城區水系綜合整治工程中ISSA PGPR生態修復技術應用效果分析

張媛媛

（北京金河水務建設集團有限公司，北京 102206）

0 引言

大興區水系綜合整治（含黑臭水體治理）工程主要采用ISSA PGPR（In Situ Selective Activation Of PGPR）原位生態修復技術進行河道治理，該技術通過生態修復劑的加注和生態反應池的運行實現對PGPR 進行激活的目的。其設備由反應系統、循環系統、電器控制系統組成，其設計科學、配置優化、功能強大、適應性廣，安裝于岸上，便于維護。生態修復系統是一種原位PGPR 微生物激活設備，它能夠提供半封閉的內部環境，并且具有自動將外部水環境中的PGPR 微生物送入內部進行激活后，再將激活后PGPR微生物送回外部水環境的功能。

1 研究方法

根據大興區城區水系綜合整治（含黑臭水體治理）工程的涵蓋范圍分別在老城片區、城南片區、城東片區和新城西片區各設置2個采樣點，共8個采樣點，并分別在2018年7月、10月（豐水期），2019年1月、4月（枯水期），2019年7月、10月（豐水期）和2020年1月、4月（枯水期）內共進行8次采樣。在距離表層水體0.50 m深的范圍內采樣后將樣本送至實驗室進行分析檢測，其中化學需氧量、pH 值等元素的檢測采用《地表水環境質量標準》所提供的方法，總磷采用鉬酸銨分光光度法檢測，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法檢測，葉綠素則通過分光光度法測定，水溫和透明度通過便攜式水質檢測儀在采樣現場測定。考慮到各采樣點水體的水質污染程度和面積相當，故將8個采樣點的同期采樣結果進行平均化處理，并在此基礎上進行水體凈化結果分析。

2 原位生態修復技術原理

ISSA PGPR原位生態修復技術主要將各種營養物質所合成的生態修復劑投入生態反應池內，構建起微生物原位激活平臺，使營養物質不斷向水環境中微生物提供，以激活微生物繁殖能力，通過污染物及富營養物就地轉化利用，達到修復生態系統的治理目的。該修復技術的突出特點在于水體污染物原位治理，即通過有益微生物的激活處理，使水體自凈能力逐漸得到恢復，從傳統的對抗式解決轉變為和諧利用、就地解決，使水系綜合治理效率顯著提升。

原位選擇性激活PGPR技術通過納米技術、微包覆技術將污染水體中微生物激活所需碳源、生長因子、微量元素等營養物質制成生態修復劑，并投放于生物反應池內，通過緩釋技術及繁殖平臺將營養物質提供給污染水體中的PGPR微生物，使微生物持續被激活后快速繁殖。如圖1中所示，L1代表點源污染，L2代表面源污染，L3表示水體內源污染，L4表示水體自凈承載力。當L4＜L1+L2+L3時，水體污染加?。欢擫4＞L1+L2+L3時水體情況好轉。ISSA PGPR原位生態修復技術正是通過技術革新及增大L4，提升水體自凈承載力，從而有效解決水體污染問題。

圖1 水體污染與自凈承載力圖

3 監測結果及分析

3.1 水溫和透明度

根據監測期內所取得的大興區城區水系綜合整治（含黑臭水體治理）工程ISSA PGPR 生態修復治理后水體的水溫和透明度監測結果（圖2）可知，治理后的水體溫度在18℃～30℃范圍內變動，年平均水溫為23.10℃，其中最高和最低溫度分別出現在7月和1月。

圖2 水溫和透明度監測結果圖

水體透明度指標能較好表征水體富營養化程度，在監測期內，工程河道水體枯水期內透明度整體比豐水期內略好，枯水期內水體透明度最大為42.90 cm，在2019-2020三個監測年度內水體透明度均值為27.40、30.90和39.70 cm，且透明度呈逐年增加的態勢。

3.2 pH值

該指標是評價水體污染程度的主要化學和生態因子，對于天然水體而言其透明度取值一般在6.50～8.50，且pH值通常隨水體內微生物活動和有機質分解等過程而變化，藻類植物在光合作用的過程中因消耗水體內二氧化碳而導致pH 值升高，相反，微生物及有機質分解過程中因二氧化碳的積累而導致pH值減小。根據監測結果，該工程河道生態修復治理后水體pH 值在6.71～8.55 變動，其中2018 年豐水期內水體pH 值與上年同期相比降至6.42，2019 年枯水期內pH 值與上年同期相比降至7.23，根據監測結果來看，水體pH 值整體呈現出逐年下降的趨勢（圖3（b））。究其原因來看，在ISSA PGPR 生態修復技術應用后水體富營養化程度逐漸降低，且對河道內藻類的生長繁殖過程產生很大的抑制作用，藻類光合作用大大減弱，其所消耗的二氧化碳也相應減少，此外，微生物及有機質分解過程產生二氧化碳，兩方面綜合作用的結果就是水體pH值的持續降低。

3.3 化學需氧量

該指標是反映水體受有機物污染程度的主要指標，水體內化學需氧量越高則表明，水體中還原性物質含量較高。根據監測結果（圖3（a）），2018 年7 月采樣結果中化學需氧量均值為34.70 mg/L，2018年10月的采樣結果中化學需氧量含量均值降至25.10 mg/L，2019年10的化學需氧量含量均值僅為9.84 mg/L。研究還表明，豐水期內水體中的化學需氧量含量普遍較高，主要原因在于在降雨及雨水的沖刷下，河道周邊居民生活垃圾中的有機污染物進入水體，導致有機污染程度增大。

圖3 pH值監測結果圖

3.4 總氮、總磷濃度

氮和磷是水體中藻類生長繁殖所必需的營養元素，在監測期間，大興區城區水系綜合整治（含黑臭水體治理）水體中總氮、總磷的變化范圍為0.45～1.71 mg/L、0.04～0.10 mg/L，2018年7月至2019年4月，平均濃度分別為1.06 mg/L和0.069 mg/L，其中豐水期和枯水期內總氮、總磷的平均濃度分別為1.01、0.06和1.71、0.09 mg/L；2019年4月至2020年4月，平均濃度分別為0.68 mg/L 和0.044 mg/L，其中豐水期和枯水期內總氮、總磷的平均濃度分別為0.24、0.05 mg/L 和1.02、0.06 mg/L，見圖4。結果表明，該綜合治理水體總氮濃度在豐水期和枯水期內存在較大差異，枯水期內氮磷濃度顯然高于豐水期；而總磷濃度在豐水期和枯水期內差異較小。按照中國對湖泊水體富營養化的評價等級，總氮濃度小于0.10 mg/L時屬于貧營養型，總氮濃度∈［0.10，0.50］mg/L屬于中營養型，總氮濃度大于0.50 mg/L則屬于富營養型。根據監測結果，該綜合治理水體在枯水期和豐水期內的總氮濃度均值除2019年4月至2020年4月豐水期內為0.24 mg/L 外，其余時期均在0.50 mg/L 以上，表明，該水體治理后仍屬于富營養化類型。

圖4 總氮、總磷濃度監測結果圖

磷是限制水體中藻類生長的主要因素，其在天然水體中含量并不高，按照中國湖泊水體富營養化的評價等級，總磷濃度小于0.01 mg/L 水體屬于貧營養化，大于0.10 mg/L 則屬于富營養化，在兩者中間為中營養化。該綜合治理水體治理后的豐枯水期內總磷濃度均維持在0.05 mg/L的中營養化水平。

3.5 富營養化

無機營養元素、懸浮泥沙及有機物等大量進入水體后便會為微生物大量繁殖創造條件，導致水體富營養化。中國湖泊水體營養狀態評價等級中通常用修正后的TSI 指標進行湖泊水體富營養化狀態的評價。當TSI＜30時，水體為貧營養化狀態，當30≤TSI＜50時，水體為中營養化，當50≤TSI＜100時，水體為富營養化。綜合營養狀態指數TSI的計算過程如下：

式中：Wj—第j個參數的營養化狀態的權重，根據中國湖泊富營養化狀態評級標準賦值；TSUj—第j個參數的營養化狀態。

將監測時期內的葉綠素、水體透明度、化學需氧量、總氮、總磷等含量帶入式（1）得出各參數的營養化狀態以及該綜合治理水體的綜合營養狀態指數，結果見表1。

表1 綜合治理水體的綜合營養狀態指數表

根據中國湖泊富營養化狀態評級標準，當綜合營養狀態指數TSI取值在45～50，則水體屬于中～富營養化，取值在40～45，則水體為中營養化。從表1 計算結果來看，在監測期間，2018.07 至2019.04 期間，綜合營養狀態指數TSI 取值在45.10～49.80，為中～富營養化，2019.07至2020.04期間，綜合營養狀態指數TSI 取值在38.80～44.30，為中營養化。表明，ISSA PGPR生態修復治理技術對該污染水體治理效果良好，有效遏制了水體生態環境進一步惡化的趨勢，水體富營養化呈減小趨勢。

4 結論

文章分析結果表明，ISSA PGPR 生態修復治理技術的應用能顯著改善水質，且該技術的應用只需要在水域中安裝生物反應池，無需其他土建工程，應用過程簡便，節省投資。大興區城區水系綜合整治（含黑臭水體治理）工程實施后治理效果的監測結果表明，凈化后的水體水質屬于中營養化狀態，穩中向好，使過去黑臭水體及惡化水質的趨勢得以逆轉，但是由于該城區水體污染源積累程度較高，且隨著降雨，河道周邊生活污染物會隨水流持續注入水體，所以，ISSA PGPR生態修復治理技術應當長期應用，河流管理部門也應加強河道兩側生活污染源的治理力度，雙管齊下，達到最佳整治效果。