應的處理技術，同時要發揮組合性技術的優勢，對于大型河道水體治理，常常采用幾種技術組合處理。目前，城市黑臭水體整治的管理機制與運行維護體系尚需完善，應當在整治技術的研究下，建立高效運作的水環境管理體制，加強運行維護體系的完善工作，對于黑臭水體的整治要長期持久地進行下去，這才是當務之急。