生物修复技术治理河道底泥污染应用研究

袁存明

(成武县水务局,山东 菏泽 274200)

随着我国城镇化快速建设，城市河道污染严重，水体甚至发黑发臭，对附近居民的生存环境和生活质量产生威胁[1- 3]。党的十八大以来，生态文明建设进程加快，黑臭河道修复技术成为学者们的研究热点。河道黑臭的直接原因是水体缺氧，根本原因是水体污染物含量过高[4- 5]。黑臭河道的污染来源有两个：一是外源河道污水大量排入，使水体中的有机物、重金属含量增加；二是内源河道底泥中汇聚了大量污染物，在物理、化学及生物等多种因素的影响下，底泥再悬浮并向上层水体释放污染物质[6- 7]。因此，研究底泥修复技术对治理黑臭河道具有重要意义。

温州在治理温瑞塘河过程中开展了大量截污纳管工程，从源头上削减污染物的排放量[8]，有效改善了河道黑臭问题。清淤疏浚也广泛应用于河道水体污染治理中，但这一方法并未实现污染的根源治理，只是将河道底泥污染物转移而非降解[9]。河道曝气技术通过人为充入空气来改善水体缺氧状态，治理黑臭河道成效显著，在实践中得以广泛应用，但仍存在氮、磷去除不足等缺陷[10- 11]。生物修复技术采用生物制剂、水生植物等措施，加速有机物、氮、磷等污染物的降解，增强水体消解污染物的能力，具有成本低廉、环境友好、见效较快等优势[12- 14]，成为学者们的研究热点。

现有河道黑臭治理研究中，大都侧重于研究水体的修复情况，河道底泥修复效果方面的研究较少。而河道底泥是河道水体的污染源之一，开展底泥修复效果研究对治理黑臭河道具有重要价值。因此，本文基于前人的研究成果，开展了生物制剂和生物制剂+水生植物两组现场试验，从河道底泥角度探讨污染物的削减效果。研究成果将为黑臭河道治理提供一定的理论和技术支撑。

1 试验方案设计

1.1 工程背景

本次研究的某黑臭河道位于山东省菏泽市，河流常年处于滞流状态，在城镇化发展进程中周边工厂、居民激增，部分污水直接排入河道，导致河道水质恶化。快速、有效地治理该河道黑臭问题成为城市生态文明建设的重要任务。传统河道修复措施存在着成本高昂、周期较长等缺点，因此在该黑臭河道治理中采用传统技术与新兴技术相结合的方式，一方面通过截污纳管减少外源污染，另一方面探索采用生物修复技术治理内源污染。本次研究从利用生物修复技术治理内源污染出发，开展了生物制剂和生物制剂+水生植物两组现场试验，从底泥污染物角度分析研究所选生物制剂的治理成效。

1.2 试验方案

通过现场调研，选择了一段河道平直、人为扰动小的河段作为试验区开展现场试验，划分了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个试验区(如图1所示)：试验区Ⅰ是对照组，不使用任何修复技术；试验区Ⅱ、Ⅲ是实验组，其中试验区Ⅱ投放生物制剂，试验区Ⅲ投加生物制剂并种植水生植物。

图1 现场试验分区示意图

本次试验选用的生物制剂包含好氧微生物和兼性微生物，是针对黑臭底泥成分而选配的组合，有助于降解河道底泥中的有机物、氮、磷等，进而改善水体氧化环境，增强河道自净能力。投药量为50g/m2，投加频率为7d一次，投加周期为半年。投药方式采用喷枪法，将生物制剂注入泥水分界面以下5cm左右；水生植物采用鸢尾、芦竹、慈姑等。试验周期为半年，试验结束后取出上层底泥测定有机物、TN、TP、AP等污染物含量，以及底泥的溶解氧和氧化还原电位，对比分析生物制剂和生物制剂+水生植物两种方案对河道底泥的修复效果。

2 试验成果分析

2.1 有机质的去除成效

采用灼烧法测定各底泥的有机质含量，试验成果如图2所示。可以看出，试验组有机质含量显著低于对照组，对照组Ⅰ区的有机质含量为177.97g/kg；仅投加生物制剂的Ⅱ区底泥有机质含量为66.33g/kg，削减了63%；生物制剂+水生植物的Ⅲ区底泥有机质含量为54.89g/kg，削减了69%。由此可见，本次试验选用的生物制剂能够大幅削减底泥中的有机质，在投加生物制剂的基础上，增加种植水生植物能够促进有机质的去除。

图2 底泥有机质含量图

2.2 总氮的去除成效

采用凯式法测定底泥的总氮含量，试验成果如图3所示。可以看出，试验组总氮含量显著低于对照组，对照组Ⅰ区的总氮含量为14.45g/kg；仅投加生物制剂的Ⅱ区底泥总氮含量为6.35g/kg，削减了56%；生物制剂+水生植物的Ⅲ区底泥总氮含量为4.50g/kg，削减了69%。由此可见，本次试验选用的生物制剂能够大幅削减底泥中的总氮，在投加生物制剂的基础上，增加种植水生植物能够促进总氮的去除。

图3 底泥总氮含量图

2.3 总磷的去除成效

采用碱熔-钼锑抗分光度测定底泥的总磷含量，试验成果如图4所示。可以看出，试验组总磷含量显著低于对照组，对照组Ⅰ区的总磷含量为5.64g/kg；仅投加生物制剂的Ⅱ区底泥总磷含量为2.43g/kg，削减了57%；生物制剂+水生植物的Ⅲ区底泥总磷含量为2.15g/kg，削减了62%。由此可见，本次试验选用的生物制剂能够大幅削减底泥中的总磷，在投加生物制剂的基础上，增加种植水生植物能够促进总磷的去除。

图4 底泥总磷含量图

2.4 有效磷的去除成效

采用碳酸氢纳浸提-街锑抗分光光度测定底泥的有效磷含量，试验成果如图5所示。可以看出，试验组有效磷含量显著低于对照组，对照组Ⅰ区的有效磷含量为3.27g/kg；仅投加生物制剂的Ⅱ区底泥有效磷含量为1.82g/kg，削减了44%；生物制剂+水生植物的Ⅲ区底泥有效磷含量为1.21g/kg，削减了63%。由此可见，本次试验选用的生物制剂能够大幅削减底泥中的有效磷，在投加生物制剂的基础上，增加种植水生植物能够促进有效磷的去除。

图5 底泥有效磷磷含量图

2.5 溶解氧和氧化还原电位分析

通过室内试验测定各区底泥的溶解氧，试验成果如图6所示。可以看出，试验组溶解氧含量明显高于对照组，对照组Ⅰ区底泥中的溶解氧为0.26mg/kg；仅投加生物制剂的Ⅱ区底泥中的溶解氧为0.49mg/kg，增加了85%；生物制剂+水生植物的Ⅲ区底泥中的溶解氧为0.45mg/kg，增加了72%。由此可见，本次试验选用的生物制剂能够显著提高底泥中的溶解氧，在投加生物制剂的基础上增加种植水生植物会使底泥溶解氧含量略有降低。

图6 底泥溶解氧含量图

2.6 氧化还原电位分析

通过室内试验测定各区底泥的氧化还原电位，试验成果如图7所示。可以看出，对照组Ⅰ区底泥的氧化还原电位为-175.40mv，由此可知本次研究的河道底泥易发生厌氧还原反应；仅投加生物制剂的Ⅱ区底泥的氧化还原电位为54.57mv；生物制剂+水生植物的Ⅲ区底泥的氧化还原电位为29.51mv。由此可见，本次试验采用的两个底泥修复方案均能使底泥由厌氧还原态恢复为氧化态，有效改善底泥环境。

图7 底泥氧化还原电位图

3 结论

为解决河道黑臭污染问题，开展了生物制剂和生物制剂+水生植物两组现场试验。研究结论如下：

(1)生物制剂方案中有机质、TN、TP、AP的去除率分别为63%、56%、57%、44%，生物制剂+水生植物方案分别为69%、69%、62%、63%，说明两个方案的污染物去除效果良好，并且在生物制剂的基础上增加水生植物能够促进污染物的去除；

(2)生物制剂方案与生物制剂+水生植物方案下底泥的溶解氧分别增加了85%、72%，底泥均由厌氧还原态恢复为氧化态；

(3)本次研究的不足之处在于生物制剂与投药量固定，可进一步开展实验确定生物制剂的最佳配比。