微生物原位净化城市河道黑臭水体应用研究

(1.深圳市博生生物科技有限公司，广东 深圳 518032；2.吉林建筑大学，吉林 长春 130021)

打好污染防治攻坚战，是党的十九大提出的决胜全面建成小康社会的三大战役之一，是一个时期内经济和社会发展的重大任务，其中水污染治理是标志性重大战役之一。加强城镇黑臭河道治理对维护城镇的生态环境、美化城镇的景观、改善人们居住的环境具有极其重要的意义。2015年，国务院颁布实施《水污染防治行动计划》，要求2020年年底前，地级以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内。为消除八里沟河道黑臭水体，改善当地生态环境，安徽省颍上县环保局对八里沟河道水环境进行了治理。

1 工程概况

治理水体工程位于安徽省颍上县八里沟河道，全长4000m，河宽5～10m，水深1.5～2.5m，其中污泥深0.6～1.2m。由于沿线学校生活污水、部分养猪废水、村民红薯制品加工产生的粉浆水未经处理，直接排入河道，导致河水成灰黑色，河面上漂浮大量油污泡沫、垃圾和树叶等，污染严重。河道水体高度厌氧，生态系统遭到严重破坏，河道底部有机底泥富集，腐败菌厌氧使河道发黑、浑浊、散发恶臭，是周边居民的投诉热点。2015—2016年监测值显示为劣Ⅴ类水。

经多次取样监测，八里沟河道水体COD平均浓度为408mg/L，NH3-N为11.09mg/L，分别超过地表水Ⅳ类水质指标的12.6倍、6.3倍。河道污染及底泥污染主要由外源排入的有机、无机物质和水生生物排泄、死亡等污染物沉积而成，底泥中大量腐败菌处于厌氧状态，导致河道生态系统、自净能力遭到严重破坏。2016年10月24—27日八里沟内取样点监测水质背景值见表1，水质综合评价为劣Ⅴ类水体。经实地调研，八里沟主要污染来自于西三十铺仁和“三粉”加工及粉浆水污染，每天排放污水约2600m3，年排放量约900000m3。

表1 治理前八里沟内取样点监测水质数据 单位：mg/L

2 治理过程

2.1 治理方案及目标

2.1.1 治理方案

结合以往黑臭水体治理的成功经验以及现场测试结果，拟采用对河道污染水域底泥直接原位净化方案，即对八里沟及周边相连通的村庄原有排水沟、塘内接入本源微生物菌群剂和NL浓缩多酶生物催化剂，在强化本体微生物活性，使土著微生物大量繁殖的同时，对污染河道的粉浆水中的有机污染物进行降解，实现河道底泥的生物氧化和污染水体的生物修复，使河道中的溶解氧逐渐升高，从而逐步改善河道微生物体系，提高其生物多样性，最终建立起良性生态平衡，提高水体自净能力，从根本上解决河道黑臭的污染问题。治理方案主要包括以下3个过程：

a.先清后补。先在八里沟治理段内，采用专用的低能耗大流量一体化污水速清反应器(国家发明专利号：ZL201410042403.2)，快速消除难降解的有毒物质和腐败生物，以利于对污染物质的净化，同时按处理段水量投入NL多酶催化剂，培养繁殖大量优势土著微生物，聚脱水体、污泥中的油脂；后补即向河流水体投加一定浓度的本源微生物种子菌群剂(国家发明专利号：ZL201210047274.7)分解水中的有机污染物质，一部分有机物被分解成简单的无机物，另一部分有机物作为菌群生长繁殖所必需的营养物，被吸收而组成新的细胞物质。

b.底泥无机化。通过在河道底泥中接种本源微生物种子菌群剂，原位净化分解河道内沉积的有机污泥，使微生物在底泥的表层(即泥水界面)形成一层氧化膜，降低底泥有机碳含量，提高底泥氧化还原电位，强化底泥消解和对上覆水体有机物分解的能力，使粘附在河底的污泥逐渐分离脱水，促进底泥营养盐释放。因在河道底泥中接种的菌种破坏底泥分层后，会增加底泥层溶解氧，加速对有机底泥的分解和溶解氧的消耗，能快速除臭，平衡水体中微生物群落。

c.水体有氧化。把河床当作天然的生物氧化处理池，采用专用的低能耗大流量一体化污水速清反应器和RUSH-1500-3500型超大流量推流曝气机，将表层水引入底层，造成异重流，增加水底层溶解氧，满足生物氧化法的特征要求，实现全水域的好氧净化环境。通过一体化污水速清反应器、输送氧气优化河道的微生物体系，增加高效的微生物种群数，增强微生物降解河水中有机物的速度，迅速提高处理效果，强化河道的自净能力。

2.1.2 治理目标

接种本源微生物种子菌群剂一周内，水质、底泥达到不黑不臭标准，提升水体中的溶解氧2mg/L以上，持续保持水质不黑不臭。接种40～60天内，主要指标达到并超过国家地表水环境质量(GB 3838—2002)Ⅴ类标准。持续维护7个月后，消减八里沟中有机污泥60%以上，恢复并逐步提高水体自净能力，达到生态治理修复的目的，此后无须清淤，一年四季水质清澈。

2.2 治理阶段

2.2.1 建造溢流坝

在不影响河道水流的前提下，建造两处溢流坝，降低水流流速，增加污水停留时间，即增加菌种对水体中污染物质的作用时间，使得河道治理段的污泥能得到更有效的消减。两处溢流坝分别位于南段进入黄沟桥处和北段闸前10m处(进入阜颍河前)，坝面高为正常水位，长15m、宽1.5m，正常水面以上0.3m。

2.2.2 底泥接种

把本源微生物菌群剂直接接种到八里沟及周边村组内污染的沟、塘底泥中，将沟塘中有机污染底泥作为微生物的定居载体及营养物。根据河道底泥的有机底泥量、有机物浓度、污水量等参数，计算出接种本源微生物菌群剂量约为6000kg、配套培养基约为3000kg(实施投入驯化后菌种约54000kg)、NL多酶催化剂约为5000kg(实施投入稀释后多酶催化剂约40000kg)。接种时，先用水泵将河水抽至1000L的大桶内，按比例加入驯化好的菌液，搅拌均匀后，用另一个泵以梅花式打到淤泥内，然后顺着水流逐步向下游接种(分两次完成)，这样能最大限度地使微生物扩散至整条河流中。在河道的底淤泥较厚处，加大接种的微生物量，利于水中有机污染物质分解。将NL多酶催化剂按比例加水稀释搅拌均匀后，用另一个泵以梅花式打到淤泥内，快速消除难以降解的有毒物质和腐败生物，启动生物修复机制，大幅度削减河水和底泥中污染浓度，并强化上覆水体的生态修复效果，以利于对沟、塘中的粉浆污染物质的快速净化。

2.2.3 水体接种

根据水体污染程度及污水量，计算出每100m接种本源微生物菌群剂260kg，合计10400kg；配套培养基5000kg(实施投入驯化后菌种约93000kg)；按底泥深度比例计算每100m投入NL多酶催化剂260kg，合计10400kg(实施投入稀释后多酶催化剂约52000kg)。

2.2.4 曝气充氧

根据水体污染程度，在9个排放口附近共加装15台超大流量推流曝气机和2台污水速清反应器，快速强化有效微生物生长，消减河道上游的有机污染物，使河道内污水快速澄清，提高河流水体中有效微生物的抵抗能力，增加污染河流水体中的溶解氧，消除河水黑臭问题。

2.3 治理效果

处理后河道污水COD浓度变化见图1，河道COD下降趋势明显，特别是在第二次微生物菌群剂投加曝气后，河道治理段COD约为60～70mg/L，已基本达到地表水Ⅴ类标准。2017年2月9日，对现场河水水质进行检测，发现微生物群落已经形成，直观地反映出经采用了微生物原位净化后，八里沟治理段的水质不黑不臭，水体呈现绿色，河水水质清澈。2月21日对八里沟河道水深进行测量，水深由治理前的1.5～2.5m增大至2.0～3.6m，污泥消减约0.7～0.9m。

图1 八里沟投加微生物菌群剂后取样点COD的变化

2017年3月12—13日，该县环保局委托第三方监测机构对1～5号取样点水质进行了监测，其中1号取样点监测数据见表2，可见治理后水体溶解氧、高锰酸钾指数、氨氮、总磷等指标均达到地表水环境质量Ⅴ类标准。八里沟黑土洼桥南治理前后现场对比见图2、图3。

表2 1号取样点数据(2017年3月12—13日)

图2 八里沟黑土洼桥南治理前

图3 八里沟黑土洼桥南治理后

3 治理费用及应用领域

3.1 治理费用

该治理工程总造价为637.69万元，治理费用约600万元，包含1年的维护费用，合同期为2016年12月至2018年3月。为保持治理效果，2018年颍上县环境保护局委托深圳市博生生物科技有限公司对项目进行维护保洁，工程内容包含投加菌种、生活垃圾清理等，费用约100万元。后续河流已经恢复自净能力，无需再投加微生物菌种。

3.2 工艺优势

本试验选用的本源微生物菌群剂为深圳市博生生物有限公司专利产品(国家发明专利ZL2006100608953，国家发明专利ZL201210047274.7)，其在广东、江苏、浙江、安徽、陕西等地河流污染治理及底泥减量治理中取得了成功。与其他黑臭水体治理工艺相比，微生物菌剂净化城市河道黑臭水体方案具有如下优点：ⓐ污染物就地处理，操作简便，对周围环境干扰少；ⓑ费用低廉，见效快，无须土建工程投入；ⓒ持续运行维护，水体的溶解氧能力稳步提高，水体透明度还会进一步增加，有效地解决区域性河流的污染，稳定河水水质持续恶化的问题；ⓓ河底污泥会逐步减少，无须清淤。与物理方法、传统生物法、生态修复技术等方法相比较，其特点详见表3。

表3 河道污染生态修复方法对比

3.3 应用领域

原位净化微生物生态修复技术已成功应用于河流(湖泊)水质直接净化、污泥消减，生活污水处理厂污泥消减，化粪池直接净化中水回用，农药废水、高盐高浓度工业有机废水以及制药、印染、制浆造纸等废水治理，取得了良好的治理效果，得到了有关专家的高度评价，一致认定该技术已处于国内领先水平，填补了国内微生物污水直接净化处理技术的空白。

4 结 论

采用微生物菌剂净化八里沟河道黑臭水体治理项目，通过约60天的治理，河道水体由治理前的劣Ⅴ类提升至地表水Ⅴ类水质，八里沟内的土著菌被激活增殖，效果明显，河道内初步形成了菌藻生态系统，河底污泥削减在60%以上，得到了沿河居民的普遍赞誉。该治理方法投资少、运行费用低，无二次污染，处理效果长效稳定，可作为一种长期性河流生态保洁措施，是符合现代河流水质状况的水体净化技术，也是当前国内水生态环境建设的迫切需要，值得在城镇河道黑臭水体治理领域广泛推广采用。