生物強化應用于河道水體質量提升的工程實踐探討

劉文輝，孫志國

（1.臺州市椒江生態區建設事務中心，浙江 臺州 318000；2.上海柏檀環境科技有限公司，上海 201600）

引 言

人類生產和生活活動呈現出越來越集聚化、城市化的特征，也不可避免地在較小的空間、區域范圍內產生大量污染物。在排水管網不健全或者管網缺乏有效維護區域，城市河道水體往往遭受較嚴重污染，造成水質惡化、甚至惡臭等環境和生態問題[1,2]。在短期內無法較徹底完善基礎設施情況下，如何利用合理措施提升河道水體質量，恢復河道生態功能，對于改善周邊群眾生活環境質量至關重要。

常見的河道水體質量提升方法包括物理的、化學的、生態的等技術，如過濾、沉淀、混凝等物化方法，濕地、浮島等生態方法[3]。一般的，物理和化學的方法對去除水體的顆粒或膠體狀污染物和磷污染物有效果顯著，生態的方式對有機物去除、提高水體透明度有作用明顯。物化方法易產生二次污染，普通的生態治理工藝負荷又相對較低，對于有機污染較嚴重的河道水體，生物強化就顯示出良好的適應性和優良的污染物去除能力[4,5]。

1 工程背景

項目河道寬約16 m，長約1 200 m，常態水深約2 m。2021年3月進行了現場踏勘，對比排澇期間和平常狀態，該河道水質均較差，且能明顯發現污水直排入河現象。河道治理前狀態，見圖1。

圖1 擬治理河道部分現場照片

擬治理河道現狀兩側為漿砌塊石擋墻駁岸，河道多年未進行較為徹底的底泥清淤工作，河底仍舊存在一定的底泥淤積現象，加上河道水質受上游來水影響較大，排澇時水體為灰黑色，平時水體較混濁或綠色。沿岸主要為居民區和工廠，由于雨污混接，有部分居民生活污水納管后排放進入河道現象；同時，臨近某水產品冷凍加工廠位置，有廢水滲入河道。

擬治理河道生態自凈能力有限，同時周邊有一定量污水流入或者滲入，CODMn一般在6～12 mg/L，NH4+-N一般在3～8 mg/L，TP一般在0.3～0.8 mg/L，屬于污染較嚴重的劣Ⅴ類水體。

實施必要的修復工程，人工輔助河道恢復生態自凈系統，才可以在根本上提升待治理河道水環境，逐漸恢河道生態和景觀功能，為周邊群眾提供賞心悅目的休閑水景。

2 生物強化的水質治理方案

2.1 生物膜與生態氧化溝工程

生物膜法是強化水生態修復的重要手段[6]。本項目使用的生物箱，自養菌和異養菌附著在生物箱的填料上，通過曝氣促使生物箱內外水體形成良好循環，高效實現氨氮的氧化和有機物的降解，同時避免了曝氣系統對底泥的擾動，降低了水體濁度，保證河道水體透明度。

根據相關工程經驗和生物膜凈化機理[7-9]，本工程將生物膜布設置在沿兩岸生態氧化溝中，共布設1 000米生態氧化溝，能吸收、吸附、截留水中溶解態和懸浮態污染物，并通過生物膜上富集的自養與異養微生物，實現對污染物的轉化和降解，見圖2。

圖2 生態氧化溝布置與結構示意圖

2.2 生物膜與除磷系統

針對某水產品冷凍加工廠位置的滲漏污水，在岸上建設總容積為1 000 m3的生物膜強化工程，并配備化學除磷系統。水產品冷凍加工廢水含有大量有機污染物，總氮、總磷含量高，配套的生物膜強化處理系統，可有效降解有機污染物，兼具氨氮轉化和生物脫氮功能，并將有機磷轉化為無機磷。生物膜系統出水投加PAC，用于降低系統出水濁度和化學除磷，確保出水總磷滿足Ⅳ地表水水質要求，見圖3。

圖3 水產品冷凍廢水滲漏點生物膜強化與除磷系統現場照片

2.3 全生態系統構建

水生生態修復系統重建的核心是沿岸邊建立以沉水植物和挺水植物為主的健康水生態系統，提升河道水體的自凈能力，保證水質治理目標。

本工程布設浮葉植物、挺水植物500 m2，構建凈化功能與景觀功能綜合的復合生態系統。

2.4 復氧和曝氣系統

本工程針對河道水體進行復氧曝氣和冷凍廢水膜處理工程，共布置曝氣設備9臺；曝氣情況見表1。

表1 曝氣系統工程量

3 工程實施效果

本項目全部工程設施實施后，對污染物的去除效果明顯；表2為工程穩定運行后連續3周的河道水質監測數據。

表2 工程實施后的水質情況（連續3周）

由表2可見，以生物膜為主體的強化生物處理技術應用于污染嚴重河道水體的水質提升和生態修復效果是明顯的，水體水質由劣Ⅴ類，提升至普遍的Ⅲ類和Ⅳ類，達到了本工程實施目標。在感官上，水體逐漸變得清澈透明，水體能見度達到1.5 m以上；生態氧化溝上布設的綠植郁郁蔥蔥，河道內游魚嬉戲河道生態恢復良好。

4 結語

針對某外源污染物輸入較為嚴重市政河道，采用以生物膜為主體的強化生物處理技術，特別針對有明顯高污染廢水滲漏點，構建了生物膜生物處理系統和物化除磷體系，實現了對河道外源污染的高效去除，達成了工程目標。

通過提高微生物量，并優化系統的傳質條件，創造微生物高效作用的環境，是有較提升高污染狀況河道水體水質、恢復河道生態的合理技術路徑，為城市有機更新期間無法有效實現“污水零直排”區域的河道治理，提供了新思路和因地制宜的解決方案。