城区水系综合整治工程中ISSA PGPR生态修复技术应用效果分析

张媛媛

（北京金河水务建设集团有限公司，北京 102206）

0 引言

大兴区水系综合整治（含黑臭水体治理）工程主要采用ISSA PGPR（In Situ Selective Activation Of PGPR）原位生态修复技术进行河道治理，该技术通过生态修复剂的加注和生态反应池的运行实现对PGPR 进行激活的目的。其设备由反应系统、循环系统、电器控制系统组成，其设计科学、配置优化、功能强大、适应性广，安装于岸上，便于维护。生态修复系统是一种原位PGPR 微生物激活设备，它能够提供半封闭的内部环境，并且具有自动将外部水环境中的PGPR 微生物送入内部进行激活后，再将激活后PGPR微生物送回外部水环境的功能。

1 研究方法

根据大兴区城区水系综合整治（含黑臭水体治理）工程的涵盖范围分别在老城片区、城南片区、城东片区和新城西片区各设置2个采样点，共8个采样点，并分别在2018年7月、10月（丰水期），2019年1月、4月（枯水期），2019年7月、10月（丰水期）和2020年1月、4月（枯水期）内共进行8次采样。在距离表层水体0.50 m深的范围内采样后将样本送至实验室进行分析检测，其中化学需氧量、pH 值等元素的检测采用《地表水环境质量标准》所提供的方法，总磷采用钼酸铵分光光度法检测，总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法检测，叶绿素则通过分光光度法测定，水温和透明度通过便携式水质检测仪在采样现场测定。考虑到各采样点水体的水质污染程度和面积相当，故将8个采样点的同期采样结果进行平均化处理，并在此基础上进行水体净化结果分析。

2 原位生态修复技术原理

ISSA PGPR原位生态修复技术主要将各种营养物质所合成的生态修复剂投入生态反应池内，构建起微生物原位激活平台，使营养物质不断向水环境中微生物提供，以激活微生物繁殖能力，通过污染物及富营养物就地转化利用，达到修复生态系统的治理目的。该修复技术的突出特点在于水体污染物原位治理，即通过有益微生物的激活处理，使水体自净能力逐渐得到恢复，从传统的对抗式解决转变为和谐利用、就地解决，使水系综合治理效率显著提升。

原位选择性激活PGPR技术通过纳米技术、微包覆技术将污染水体中微生物激活所需碳源、生长因子、微量元素等营养物质制成生态修复剂，并投放于生物反应池内，通过缓释技术及繁殖平台将营养物质提供给污染水体中的PGPR微生物，使微生物持续被激活后快速繁殖。如图1中所示，L1代表点源污染，L2代表面源污染，L3表示水体内源污染，L4表示水体自净承载力。当L4＜L1+L2+L3时，水体污染加剧；而当L4＞L1+L2+L3时水体情况好转。ISSA PGPR原位生态修复技术正是通过技术革新及增大L4，提升水体自净承载力，从而有效解决水体污染问题。

图1 水体污染与自净承载力图

3 监测结果及分析

3.1 水温和透明度

根据监测期内所取得的大兴区城区水系综合整治（含黑臭水体治理）工程ISSA PGPR 生态修复治理后水体的水温和透明度监测结果（图2）可知，治理后的水体温度在18℃～30℃范围内变动，年平均水温为23.10℃，其中最高和最低温度分别出现在7月和1月。

图2 水温和透明度监测结果图

水体透明度指标能较好表征水体富营养化程度，在监测期内，工程河道水体枯水期内透明度整体比丰水期内略好，枯水期内水体透明度最大为42.90 cm，在2019-2020三个监测年度内水体透明度均值为27.40、30.90和39.70 cm，且透明度呈逐年增加的态势。

3.2 pH值

该指标是评价水体污染程度的主要化学和生态因子，对于天然水体而言其透明度取值一般在6.50～8.50，且pH值通常随水体内微生物活动和有机质分解等过程而变化，藻类植物在光合作用的过程中因消耗水体内二氧化碳而导致pH 值升高，相反，微生物及有机质分解过程中因二氧化碳的积累而导致pH值减小。根据监测结果，该工程河道生态修复治理后水体pH 值在6.71～8.55 变动，其中2018 年丰水期内水体pH 值与上年同期相比降至6.42，2019 年枯水期内pH 值与上年同期相比降至7.23，根据监测结果来看，水体pH 值整体呈现出逐年下降的趋势（图3（b））。究其原因来看，在ISSA PGPR 生态修复技术应用后水体富营养化程度逐渐降低，且对河道内藻类的生长繁殖过程产生很大的抑制作用，藻类光合作用大大减弱，其所消耗的二氧化碳也相应减少，此外，微生物及有机质分解过程产生二氧化碳，两方面综合作用的结果就是水体pH值的持续降低。

3.3 化学需氧量

该指标是反映水体受有机物污染程度的主要指标，水体内化学需氧量越高则表明，水体中还原性物质含量较高。根据监测结果（图3（a）），2018 年7 月采样结果中化学需氧量均值为34.70 mg/L，2018年10月的采样结果中化学需氧量含量均值降至25.10 mg/L，2019年10的化学需氧量含量均值仅为9.84 mg/L。研究还表明，丰水期内水体中的化学需氧量含量普遍较高，主要原因在于在降雨及雨水的冲刷下，河道周边居民生活垃圾中的有机污染物进入水体，导致有机污染程度增大。

图3 pH值监测结果图

3.4 总氮、总磷浓度

氮和磷是水体中藻类生长繁殖所必需的营养元素，在监测期间，大兴区城区水系综合整治（含黑臭水体治理）水体中总氮、总磷的变化范围为0.45～1.71 mg/L、0.04～0.10 mg/L，2018年7月至2019年4月，平均浓度分别为1.06 mg/L和0.069 mg/L，其中丰水期和枯水期内总氮、总磷的平均浓度分别为1.01、0.06和1.71、0.09 mg/L；2019年4月至2020年4月，平均浓度分别为0.68 mg/L 和0.044 mg/L，其中丰水期和枯水期内总氮、总磷的平均浓度分别为0.24、0.05 mg/L 和1.02、0.06 mg/L，见图4。结果表明，该综合治理水体总氮浓度在丰水期和枯水期内存在较大差异，枯水期内氮磷浓度显然高于丰水期；而总磷浓度在丰水期和枯水期内差异较小。按照中国对湖泊水体富营养化的评价等级，总氮浓度小于0.10 mg/L时属于贫营养型，总氮浓度∈［0.10，0.50］mg/L属于中营养型，总氮浓度大于0.50 mg/L则属于富营养型。根据监测结果，该综合治理水体在枯水期和丰水期内的总氮浓度均值除2019年4月至2020年4月丰水期内为0.24 mg/L 外，其余时期均在0.50 mg/L 以上，表明，该水体治理后仍属于富营养化类型。

图4 总氮、总磷浓度监测结果图

磷是限制水体中藻类生长的主要因素，其在天然水体中含量并不高，按照中国湖泊水体富营养化的评价等级，总磷浓度小于0.01 mg/L 水体属于贫营养化，大于0.10 mg/L 则属于富营养化，在两者中间为中营养化。该综合治理水体治理后的丰枯水期内总磷浓度均维持在0.05 mg/L的中营养化水平。

3.5 富营养化

无机营养元素、悬浮泥沙及有机物等大量进入水体后便会为微生物大量繁殖创造条件，导致水体富营养化。中国湖泊水体营养状态评价等级中通常用修正后的TSI 指标进行湖泊水体富营养化状态的评价。当TSI＜30时，水体为贫营养化状态，当30≤TSI＜50时，水体为中营养化，当50≤TSI＜100时，水体为富营养化。综合营养状态指数TSI的计算过程如下：

式中：Wj—第j个参数的营养化状态的权重，根据中国湖泊富营养化状态评级标准赋值；TSUj—第j个参数的营养化状态。

将监测时期内的叶绿素、水体透明度、化学需氧量、总氮、总磷等含量带入式（1）得出各参数的营养化状态以及该综合治理水体的综合营养状态指数，结果见表1。

表1 综合治理水体的综合营养状态指数表

根据中国湖泊富营养化状态评级标准，当综合营养状态指数TSI取值在45～50，则水体属于中～富营养化，取值在40～45，则水体为中营养化。从表1 计算结果来看，在监测期间，2018.07 至2019.04 期间，综合营养状态指数TSI 取值在45.10～49.80，为中～富营养化，2019.07至2020.04期间，综合营养状态指数TSI 取值在38.80～44.30，为中营养化。表明，ISSA PGPR生态修复治理技术对该污染水体治理效果良好，有效遏制了水体生态环境进一步恶化的趋势，水体富营养化呈减小趋势。

4 结论

文章分析结果表明，ISSA PGPR 生态修复治理技术的应用能显著改善水质，且该技术的应用只需要在水域中安装生物反应池，无需其他土建工程，应用过程简便，节省投资。大兴区城区水系综合整治（含黑臭水体治理）工程实施后治理效果的监测结果表明，净化后的水体水质属于中营养化状态，稳中向好，使过去黑臭水体及恶化水质的趋势得以逆转，但是由于该城区水体污染源积累程度较高，且随着降雨，河道周边生活污染物会随水流持续注入水体，所以，ISSA PGPR生态修复治理技术应当长期应用，河流管理部门也应加强河道两侧生活污染源的治理力度，双管齐下，达到最佳整治效果。