基于微生物原位修复的黑臭水体底泥治理分析

何云斌，刘书敏，林嫙，赵风斌

1.深圳市天健（集团）股份有限公司；2.同济大学；3.深圳市市政公司总公司

随着城市化进程的加快，我国城市也面临着严重的河流污染问题，其中河流黑臭现象非常突出，尤其是那些人口密度大、经济发展快速的城市。根据相关数据调查显示，截至2017年上半年，我国216座城市中排查出2100个黑臭水体，并且黑臭水体个数呈逐年上涨的趋势。即便目前黑臭水体整治工程大力开展，但是许多整治工程只是从源头或方法上来控制污染物进入河流中，尚未实现对黑臭水体及底泥污染物的完全处置，而且在治理过程中仍然在不断发生污染问题。由此可知，我国黑臭水体的整治是一项长期且艰巨的任务。

一、微生物修复技术

底泥处理是黑臭水体治理中非常重要的一个环节。在大量黑臭水体监测中，发现污染泥中含有大量的有机物，这些有机物在自然作用下沉淀，最终使得底泥中的有机物含量不断增加。所以在黑臭水体底泥治理中，需要科学利用微生物修复技术进行治理。

微生物修复技术属于生物修复中的一种，指的是利用微生物对水体进行修复，这种技术方法的优势在于费用较低、见效快，且不存在二次污染的问题，所以在黑臭水体底泥修复治理中可采用这一修复方法。值得一提的是，微生物修复技术也有其局限性，主要表现为在黑臭水体底泥修复治理中，需要根据不同特性的底泥来选择不同的微生物，操作起来相对较为麻烦。

二、微生物修复技术在黑臭水体底泥治理中的应用

（一）项目案例

某城市主要泄洪河道中，由于生活污水的污染形成了黑臭水体。该水体缺氧严重，在水体监测中还发现，水中的COD、氮、磷等有机物含量非常高，而这些有机污染物在自然作用下沉淀，使得水体发黑发臭，严重影响人们的生产生活。为此，项目采用微生物修复技术对其进行修复处理。

（二）材料和方法

（1）微生物菌群。本次试验使用的是从黑臭河道底泥中分离出的特殊菌群、生物分解因子等作为微生物菌群，同时添加了一定量的矿物元素。通过使用该产品，不仅能有效分解水体中沉淀的有机物，而且能够有效改善底泥的质量，进而有效维护河道底泥微生物系统。

（2）载体。本次试验中的载体选自江西调水人生态环境工程有限公司生产的生态带，在该生态中，设有好氧、厌氧和兼性厌氧这三个反应区。该生态带的优势在于面积大、比重轻、容易固定、稳定性良好等。

（3）试验装置。本次试验中，使用了A和B两个装置，并且两个装置中均设有曝气装置，以及直径为0.1m、高为0.75m的圆柱玻璃器皿。其中，A装置中安装生态袋，且有微生物菌种，B装置为空白试验装置，不添加任何填充物和微生物。

（4）试验样品。对该水体进行样品采集，待采集的样品沉淀后，对其底泥厚度进行测定，同时测定底泥COD、上清液COD等指标。试样样品的各项指标初始值如表1所示。

表1 试样样品各指标初始值

（5）测定方法及过程。在式验过程中，A、B两个反应装置每天进行曝气复氧，待底泥沉淀后，测定其各项指标参数，包括底泥厚度、底泥COD值及上清液COD值。其中，在测定底泥COD及上清液COD值时，先从装置底部取出试样，并通过离心、烘干、研磨、恒重等多道操作工序进行测定。在测样过程中，应确保各项指标测定符合国家相关的标准要求。

三、应用效果分析

（一）底泥厚度变化情况

在本次试验中，通过A、B两个装置对样品底泥厚度进行测定，图1为A、B两个装置的底泥厚度变化情况。观察图1可发现，A、B两个反应装置的变化趋势大致相同，随着反应时间的延长，底泥厚度逐渐减少。其中，在试验时间的第1至第3天，A装置的底泥厚度呈现先增加后减少的趋势，在第6天、7天时，稍微有所增加，之后一直减少，最终停留在2cm左右。B装置也与A装置一样，在开始的第1天至4天，底泥厚度呈现先增加后减少的趋势，之后底泥厚度不断减少，最后停留在4cm左右。

图1 A、B反应装置底泥厚度变化情况

A反应装置添加了微生物菌种，B反应装置并未添加任何填充物和微生物。从图1的变化情况来看，添加了微生物菌种的A装置的底泥去除效果要明显优于B装置。而开始的第1天至第3天，A、B两个反应装置的底泥厚度之所以表现出不减反增的情况，主要是受到曝气复氧的作用，使得两个反应装置中的好氧微生物大量繁殖，随着微生物的数量增加，形成结构较为蓬松的菌胶团，所以底泥厚度增加。而A装置之所以在第3天后，底泥厚度快速减少，主要是因为受到微生物菌种的净化作用，加快了底泥层的矿化速度，进而使得底泥厚度大大降低，最后在第23天时，底泥厚度达到2cm，并且底泥基本已经无机化，基本达到稳定的状态，这比B装置的底泥厚度4cm要低。可见，在黑臭水体底泥修复治理中，采用微生物修复技术，可有效降低水体的泥的厚度。

（二）底泥COD变化情况

图2为此次试验中A、B两个反应装置底泥COD值的变化情况。观察图2可知，A、B两个反应装置的底泥COD值变化趋势基本一致，均是随着试验时间的延长而不断下降。其中，在试验开始的第1天至第3天，A、B两个反应装置的底泥COD值表现为先增加后减少的趋势。到第30天时，A反应装置测定的底泥COD值是1572mg/kg，其去除率为92.8%，B反应装置测定的底泥COD值是6707mg/kg，底泥COD去除率仅为69%。对比来看，增加了微生物菌种的A装置，其底泥COD去除效果要明显优于B装置。

图2 A、B反应装置底泥COD变化情况

底泥COD主要来源于底泥中的各种微生物和原有的有机污染。A、B两个反应装置的底泥COD值之所以在第1天至3天不减反增，主要是因为在曝气臭氧的作用下，底泥中的微生物大量繁殖引起。而随着时间的延长，A装置的底泥COD去除率比B装置要好，是因为A装置中添加了多种微生物菌群，其中还包含一些底泥土著微生物难以降解的有机物，如酚类、苯环类等。

（三）上清液COD变化情况

图3为A、B两个反应装置的上清液COD变化情况，观察图3可知，A、B两个反应装置的上清液COD值变化情况基本一致，均是随着试验时间的延长而不断下降，并且比底泥厚度、底泥COD变化波动大。其中，A、B两个反应装置开始的前几天波动较大，之后逐渐平缓。经过30天的反应后，A、B两个反应装置的上清液COD值基本稳定在70mg/L左右。可见，无论是采用曝气复氧的方法还是微生物菌种的方法，都能够对黑臭水体起到很好的处理作用。

图3 A、B反应装置上清液COD值变化情况

本文基于黑臭水体治理目标和要求，对微生物修复技术在黑臭水体底泥治理中的应用进行研究分析。在研究过程中，通过设置两个试验装置，将微生物修复技术与常规的曝气复氧技术进行了对比分析，试验结果如下：

（1）微生物修复技术对于降低黑臭水体底泥厚度效果显著，比常规的曝气复氧技术要好。

（2）微生物修复技术的应用可有效降低黑臭水体底泥COD值，比常规的曝气复氧技术的底泥去除率要好。

（3）微生物修复技术和曝气复氧技术均可有效降低黑臭水体底泥的上清液COD，两种修复方法都对黑臭水体有良好的处理效果。

研究证明，相比常规的曝气复氧技术，微生物修复技术的底泥处理效果更优，采用微生物修复技术处理可有效改善黑臭水体的水质状况。目前，我国许多城市普遍存在黑臭水体问题，在黑臭水体治理过程中，可有效应用微生物修复技术进行黑臭水体底泥治理。但需要注意的是，在具体的处理过程中，应充分了解黑臭水体形成的原因，并在此基础选择合适的微生物菌种，从而有效发挥出微生物修复技术的作用，进而提升黑臭水体治理的效果。

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城市黑臭水体是百姓反映强烈的水环境问题，不仅损害了城市人居环境，也严重影响城市形象。近几年“让市长下河游泳”的呼声反映了百姓对解决和治理城市黑臭水体的强烈愿望。城市黑臭水体整治工作系统性强，工作涉及面广。国务院颁布实施的《水污染防治行动计划》（“水十条”）明确，城市人民政府是整治城市黑臭水体的责任主体，由住房城乡建设部牵头，会同环境保护部、水利部、农业部等部委指导地方落实并提出目标：2017年年底前，地级及以上城市实现河面无大面积漂浮物，河岸无垃圾，无违法排污口，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体；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；到2030年，全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。

如何综合、系统、具有联动机制的对城市黑臭水体进行治理，可以采取“七字法”方法进行系统全面有针对性的三位一体（trinity）治理（地、水、大气），其分别是”截、引、净、减、调、养、测”。

南方多于北方，城市发展越快的地区城市黑臭水体越严重。

城市黑臭水体问题主要有四大原因：

点源污染：排放口直排、污废水合流制管道雨季溢流、分流制雨水管道初期雨水或旱流水、非常规水源补水等。

面源污染：降水所携带的污染负荷、城乡结合部地区分散式畜禽养殖废水的污染等。

内源污染：底泥污染、生物体污染、漂浮物、悬浮物、岸边垃圾、未清理的水生植物、水华藻类等。

其他污染：城镇污水厂尾水超标、工业企业事故排放、秋季落叶等。