朝陽(yáng)涌黑臭水體生物修復(fù)試驗(yàn)
論文作者：劉軍 劉志標(biāo)2 李青2 陳洽群1 劉斌1
摘要：通過(guò)底泥生物氧化、水體生物修復(fù)、河涌生態(tài)恢復(fù)等生物修復(fù)技術(shù)，對(duì)廣州市白云區(qū)朝陽(yáng)涌黑臭河道水體進(jìn)行治理。結(jié)果表明，在每天進(jìn)水流量1800~2300 m3，水力停留時(shí)間為2.17~2.78 d的高負(fù)荷 工業(yè) 廢水和生活污水沖量情況下，通過(guò)生物治理，消除了上游預(yù)處理河段水體黑臭現(xiàn)象，使中下游 自然 潮汐狀況下水體潔凈好氧。表明在一定污水流量情況下對(duì)城市黑臭河涌進(jìn)行生物治理，能有效地消除水體黑臭、延長(zhǎng)河涌生物鏈、增加水體生物多樣性、提高河涌水體自凈能力，為城市黑臭河涌治理和養(yǎng)護(hù)提供了切實(shí)可行的 方法 。
關(guān)鍵詞：黑臭河道 生物修復(fù) 生態(tài)恢復(fù) 底泥生物氧化
Keywords： Black-odor river Bioremediation Ecological-mediation Bbiologic oxidation of the sediment in the river
河涌黑臭是我國(guó)城市河網(wǎng)的一個(gè)普遍現(xiàn)象，嚴(yán)重 影響 居民生活、城市形象和生態(tài)環(huán)境，治理黑臭河涌已成為城市水環(huán)境治理的重要組成部分。
生物修復(fù)是環(huán)境工程領(lǐng)域剛剛興起的一門新技術(shù)，已成功 應(yīng)用 于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理[1~5]。為了進(jìn)一步探索華南地區(qū)高負(fù)荷污水流量和潮汐狀況下的黑臭河涌生物治理技術(shù)，在廣州市白云區(qū)朝陽(yáng)涌進(jìn)行了黑臭水體生物修復(fù)試驗(yàn)。
1 試驗(yàn)河涌和測(cè)試方法
1.1 試驗(yàn)河涌
朝陽(yáng)涌位于廣州市白云區(qū)石井街，為感潮河涌全長(zhǎng)3200 m，平均寬度5.8 m,平均底泥深度0.9 m。由于上游大量工業(yè)廢水、生活污水排入河涌，近十年來(lái)河涌一直處于黑臭狀態(tài)。
1.2 試驗(yàn)方法及工藝參數(shù)
從紅星工業(yè)區(qū)第1排放口向廣花高速公路方向，人工壘壩截流875 m作為預(yù)處理河段，人工截流使預(yù)處理河段水位穩(wěn)定在0.8~1.1 m以上，總水量為5000 m3 左右，每天上游排放污水1800~2300 m3，平均水力停留時(shí)間為2.17~2.78 d。預(yù)處理河段下游為自然潮汐河段，人工壩上留有泄洪孔，以便在暴雨和上游污水排放量加大情況下，直接排入潮汐河段(見(jiàn)圖1)。
1.3 預(yù)處理河段處理方法
紅星工業(yè)區(qū)第1排放口前放養(yǎng)鳳眼蓮，同時(shí)在鳳眼蓮下懸掛2~3 m3生物填料，設(shè)置射流式增氧機(jī)1臺(tái)(1.10 kW，每臺(tái)增氧量為3.5 kg/h)地埋式生物反應(yīng)器1套;紅星工業(yè)區(qū)第2排放口設(shè)置接觸氧化池1套;預(yù)處理河段布置5臺(tái)水車式增氧機(jī)，其中1臺(tái)為永久性增氧設(shè)施(1.50 kW，增氧量為2.6 kg/h)，4臺(tái)為臨時(shí)性增氧設(shè)施(0.75 kW，增氧量為1.5 kg/h)(見(jiàn)圖1)。
1.4 藥物處理方法
藥物處理分3個(gè)階段。
第一階段：底泥生物氧化 60 d(8月23日~10月23日)
利用河道底泥接種專業(yè)培養(yǎng)基，定向擴(kuò)增河涌土著微生物，制成土著微生物培養(yǎng)液，將微生物培養(yǎng)液(細(xì)菌含量1×106pic/mL)，和一定量共代謝底物等輔助藥物一起共250 kg，加上6.6加侖Bio-energizer生物促生液(簡(jiǎn)稱BE，美國(guó)普羅生物技術(shù)公司生產(chǎn))、3.3加侖Micatrol生物解毒劑(簡(jiǎn)稱MIC，美國(guó)普羅生物技術(shù)公司生產(chǎn))，用黑臭河水稀釋混合后，直接噴射于河涌底泥內(nèi)，以促進(jìn)河涌底泥生物氧化。此過(guò)程連續(xù)進(jìn)行5 d后，采用上述方法連續(xù)30 d向河涌底泥噴灑3.3加侖/d BE，然后將劑量減半，連續(xù)25 d進(jìn)行底泥生物氧化。
第二階段：水體生物修復(fù) 30 d(10月24日~11月24日)
在第一階段底泥生物氧化基礎(chǔ)上，連續(xù)30 d在預(yù)處理河段均勻潑灑2加侖/d BE和50 kg微生物培養(yǎng)液，同時(shí)啟動(dòng)水體增氧設(shè)施，藥物使用量根據(jù)當(dāng)天污水流量和污水CODcr、NH3-N等指標(biāo)作適當(dāng)調(diào)整。隨著水體好轉(zhuǎn)將藥物劑量使用量降至0.5加侖/d，至第二階段結(jié)束。
第三階段：河涌生態(tài)恢復(fù) 20 d(11月25日~12月15日)
按照污水排放量，每天向紅星工業(yè)區(qū)第1、第2排放口投加25 mg/L微生物培養(yǎng)液和2 mg/L BE、1 mg/L MIC，每周向預(yù)處理河段均勻潑灑2加侖BE，根據(jù)當(dāng)天污水流量和污水CODcr、NH3-N等指標(biāo)適當(dāng)調(diào)整BE劑量或采用其他應(yīng)急措施。
1.5 采樣點(diǎn)及采樣方法
水體采樣點(diǎn)分別位于紅星工業(yè)區(qū)第1排放口(1#)、紅星工業(yè)區(qū)第2排放口上游(2#)、紅星工業(yè)區(qū)第2排放口下游(3#)、木橋(4#)、高速公路(5#)、朝豐路橋上游(6#)，用500 mL取樣瓶直接取樣，并于當(dāng)天測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。(見(jiàn)圖1)
底泥采樣點(diǎn)同水體,用自制底泥采樣器(直徑15 cm玻璃柱)取河床表面20 cm泥柱，在30 ℃烘箱24 h烘干，取烘干泥樣測(cè)底泥TOC和底泥生物活性(G值)。
圖1 朝陽(yáng)涌1#~6#采樣點(diǎn)示意圖
1.6 測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.6.1理化指標(biāo)測(cè)定及方法
DO采用上海產(chǎn)溶解氧測(cè)定儀，于每天上午11：00現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;透明度采用自制塞氏盤進(jìn)行測(cè)定，于每天上午11：00現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;pH采用上海產(chǎn)筆式pH計(jì)，于每天上午11：00現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;NH3-N采用納氏比色法進(jìn)行測(cè)定;H2S采用碘量法進(jìn)行測(cè)定;CODCr采用重鉻酸鉀法測(cè)定;底泥TOC參照土壤TOC測(cè)定方法。
1.6.2 生物學(xué)指標(biāo)測(cè)定及方法
細(xì)菌總量：采用平板培養(yǎng)法;微型動(dòng)物：用吸管吸取1滴(約0.05 mL)水樣，在血球計(jì)數(shù)板上直接進(jìn)行活體觀察并計(jì)數(shù);以上指標(biāo)測(cè)定方法見(jiàn) 文獻(xiàn) [6];底泥生物活性(G值)：見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。
2 試驗(yàn)結(jié)果與 分析
2.1 污染源生物處理效果
經(jīng)過(guò)20 d運(yùn)行，紅星 工業(yè) 區(qū)第1排放口地埋式生物反應(yīng)器對(duì)污水CODCr除去率可達(dá)20%左右;紅星工業(yè)區(qū)第2排放口接觸氧化池對(duì)污水CODCr除去率可達(dá)50%左右。二排放口污水排放總量1800~2300 m3/d，排放污水平均CODCr(3#)穩(wěn)定在150 mg/L左右。
2.2 預(yù)處理河段底泥生物氧化處理結(jié)果
底泥耗氧是河涌黑臭的重要原因之一。由于朝陽(yáng)涌長(zhǎng)期受納來(lái)自上游的工業(yè)廢水和生活污水，污染物和生物殘?bào)w、固體顆粒等沉入河底，形成80~120 cm的黑色底泥，底泥通過(guò)物理、化學(xué)及生物作用進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化， 影響 上覆水體。
通過(guò)60 d的底泥生物氧化，6個(gè)樣點(diǎn)底泥平均TOC由28.28 g/kg降低至9.10 g/kg，降低了近2/3倍;底泥生物降解能力(G值)由1.7 kg/kg.h升至5.6 kg/kg.h，提高了近2.3倍。
圖2 各取樣點(diǎn)水體透明度變化
2.3 水體透明度及色澤變化
從10月24日水體生物修復(fù)開始，10 d內(nèi)，預(yù)處理河段水色發(fā)生了明顯變化，由黑色變?yōu)榛野咨⒑稚?10月30日預(yù)處理河段下游潮汐河涌水體已基本消除黑臭現(xiàn)象; 11月12日，預(yù)處理河段水體開始發(fā)綠，并呈現(xiàn)下午變綠，上午變黑的變化 規(guī)律 ;11月15日全河段藻類大量繁殖，迅速消除黑臭。從上游至下游，呈現(xiàn)暗灰色-灰黃色-黃綠色的漸變過(guò)程，水體透明度也穩(wěn)步提高，從上游暗灰色水體的12 cm左右，提高到下游高速公路的35 cm左右，并且呈現(xiàn)從上游到下游逐步提高的趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)。
2.4水體pH和溶解氧變化
隨著河涌底泥和水體生物修復(fù)的不斷加強(qiáng)，11月12日預(yù)處理河段下游出現(xiàn)藻類, 水體pH上升，從上游到下游(1#~6#)，pH從7.3逐步上升為8.1左右，從11月20日開始，2#~6#采樣點(diǎn)，pH穩(wěn)定在8.1~8.3，而1#采樣點(diǎn)(排污口)一直保持在6.9~7.3。11月5日前，河涌水體一直為黑臭狀態(tài)，水體溶解氧0.3 mg/L左右，隨著水體生物修復(fù)進(jìn)程，河涌溶解氧逐步提高，并呈現(xiàn)從上游到下游穩(wěn)步增高的趨勢(shì)。11月5日，經(jīng)過(guò)綜合措施處理，預(yù)處理河段水體開始變灰變白，3#~6# DO已升至0.8~0.9 mg/L，此后穩(wěn)步增長(zhǎng)，至11月15日預(yù)處理河段3#~6# DO已穩(wěn)定到3.5~4.8 mg/L。并且從上游到下游，DO值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)(見(jiàn)圖3)。
圖3 各取樣點(diǎn)水體DO值變化
2.5 水體CODCr和BOD5變化
隨著生物促生劑的投加和生物修復(fù)措施的進(jìn)行，處理河段CODCr和BOD5明顯低于進(jìn)水，并且隨著時(shí)間的推移，這一結(jié)果不斷加強(qiáng)，10月24日剛開始處理時(shí)，從二排污口匯合點(diǎn)(3#)到朝豐路上游(6#)預(yù)處理河段河段CODCr去除率僅為8.2%(包括河水稀釋作用)，11月5日，河涌CODCr去除率為27.4%，11月5日后，CODCr去除率一直穩(wěn)定在30%左右(見(jiàn)圖4、圖5)。
從11月5日河涌生物系統(tǒng)強(qiáng)化后，BOD5去除率提高至60%以上，并保持穩(wěn)定，從河涌NH3-N、H2S等還原性產(chǎn)物濃度變化上看，從二排污口匯合點(diǎn)(3#)到朝豐路上游(6#)預(yù)處理河段，11月5日以后NH3-N去除率明顯上升(包括河水稀釋作用)，從11.8%增加到29%，隨后穩(wěn)定在39%左右(見(jiàn)圖6)。
H2S含量過(guò)高是河涌黑臭的主要原因之一。隨著生物修復(fù)的治理效果逐步加強(qiáng)，河涌H2S含量從上游對(duì)照0.03 mg/L降至處理河段下游未檢出，表明經(jīng)過(guò)生物修復(fù)后，處理河涌已初步建立好氧潔凈生物體系。
圖 4 各取樣點(diǎn)水體CODCr值變化
圖5 各取樣點(diǎn)水體BOD5值變化
圖6 各取樣點(diǎn)水體NH3-N值變化
2.6 水體生物相變化
對(duì)水體中細(xì)菌總數(shù)觀察計(jì)數(shù)的結(jié)果表明，隨著水體生物修復(fù)和水質(zhì)的改善處理，河涌水體異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)較上游少了1個(gè)數(shù)量級(jí)(上游污水異養(yǎng)菌總數(shù)為0.9×106~1.3×106 PIC /mL，處理河段下游異養(yǎng)菌總數(shù)為0.7×105~1.3×105 PIC/mL)。對(duì)水體微型動(dòng)物觀察表明，各樣點(diǎn)的變形蟲、鞭毛蟲、纖毛蟲、輪蟲等種類和數(shù)量往往隨著細(xì)菌和藻類的生長(zhǎng)高峰而增加。11月13日開始下游潮汐河涌中出現(xiàn)了大量枝角類水蚤(紅蟲)，之后出現(xiàn)了小魚。
3 討 論
3.1 底泥生物氧化和河涌水體生物修復(fù)
底泥是河涌生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，主要由無(wú)機(jī)礦物、有機(jī)物、和流動(dòng)相組成。底泥 影響 上覆水體水質(zhì);底泥的緩沖能力決定了水質(zhì)的穩(wěn)定性，也決定了上覆水體藻相的穩(wěn)定性;底泥的微生物活性決定了對(duì)河涌有機(jī)物污染分解速度，從而決定了河涌的凈化能力[8~10]。
本試驗(yàn)中，利用生物修復(fù)技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模試驗(yàn)，從十多種方案中，選擇了兩種高效配方，用于河涌底泥生物氧化，通過(guò)靶向給藥技術(shù)直接噴射于河涌底泥內(nèi)，促進(jìn)河涌底泥氧化，通過(guò)檢測(cè)表層20 cm底泥TOC和生物降解能力(G值)以確定底泥氧化程度和生物活性，至9月23日下游河涌(6#)底泥TOC已從17.9 g/kg降至5.9 g/kg，生物降解能力提高到5.6 kg/kg.h(可能是該河段在2002年4~5月曾做過(guò)底泥氧化，底泥狀況一直較上游好)。底泥氧化層的形成，為河涌潔凈好氧生態(tài)系統(tǒng)的建立創(chuàng)造了良好的條件。10月30日下游河涌底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，水體率先開始變綠。11月3日下游河涌已形成穩(wěn)定的潔凈好氧生態(tài)系統(tǒng)，水體色澤和潮汐水一致，透明度有時(shí)高達(dá)60 cm。
3.2 城市黑臭河涌生物治理技術(shù)
城市河涌擔(dān)負(fù)著防洪排澇、景觀 旅游 、生態(tài)環(huán)境等多種功能，是城市建設(shè)的重要組成部分。河涌整治一直作為政府的“民心工程”、 “形象工程”而備受重視。在城市河涌整治中，往往重視清淤,駁岸,綠化和截污等表面工程，而不重視底泥和水體生物修復(fù)，更不重視河涌生態(tài)體系建立，這樣導(dǎo)致城市河涌整治中邊治邊黑，邊黑邊治，不能從根本上改善河涌水質(zhì)和自凈能力。截污雖然能從源頭上解決部分污水排放 問(wèn)題 ，但河涌是一個(gè)開放的水體，面源污水和其它污染源不可能完全截住。清淤雖然能除去部分底泥，清淤后下層底泥仍將為新的內(nèi)源性污染源。僅通過(guò)截污、清淤、沖水，即使短期內(nèi)能解決黑臭的問(wèn)題，由于河涌好氧潔凈生態(tài)系統(tǒng)尚未建立，水體的自凈能力有限，一旦河涌納污很快又恢復(fù)到黑臭狀況。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在沒(méi)有完全截污的情況下，通過(guò)底泥生物氧化和水體生物修復(fù)，配合河涌生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，能有效地消除了水體黑臭，逐步建立河涌潔凈好氧生態(tài)系統(tǒng)，延長(zhǎng)河涌生物鏈，增加水體生物多樣性，提高河涌水體自凈能力。生物修復(fù)是城市黑臭河涌治理不可或缺的治理措施。本試驗(yàn)為城市黑臭河涌的生物治理提供了一個(gè)可行的技術(shù)方案
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