生物促生劑修復(fù)內(nèi)陸湖泊水體的曝氣協(xié)同作用及設(shè)備研究

張強，楊波，劉磊

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100011）

1 烏梁素海內(nèi)源污染情況

（1）內(nèi)源污染導(dǎo)致水質(zhì)污染。烏梁素海接納本地洪水總量大概在5200萬m3/a，受到烏拉山水土流失現(xiàn)象的影響，雨水通常夾著很多砂子、卵石等沖積物流進烏梁素海，使得湖泊淤積現(xiàn)象更加嚴(yán)重。此外，水生植物腐爛后沉至湖底面，成為腐敗物，造成湖體萎縮，形成內(nèi)源性污染源。烏梁素海的內(nèi)源污染依舊嚴(yán)重，并出現(xiàn)一些新的發(fā)展態(tài)勢，其治理迫在眉睫。現(xiàn)階段，烏梁素海中北部海區(qū)及非灌溉季節(jié)水質(zhì)污染嚴(yán)重，礦化度不斷提高。烏梁素海的水質(zhì)整體上被劃分為V類。

（2）水生植物泛濫，物種單一化進一步加劇了烏梁素海的沼澤化，一定程度加劇了內(nèi)源污染問題。湖中的植物種類顯著下降，蒲草、蘆葦快速生長和蔓延，面積越來越大，沉水植物的種類比較單一，生態(tài)平衡已遭到破壞。水質(zhì)下降，導(dǎo)致魚類、鳥類資源不斷減少，水生植物生長快速，湖水沼澤化現(xiàn)象日益嚴(yán)重。

2018年開始，內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)籌烏梁素海流域山水林田湖草沙綜合治理，邀請國內(nèi)著名專業(yè)人士參加全流域綜合治理計劃的編制，以實施生態(tài)保護修復(fù)國家試點工程為契機，大力推進點源、面源、內(nèi)源污染源頭治理以及綜合治理、系統(tǒng)治理，通過實施生態(tài)補水、網(wǎng)格水道、湖區(qū)底泥處置試驗示范等工程，改善湖區(qū)水質(zhì)，落實內(nèi)源治理工作。根據(jù)《烏梁素海流域山水林田湖草生態(tài)保護修復(fù)試點工程實施方案》，在烏梁素海中開展了生物促生劑修復(fù)內(nèi)陸湖泊水體的試點項目研究。

2 生物促生劑在曝氣條件下的協(xié)同降解機理

根據(jù)《烏梁素海微生物底泥原位修復(fù)中試方案階段報告》，通過向湖水中投加1.2%～1.5%的復(fù)合生物促生制劑，僅通過放置表層曝氣機進行曝氣，在114天后取得了顯著的效果，水質(zhì)從劣V類提升到IV類水指標(biāo)。這主要因為很多水體環(huán)境中，一些土著微生物會進行自然水體的凈化，但這個凈化的過程在自然條件下非常緩慢，原因有2個：一是缺少溶解氧或其他電子受體、營養(yǎng)鹽，二是有效微生物的生長速度通常很慢。曝氣充氧對生物促生劑產(chǎn)生刺激作用，能加快土著微生物與污染物進行生物反應(yīng)，激發(fā)土著微生物的活性，讓微生物可以更快地生長、繁殖，而且不會對浮游生物及環(huán)境產(chǎn)生不良影響，加快受污染水體轉(zhuǎn)變?yōu)榱夹陨鷳B(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水體中的DO，降低COD、BOD5、N3H-N等污染指標(biāo)，并解決水體黑臭異味問題。

3 工程應(yīng)用

3．1 項目區(qū)概況

示范區(qū)位于烏梁素海內(nèi)陸湖泊的東南角，面積3.57km2，緊臨一點碼頭，交通、用電方便；該示范區(qū)位于九排干入湖口附近，有大量的污染物入湖，水質(zhì)較差，水動力較差，污染物難以擴散。示范區(qū)內(nèi)水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，沉水植被瘋長，物種單一，有大量的水草，水質(zhì)為劣V類。

3．2 項目的主要工藝流程

試驗區(qū)工藝流程根據(jù)中試試驗結(jié)果確定，具體流程見圖1。釆用菌床一體化裝置對土著微生物進行選擇和培養(yǎng)。烏梁素海壩頭復(fù)合酵素微生物培養(yǎng)一體化組合設(shè)備如圖2所示。

封閉湖面泥水混合物進入復(fù)合生物促生劑及土著菌菌床培養(yǎng)一體化裝置進水口，經(jīng)過預(yù)處理池→多級發(fā)酵池→多級發(fā)酵合成池→多級發(fā)酵增殖池→沉淀池→2級觸媒池→清水池后，最后即培養(yǎng)好的土著微生物經(jīng)過多級發(fā)酵，經(jīng)過曝氣、攪拌、發(fā)酵后，實現(xiàn)啟動區(qū)內(nèi)水體中有益微生物的激活流程，抑制了有害微生物，凈化了啟動區(qū)內(nèi)的水質(zhì)，削減底泥中的有害物質(zhì)。啟動期過后為推流擴散期。打開啟動區(qū)圍隔，連通啟動區(qū)與推流區(qū)，通過強造流曝氣機及推流式太陽能曝氣機將啟動區(qū)內(nèi)培養(yǎng)好的菌液沿導(dǎo)流墻推向推流區(qū)，通過推流擴散，向示范區(qū)全水域湖水中投加包含濃度為1.2%～1.5%復(fù)合生物促生劑的、馴化完畢的土著微生物菌液。整個水域的生態(tài)修復(fù)進入自然降解期。利用自然凈化、定時曝氣及生態(tài)系統(tǒng)重建等措施達到水體自凈的目的。

循環(huán)階段每20天為一個循環(huán)，其中，啟動培養(yǎng)階段為15天，推流期為5天，循環(huán)次數(shù)為3～5次。每次培養(yǎng)階段結(jié)束后，取樣檢測上覆水、底泥的總氮、總磷含量，底泥的有機質(zhì)含量及靜態(tài)釋放速率，記錄底泥的顏色、厚度變化。自然凈化期約50～80天。啟動期是否滿足要求的判斷條件：上覆水水質(zhì)保持在Ⅴ類，7天靜態(tài)釋放試驗總氮釋放量低于30%，有機質(zhì)含量與基礎(chǔ)值相比有下降、啟動區(qū)的厚度削減底泥上部10cm有機質(zhì)30%～50%，顏色從黑色變褐色時。

4 曝氣對水體的凈化效果評價

4．1 調(diào)查方法

采集中試區(qū)域的水樣及泥樣，開展測試區(qū)域的水質(zhì)調(diào)查，主要測定水質(zhì)水溫、COD、氨氮（NH3-N）、TN、TP等濃度，以及底泥厚度、含水率、總氮（TN）、總磷（TP）和有機質(zhì)（OM），具體見表1。

表1 烏梁素海水樣及底泥樣品待分析測試項目及方法

4．2 試驗結(jié)果分析

（1）上覆水的試驗結(jié)果分析。對試驗區(qū)的上覆水從5月到10月進行了檢測，結(jié)果如圖3所示。

圖3 烏梁素海試驗區(qū)上覆水水質(zhì)監(jiān)測

由于2019年以來，隨著烏梁素海網(wǎng)格水道工程、引水通道工程的實施，烏梁素海的生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。除了COD指標(biāo)，烏梁素海水質(zhì)基本達到了IV水標(biāo)準(zhǔn)。從圖3可以看出：隨著底泥治理工程的開展，水體在摻加生物促生劑后，導(dǎo)致試驗水體內(nèi)土著微生物快速生長并產(chǎn)生降解底泥的作用，加速底泥污染物釋放。受到曝氣的協(xié)同作用，水體內(nèi)有機污染物降解進程變快，同時底泥中的COD含量慢慢降低，底泥在水體中釋放的COD含量漸漸升高，并使COD濃度峰值提前出現(xiàn)，8月份，水體中污染物出現(xiàn)峰值。當(dāng)?shù)啄嘀蠧OD釋放速度與水體土著微生物污染物降解速度逐漸相同時，水體中的污染物濃度逐漸趨于穩(wěn)定。

（2）底泥的試驗結(jié)果分析。從圖4可以看出：生物促生協(xié)同曝氣處理方法能夠一定程度上去除底泥中的各種污染物。污染物的濃度都呈現(xiàn)了先減少，后逐漸增高，并趨于穩(wěn)定的規(guī)律。TP的降解效果弱于TN。

圖4 烏梁素海試驗區(qū)底泥中污染物監(jiān)測

5 結(jié)語

針對內(nèi)陸湖泊水體污染問題，可以選擇生物促生劑和曝氣相結(jié)合的方法，從而提升處理效果。增加曝氣方法，能最大程度發(fā)揮生物促生劑的改善作用，促進底泥和上覆水中的微生物生長繁衍，從而加快修復(fù)水體的進程。現(xiàn)階段，生物促生劑結(jié)合曝氣的新型水體污染修復(fù)技術(shù)還處于探究階段，有些細節(jié)仍然需要進一步研究。在未來實踐中，多種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，才能實現(xiàn)天然水水體的快速高效修復(fù)。