生物生態(tài)綜合技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用

郭 超，尹 寧

(臨沂市水文中心，山東 臨沂 276000)

0 引言

水環(huán)境是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，與人們健康與生活息息相關(guān)，生活垃圾及工業(yè)污染物排放滲漏等導(dǎo)致水體黑臭現(xiàn)象極為常見(jiàn)，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)功能和城市景觀。高含氮量被認(rèn)為是造成河流黑臭污染的主要原因之一，城市河流的脫氮方法近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)黑臭河道防治手段主要采取源頭污染治理、垃圾清運(yùn)、清淤排污、生態(tài)修復(fù)等措施。通過(guò)綜合治理和技術(shù)治理相結(jié)合，系統(tǒng)性根治黑臭水體。

黑臭水體治理技術(shù)主要分為物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)3大類(lèi)，物理修復(fù)技術(shù)包括底泥疏浚、覆蓋和深度曝氣；化學(xué)修復(fù)包括化學(xué)氧化、沉淀和絮凝，通過(guò)去除懸浮物、溶解的磷和氮等污染物來(lái)改善水的透明度，化學(xué)過(guò)程可以快速修復(fù)受污染的河水；生物修復(fù)是指生物吸收、轉(zhuǎn)化、去除或降解環(huán)境污染物等生物措施，主要包括微生物強(qiáng)化技術(shù)、人工浮島技術(shù)、人工濕地技術(shù)和填料強(qiáng)化凈化技術(shù)。

張國(guó)勛[4]等針對(duì)西湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，考慮水溫與含磷量及其他諸如藻類(lèi)生長(zhǎng)特性、西湖形狀、錢(qián)塘江水質(zhì)情況等因素，以期提高對(duì)西湖的治理效果。陳鵬等[5]采用深層微孔層流曝氣、微生物強(qiáng)化降解和生物浮島為主的生物-生態(tài)復(fù)合修復(fù)技術(shù)對(duì)常州市藻港西支河進(jìn)行為期5個(gè)月的監(jiān)測(cè)治理，取得了顯著效果。錢(qián)嫦萍等[6]綜述了生物修復(fù)技術(shù)在黑臭河道治理中的研究進(jìn)展，為河道治理提供了有益參考。周曉紅等[7]運(yùn)用生物浮床技術(shù)，對(duì)比3種不同植物對(duì)城市污染水中氮、磷的凈化效果，結(jié)果表明3種植物對(duì)污染水體凈化都有一定效益，可作為污染水體治理的優(yōu)良植物進(jìn)行推廣。

本文針對(duì)城區(qū)受污染嚴(yán)重的河道，通過(guò)實(shí)地考察，采取生物生態(tài)綜合治理技術(shù)對(duì)受污染水體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間治理。以期實(shí)現(xiàn)水體自我生態(tài)恢復(fù)，為其它同類(lèi)型城區(qū)黑臭河道治理提供參考。

1 工程概況

河道自北向南總長(zhǎng)約3km，河道兩側(cè)人口集中，無(wú)明顯拐點(diǎn)，河道寬約15m，水深約1～2m，河岸采用人工砌石路，2側(cè)均建設(shè)有綠化隔離區(qū)及景觀護(hù)欄。水域面積約為30×103m2，流水量約為41.5×103m3。由于河道位于城區(qū)內(nèi)，周邊學(xué)區(qū)、街道、商鋪集中，污染較嚴(yán)重。

2 河道水體現(xiàn)狀分析

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

對(duì)河道內(nèi)水體進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

由GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[8]可知該河道水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)水體；該河道水體透明度較好，《城市黑臭水體整治工作指南》[9]中“城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”指出溶解氧DO介于0.2～2mg/L之間、氨氮NH3-N介于8～15mg/L之間屬于輕度黑臭，從表1得知，溶解氧及氨氮指標(biāo)表明河道處于輕度黑臭范圍。

2.2 污染源分析

通過(guò)對(duì)河道現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，確定河道污染原因主要有以下幾種。

(1)河道修建初期周邊草地、植被經(jīng)雨水徑流入河道，由于周邊綠化帶的影響，大量樹(shù)木腐葉流入河道隨時(shí)間腐爛沉底，導(dǎo)致河道中累積大量有機(jī)物、NH3-N等污染物。

(2)校區(qū)食堂及周邊商鋪相對(duì)集中，排污管道由于年久失修造成油污、餐飲廢水等經(jīng)由管道排入河道中，污染水環(huán)境。

(3)校區(qū)及周邊街道部分排水網(wǎng)與河道相連接，降雨等造成的雨污排水集中匯入河道，釋放大量污染物。

(4)人類(lèi)活動(dòng)頻繁，校區(qū)周邊施工較多，工程活動(dòng)產(chǎn)生的泥水、石灰泥漿經(jīng)由部分排水系統(tǒng)進(jìn)入河道，使得河道水體渾濁，大量雜質(zhì)淤積。

3 水質(zhì)改善方法

河道兩岸建設(shè)有綠化帶，周邊有住宅生活區(qū)，河道治理過(guò)程中應(yīng)不影響周邊生態(tài)及居民生活，為保證河道自然美觀，水質(zhì)治理設(shè)備應(yīng)盡量安置在水下，或采用懸浮氣墊裝置，對(duì)其加以美化。

(1)微納米氣泡加氧方法，微納米氣泡主要有比表面積大、上升速度慢、自身增壓溶解、表面帶電等特點(diǎn)，利用微納米氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡介于微米氣泡和納米氣泡之間，使得空氣與水的接觸面積增加，溶解能力提高，能夠持續(xù)為河道帶來(lái)大量溶解氧DO為微生物等其他生態(tài)活動(dòng)創(chuàng)造生存條件。

(2)復(fù)合微生物水體修復(fù)劑，采用微生態(tài)工程技術(shù)，使用多種微生物經(jīng)復(fù)合發(fā)酵形成的新型生物水體修復(fù)劑，其能夠快速消除水中異味，降低河道中COD及氨氮的含量，使河道加快自我修復(fù)，對(duì)環(huán)境和人體無(wú)任何毒副作用。

(3)生態(tài)浮床技術(shù)，針對(duì)河道水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，運(yùn)用無(wú)土栽培技術(shù)，以高分子材料等為載體和基質(zhì)，利用水體空間生態(tài)位，建立人工生態(tài)系統(tǒng)，植物根系吸收水中總磷(TP)、氨氮(NH3-N)等富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)。

4 河道治理效果分析

4.1 河道水體透明度變化

河道水體實(shí)施水質(zhì)改善后透明度隨時(shí)間的變化如圖1所示。水質(zhì)改善期間可以明顯觀察到水體顏色由黑色向黃色最后逐漸向透明化狀轉(zhuǎn)變，透明度指標(biāo)最初平均值35～55cm，漲幅達(dá)到57%。透明度改善曲線整體呈先下降后上升的趨勢(shì)，為前期設(shè)備安裝對(duì)河道水體擾動(dòng)較大，造成污染物在河道內(nèi)懸游。河道水質(zhì)改善完成后最高透明度為下游段62cm，較中游段及上游段分別高出7、11cm，整體水質(zhì)得到改善，局部區(qū)域受其他因素影響改善效果略有波動(dòng)。

圖1 河道各段水體透明度變化

4.2 河道水體溶解氧DO含量變化

河道中溶解氧(DO)含量主要通過(guò)微納米氣泡發(fā)生器產(chǎn)生，為加速提高溶解氧(DO)含量，前期擴(kuò)大設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，用以加速水體自我生態(tài)修復(fù)效果。河道水體溶解氧(DO)含量變化趨勢(shì)如圖2所示，從圖2中可知，前期由于微納米氣泡發(fā)生器加速使用DO含量急劇增長(zhǎng)，4—6月DO含量增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸減緩，主要是由于發(fā)生器設(shè)備使用時(shí)間減少，氣候升溫導(dǎo)致河道底部污染物耗氧速率增加。總體而言，河道內(nèi)DO含量由1.48～1.96(mg·L-1)增長(zhǎng)至5.09～5.25(mg·L-1)，從增長(zhǎng)趨勢(shì)來(lái)看，盡管發(fā)生器設(shè)備使用時(shí)間減少，DO含量依然保持增長(zhǎng)，說(shuō)明氣泡發(fā)生器對(duì)河道DO含量改善效果顯著，極大的提高的河道水體的自我恢復(fù)能力。

圖2 河道各段水體溶解氧(DO)含量變化

4.3 河道水體CODMn指標(biāo)變化

測(cè)定高猛酸鹽指數(shù)評(píng)估河道水質(zhì)治理改善效果如圖3所示，隨河道治理開(kāi)展CODMn指標(biāo)逐漸減小。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間水質(zhì)改善，CODMn趨于一致，最后穩(wěn)定在5.0(mg·L-1)左右，與溶解氧(DO)含量變化趨勢(shì)類(lèi)似，CODMn受氣候影響發(fā)生反彈，隨后逐漸穩(wěn)定，最終與治理初期相比CODMn降解效益為52%，表明水質(zhì)治理效果顯著。

圖3 河道各段水體CODMn指標(biāo)變化

4.4 河道水體氨氮(NH3-N)含量變化

河道治理期間氨氮(NH3-N)含量變化情況如圖4所示，不同河道段NH3-N含量變化趨勢(shì)相同，均呈現(xiàn)先急速下降后緩慢增長(zhǎng)最后平緩下降到規(guī)律。由于治理工程開(kāi)展前期投入時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水體改善效果較明顯。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間氨氮含量反彈后其降低速率趨于穩(wěn)定，平均值由最初8.5(mg·L-1)下降至1.8(mg·L-1)，平均降解能力達(dá)78.8%，開(kāi)展前期3個(gè)月氨氮降解率達(dá)到56.5%，后期由于水體自凈能力有所恢復(fù)，能夠自我開(kāi)展降解，氨氮含量維持穩(wěn)定降低，表明工程實(shí)施效果顯著。

圖4 河道各段水體氨氮(NH3-N)含量變化

4.5 河道水體總磷(TP)含量變化

總磷(TP)的消減主要是通過(guò)生態(tài)浮床技術(shù)培育的無(wú)土栽培植物吸收完成，其含量變化與植物生長(zhǎng)狀態(tài)息息相關(guān)。由圖5可知，河道治理階段總磷(TP)含量變化分為3個(gè)階段，前期氣候較低，植物生長(zhǎng)緩慢，對(duì)水體中總磷(TP)吸收能力較低，TP含量下降較緩，由最初平均值0.87(mg·L-1)下降至0.78(mg·L-1)，下降率僅為10.3%。中期植物生長(zhǎng)速度提升，吸收總磷(TP)效率提高，曲線下降變陡，下降幅度達(dá)55%，第三階段植物生長(zhǎng)放緩，TP吸收減少曲線下降速率隨之變緩。整體上看，從治理工程開(kāi)始總磷(TP)含量下降率為67.4%，水體總磷(TP)主要由植物吸收轉(zhuǎn)化，生態(tài)浮床技術(shù)河道治理效果顯著。

圖5 河道各段水體總磷(TP)含量變化

4.6 綜合治理成果分析

河道綜合水質(zhì)治理前后水體改善效果見(jiàn)表2，在治理期間河道透明度平均提高幅值為38.2%，高猛酸鹽指數(shù)(CODMn)降解效率大達(dá)48.8%，溶解氧(DO)含量提高幅度為67.5%，氨氮(NH3-N)降解效率為79.1%，總磷(TP)凈化效率為67.8%。可以說(shuō)明治理工程取得了非常有益的成果，極大的提高了河道水體生態(tài)性，恢復(fù)水體自我生態(tài)調(diào)控，為后期自我調(diào)節(jié)提供了良好的基礎(chǔ)條件。

表2 河道治理前后指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)論

河道根據(jù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)定義為劣Ⅴ類(lèi)輕度黑臭水體，主要污染源來(lái)自河道周邊校區(qū)、商鋪生活污水污染、食堂等有機(jī)油污泄漏、周邊施工區(qū)工業(yè)廢水排放及降雨污水集中流入。針對(duì)河道水體污染現(xiàn)狀，采取微納米氣泡加氧方法、復(fù)合微生物水體修復(fù)劑、生態(tài)浮床技術(shù)等綜合治理方法，經(jīng)過(guò)為期1年的治理和監(jiān)測(cè)，河道水體改善效果顯著，總體上達(dá)到了水環(huán)境健康、水體清澈、水體自我調(diào)節(jié)能力恢復(fù)的目標(biāo)。水體污染程度及污染來(lái)源會(huì)影響生物修復(fù)技術(shù)在水體治理中的效果，因此，建議加強(qiáng)污染源的調(diào)查及水質(zhì)評(píng)價(jià)工作，整治污染源，選擇合適的綜合治理方案。