微生物强化净化系统对小型浅水湖泊净化效果研究

成 豪

(重庆市设计院有限公司，重庆 400015)

前 言

近年来我国城镇化率不断提高，截至2018年末已达到59.58%[1]，伴随而来的是越来越多的天然水体被纳入城市建成区，在开发建设过程中如未施以适当的保护措施，极易发生水质恶化，形成黑臭水体，给人民生活和自然生态带来不利影响。水体的致黑现象与带色类有机化合物经吸附络合形成的悬浮颗粒有关，致臭现象则与水中有机污染物分解过程中耗氧速率超过复氧速率引发的水体缺氧存在联系[2]。针对上述黑臭成因，本文采用碳素纤维生态草构建微生物强化净化系统，并通过现场试验分析其净化效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生态浮岛采用耐候性强的轻质高分子材料制作(单个浮岛直径2m)，浮岛下方悬挂碳素纤维生态草作为微生物载体，其比表面积可达约2 000m2/g，单根尺寸65cm×40cm，设置密度为每m3水体6.4根。

1.2 试验方法

试验湖湾位于重庆市主城区，水域面积约2 300m2。试验时间为7～11月,6月进行设施安装及调试；系统运行趋于稳定后，于7～11月每月下旬进行定期水质采样监测。水样由有机玻璃采水器采集，采样深度0.5m。

1.3 测定指标及方法

DO、pH、T：带DO和pH探头的哈希HQ40d便携检测仪；CODMn：酸性法；TN：过硫酸钾氧化紫外分光光度法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法；TP：钼锑抗分光光度法；浮游植物样品处理及计数按照国家环保局《水生生物监测手册》相关内容[3]执行。

2 结果与讨论

2.1 DO质量浓度变化情况

DO质量浓度在监测期内总体呈先升后降趋势(如图1)，均值为(8.31±1.36)mg/L。8月出现最大值的原因与浮游植物种群密度增加有关，适宜的水温和较低的水体流动性为浮游植物生长繁殖创造了良好条件，通过光合作用释放的氧气也更多[4]；8月以后随着日照时间缩短、水温降低、浮游植物种群密度减小，ρ(DO)也随之逐月下降。

图1 DO质量浓度变化情况Fig.1 Monthly variation of the mass concentration of DO

2.2 CODMn质量浓度变化情况

试验期间CODMn质量浓度总体呈先降后升趋势(如图2所示)，均值为(6.20±1.38)mg/L，其中9～11月下降幅度较大，10～11月有小幅回升，总体去除率为39.5%，对比小试中71%的去除率[5]有所降低，其原因是多样的：首先，试验湖湾属于景观水体，湖底沉积的底泥和周边的人类活动会产生一定的内源和外源污染；其次，本试验碳素纤维生态草设置密度低于小试(小试设置密度为每m3水体20根)[5]；此外，试验湖湾与湖泊其他水域之间仍存在一定的水体流动，并非小试中的完全封闭状态；同时，湖畔植物的枯叶枯枝掉落或冲入水体以及风向等因素[6]都可能对去除率造成一定影响。

图2 CODMn质量浓度变化情况Fig.2 Monthly variation of the mass concentration of CODMn

2.3 TN、NH3-N质量浓度变化情况

图3 TN质量浓度变化情况Fig.3 Monthly variation of the mass concentration of TN

图4 NH3-N质量浓度变化情况Fig.4 Monthly variation of the mass concentration of NH3-N

2.4 TP质量浓度变化情况

如图5所示，试验期间TP质量浓度均值为(0.08±0.02)mg/L，其中11月达到0.11 mg/L，对应地表水V类标准，其余月份均在地表水Ⅳ类标准范围内。该变化趋势可能与微囊藻具有较高的吸收和储藏磷能力[10]有关：试验期间仅在11月的水样中检出微囊藻，种群密度为5.1×104ind./L，在上层水体中磷缺乏时具有伪空胞的微囊藻可从较深的水层中获取更多的磷[10]，从而提高上层水体的ρ(TP)。试验期间TN/TP均值为(26.99±4.35)根据Guildford等提出的水中营养物限制性分类标准[11]，试验湖湾主要受磷素限制。

图5 TP质量浓度变化情况Fig.5 Monthly variation of the mass concentration of TP

2.5 浮游植物种群密度变化情况

试验期间浮游植物种群密度先升后降(如图6)，最大值出现在8月，各月均值为(1.17×108±1.78×108)ind./L。有研究表明浮游植物比增长率与水温存在下表中的对应关系。

表 不同水温下藻类比增长率[12]Tab. The specific growth rates of phytoplankton at different water temperatures

对比本试验中水温变化曲线(如图6)，8月水温为27.1℃，处于25℃～30℃区间，浮游植物比增长率的提高导致8月种群密度增大，其中蓝藻占比达95.4%。

图6 水温及浮游植物种群密度变化情况Fig.6 Monthly variation of water temperature and the population density of phytoplankton

3 结 论

3.1 试验条件下，CODMn和NH3-N的总体去除率分别为39.5%、54.6%，TN和TP无明显去除效果，各项水质指标除TN外均在地表水V类标准范围内。较之小试，净化效果有所下降，其原因可能与试验湖湾内碳素纤维生态草设置密度、湖体及周边环境因素等有关。

3.2 试验湖湾主要受磷素限制，针对其内外源含磷污染物采取有效控制措施对于黑臭防治尤为重要。

3.3 在注重控源截污的同时，微囊藻等生物因子对水体ρ(TP)也存在一定的影响，在治污实践中亦不容忽视。