水生生態原位修復與治理技術應用研究

何顯榮，何雨豪，李雪林，劉芳蘭

(1.成都三友生物工程有限公司，四川 成都 611130；2.成都三友特種添加商品研究所，四川 成都 611700)

我國幅員遼闊，有著豐富的淡水資源。但由于人口眾多，故人均淡水資源貧乏。據統計，我國淡水資源約占世界水資源總量的6%，人均占有量為世界平均水平的1/4。目前，我國大于10平方千米的淡水湖泊有238個，面積為29 898.5平方千米；咸水湖208個，面積28 677.8平方千米；鹽湖135個，面積10 095.3平方千米，屬于湖泊水資源缺乏的國家。隨著工業化、城鎮化進程的推進，工業廢水、農業灌溉排水、生活污水等帶來了水污染，湖泊水質惡化及富營養化問題日漸突出，影響了人們的生產及生活。

根據生態環境部《“十三五”國家地表水環境質量監測網設置方案》及檢測結果，2021年1－9月，監測的210個重點湖(庫)中，水質優良(Ⅰ～Ⅲ類)湖(庫)個數占比71.9%，同比下降0.3個百分點；劣Ⅴ類水質湖庫個數占比6.2%，同比上升0.9個百分點，主要污染源為外源污染中的點源污染、面源污染以及內源污染。在受污染湖泊、水庫水體中，總磷含量、總氮含量、化學需氧量和高錳酸鹽指數等超標，暴發水華等現象，亟須有效治理。

目前有關外源污染、內源污染治理的修復技術主要采用單一的物理、化學、生物修復法，小部分采用聯合修復方法。在內源污染方面，其本質是自身的沉積物污染，沉積物與水交界面氮、磷營養鹽濃度差達到一定程度時，沉積物會向水體釋放氮、磷營養鹽，嚴重時可導致水體富營養化，在治理上多采取底泥疏浚、生態引水和水生植物修復等方法。而外源污染主要為點源污染和非點源污染，治理上多針對農業面源污染、農村生活污水及固體廢棄物、地表徑流污染方面進行，多采用截污、人工濕地、集中污水處理、生態攔截等進行。但在以上的治理方法中，除了人工濕地、水生植物修復技術外，其余治理修復技術不僅存在成本高、工程量大、耗時長、區域限制性強、易造成二次污染等問題，還容易對水體生物活性及群落多樣性產生不利影響，對修復后水體生態系統保護十分困難。

針對以上問題，污水治理研究者們提出了水生生態原位修復與治理方案。該技術方案將物理修復、化學修復、生物修復三者有機結合，針對內源污染、外源污染采取不同的治理措施，通過前期治理、后期維護，最終搭建穩定、高效的生態凈化系統。本研究選用該修復技術對受內源、外源污染的典型水域環境進行了修復治理，并對其修復效果進行了分析評價。經該技術處理后，水體中的總氮、總磷、COD 等較修復前明顯減少。該技術可應用于魚、蝦、蟹、蛙、鱉等漁業養殖用水遭受內源或外源污染而導致水質指標惡化的典型水體。

一、材料與方法

1.試驗點概況

(1)蘭家寺水庫。該水庫自20 世紀90 年代以來，作為“菜籃子”工程長期承包給個人投飼養魚，積累了大量氮、磷及殘餌、糞便等內源污染物；外源污染主要來自水庫上、中游流域畜禽、水產養殖場、農業種植及居民散養畜禽等復雜面源污染，水質長期處于黑、臭狀態，是典型的劣Ⅴ類水體。

(2)沐塵水庫。該水庫屬于飲用水水源，由于2021年6月以來氣候異常，受梅汛和臺汛影響，加之該水庫的集雨區域降水比常年多發、頻發，致使各種面源或點源污染物短時間通過流失、夾帶、滲淋等大量進入水體，遠遠超出了水庫自身的消納凈化能力，水體富營養化，藻類劇增，“水華”全面暴發，水質遭遇嚴重污染，為劣Ⅴ類水體。

(3)梨兒灣水庫。20世紀90年代以來由私人承包，采用施肥法養魚造成富營養化，加之水庫長期未清淤，內源污染嚴重。外源污染主要由地表徑流將庫區周邊果樹、農田、散居農村居民等的農業生產、生活面源污染物帶入水庫，為劣Ⅴ類水體。

2.試驗材料

(1)微生物制劑。微生物制劑菌種包括氨氧化菌、解淀粉芽孢桿菌、硫化氫芽孢菌、巨大芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、解磷菌、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢桿菌、納豆菌、側胞芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、沼澤紅假單胞菌(光合細菌)等。

(2)濾食性魚。濾食性魚包括白鰱、花鰱。

3.技術方案

參照《地表水環境質量標準》(GB 3838－2002)，結合污染水體各項指標情況，篩選需要治理的水質指標。結合水域情況，制定治理技術方案，通過投放濾食性魚、微生物制劑對水域進行治理，并結合水域水生植物、水生動物，通過建立“微生物＋水生植物＋底棲動物＋濾食性魚”的原生生態系統，實現長期凈化水質的目標。

各試驗點濾食性魚放養情況：蘭家寺水庫分別投放白鰱558尾/畝(186尾/千克)和花鰱550尾/畝(170尾/千克)；沐塵水庫分別投放白鰱20尾/畝(3 500 克/尾)及其水花70 尾/畝，花鰱100 尾/畝(500～1 500 克/尾)及其水花140 尾/畝；梨兒灣水庫分別投放白鰱600 尾/畝(80 尾/千克)和花鰱530尾/畝(76尾/千克)。

各試驗點微生物制劑投放情況：蘭家寺以每月4次的使用頻率，每次將復合菌“氨氧化菌＋解淀粉芽孢桿菌”(含量≥5×108CFU/毫升)、“巨大芽孢桿菌＋凝結芽孢桿菌＋短小芽孢桿菌”(含量≥5×108CFU/毫升)和硫化氫芽孢菌(含量≥10×108CFU/毫升)，按照0.5 升/畝用量，加水稀釋50～100 倍均勻潑灑，同時加上豐寶營養源(有益藻類限制性養分復合物)，按照1千克/畝用量，加水稀釋200倍以上均勻潑灑；沐塵水庫以每月3次的使用頻率，每次將復合菌“乳酸菌＋酵母菌＋枯草芽孢桿菌”(含量≥5×108CFU/毫升)、“巨大芽孢桿菌＋地衣芽孢桿菌”(含量≥5×108CFU/毫升)和“納豆菌＋短小芽孢桿菌＋側胞芽孢桿菌”(含量≥5×108CFU/毫升)，按照0.5升/畝用量，加水稀釋50～100倍均勻潑灑，同時加上豐寶營養源，按照1千克/畝用量，加水稀釋200倍以上均勻潑灑；梨兒灣水庫以每月3 次的使用頻率，每次將復合菌“乳酸菌＋酵母菌＋枯草芽孢桿菌”(含量≥5×108CFU/毫升)、“巨大芽孢桿菌＋地衣芽孢桿菌＋納豆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)和沼澤紅假單胞菌(含量≥18×108CFU/毫升)，按照0.5 升/畝用量，加水稀釋50～100倍均勻潑灑，同時加上豐寶營養源，按照1 千克/畝，加水稀釋200 倍以上均勻潑灑。

治理周期：蘭家寺水庫治理周期為2020 年7 月6 日－10 月30 日，沐塵水庫治理周期為2021年7月1日－9月30日，梨兒灣水庫治理周期為2020年7月30日－9月30日。

二、試驗結果

1.蘭家寺水庫

未治理前，蘭家寺初始水體總氮含量為3.34 毫克/升，氨氮含量為0.68 毫克/升，總磷含量為1.07 毫克/升，CODCr含量為48 毫克/升，除氨氮以外，其余各項皆為劣Ⅴ類水質標準。經過治理，9 月2 日前水體各項指標呈現下降－上升－下降趨勢，9 月2 日之后則趨于穩定，無較大波動；至10 月12 日，水體總氮含量為0.84 毫克/升，總磷含量為0.15 毫克/升，氨氮含量為0.16 毫克/升，CODCr含量為26毫克/升，較初始水體各類指標減少率分別為總氮74.9%、總磷86.0%、氨氮76.5%，CODCr45.8%，取得了良好的治理效果。

治理試驗中，8 月13 日各類指標劇增，總氮、總磷、氨氮、CODCr4 項指標分別高達6.94、1.57、0.65、48毫克/升，出現嚴重反彈現象，后經調查查明，由于8 月12 日下暴雨，水庫上游畜禽養殖場借機偷排養殖污水，大量廢水經河道進入水庫，雖然雨水有稀釋作用，但突然急劇增加的污染仍超出了建立治理系統的凈化能力范圍。針對此情況，在原投放產品的用量及使用頻率基礎上，增加了“解磷菌1 號”“解磷菌2 號”微生物制劑，之后情況有明顯好轉。

2.沐塵水庫

據當地環保部門2021 年6 月11 日出具的監測報告顯示，沐塵水庫水質污染程度已達地表水劣Ⅴ類。針對水庫藍藻、裸藻等藻類暴發形成的“水華”進行專項治理，隨著治理進行，“水華”消減現象十分顯著。8月中、下旬除小部分庫灣死角或下風口還殘存少量“水華”外，99%以上水體區域得以消除“水華”，透明度由之前的10厘米左右提升至100厘米以上。經第三方機構抽檢，水體表層葉綠素濃度16.5 微克/升，藍藻僅2.7 微克/升，水面未見明顯“水華”。

至9 月16 日，水體總氮較治理前下降49.0%，由Ⅲ類提升至Ⅱ類；總磷下降25.1%，由Ⅲ類提升至Ⅱ類；氨氮下降17.0%，由Ⅱ類提升至Ⅰ類；CODMn下降59.1%，由Ⅱ類提升至Ⅰ類；pH由治理前的9.7(劣Ⅴ類)降至7.7(符合國家Ⅰ、Ⅱ類水質要求)。綜合判定沐塵水庫水質由劣Ⅴ類提升至Ⅱ類，取得良好的治理修復效果。

3.梨兒灣水庫

據當地環保部門2020 年7 月29 日出具的監測報告顯示，梨兒灣水庫水質污染程度已達地表水劣Ⅴ類。其中，總氮含量2.49毫克/升，總磷含量0.54 毫克/升，氨氮含量0.19 毫克/升，CODCr含量72 毫克/升。總氮超標1.2 倍，總磷超標2.7 倍，CODCr超標1.8倍。

治理期間，各項水質指標在治理方案實施后整體呈現逐步下降趨勢，達到Ⅴ類水質標準。其中，總氮含量0.60 毫克/升，總磷含量0.16 毫克/升，氨氮含量0.13 毫克/升，CODCr含量15 毫克/升。總氮消除率達到75.9%，總磷消除率達到70.4%，氨氮消除率達到31.6%，CODCr消除率達到79.2%，氨氮在整個治理期均保持在Ⅱ類水質范圍。

三、討論

本文針對目前遭受外源、內源污染的不同類型的湖泊、水庫，采用水生生態原位修復與治理技術進行治理，取得了良好的修復成效，對于水體中總氮、總磷、氨氮、COD 有著良好的去除效果。在內源污染治理中，投用微生物制劑是常用處理方法，能夠高效轉化、去除水體以及沉積物中過多的營養鹽。自養型微生物中的光合細菌能以光能作為能源，以二氧化碳作為碳源，將水中的氨氮以及硫化氫轉化為有機物或其他物質，降低水體中氨氮含量；硝化細菌也能對水體氨氮進行有效調節，對于水體的富營養化有著很好的處理效果；芽孢桿菌可以分泌多種分解酶，能有效去除水體中的有機碎屑等。受污染水體經微生物制劑初步處理后，水體中的部分氮、磷、氨氮等得以轉化為其他物質，供給浮游生物生長所需。

在蘭家寺水庫治理試驗中，運用水生生態原位修復與治理技術，在治理前期取得了良好的治理效果，各項水質指標都有明顯下降。但水庫位處下游，在水庫上游養殖場偷排養殖污水情況下，水庫中總氮、總磷等污染指標短時間內劇增，嚴重超出建立自凈系統的凈化能力，各項水質指標劇增。在使用大量針對性微生物制劑后，水質情況明顯好轉。可以看出，在水域污染治理過程中，外源污染治理也是極為重要的環節。雖然目前有關外源污染防治的措施存在工程量大、耗時長、區域限制性強等問題，但在原位治理修復過程中仍舊需要開展適當的相關外源污染防治措施，如截污工程、初期雨水截留工程等，以保證水生生態原位修復與治理技術達到預期的處理效果。

綜上，水生生態原位修復與治理技術對于典型的湖泊、水庫等水域有著良好的治理效果，可以很好地去除水體中超標的氮、磷、氨氮、COD等，在水域生態環境治理方面有著廣闊的應用前景，但在實際運用過程中，除了注重內源污染治理外，也應兼顧外源污染防治。