生物生态综合技术在河道治理中的应用

郭 超，尹 宁

(临沂市水文中心，山东 临沂 276000)

0 引言

水环境是城市生态环境的重要组成部分，与人们健康与生活息息相关，生活垃圾及工业污染物排放渗漏等导致水体黑臭现象极为常见，严重影响生态系统功能和城市景观。高含氮量被认为是造成河流黑臭污染的主要原因之一，城市河流的脱氮方法近年来受到广泛关注。目前，国内黑臭河道防治手段主要采取源头污染治理、垃圾清运、清淤排污、生态修复等措施。通过综合治理和技术治理相结合，系统性根治黑臭水体。

黑臭水体治理技术主要分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术3大类，物理修复技术包括底泥疏浚、覆盖和深度曝气；化学修复包括化学氧化、沉淀和絮凝，通过去除悬浮物、溶解的磷和氮等污染物来改善水的透明度，化学过程可以快速修复受污染的河水；生物修复是指生物吸收、转化、去除或降解环境污染物等生物措施，主要包括微生物强化技术、人工浮岛技术、人工湿地技术和填料强化净化技术。

张国勋[4]等针对西湖富营养化现象，考虑水温与含磷量及其他诸如藻类生长特性、西湖形状、钱塘江水质情况等因素，以期提高对西湖的治理效果。陈鹏等[5]采用深层微孔层流曝气、微生物强化降解和生物浮岛为主的生物-生态复合修复技术对常州市藻港西支河进行为期5个月的监测治理，取得了显著效果。钱嫦萍等[6]综述了生物修复技术在黑臭河道治理中的研究进展，为河道治理提供了有益参考。周晓红等[7]运用生物浮床技术，对比3种不同植物对城市污染水中氮、磷的净化效果，结果表明3种植物对污染水体净化都有一定效益，可作为污染水体治理的优良植物进行推广。

本文针对城区受污染严重的河道，通过实地考察，采取生物生态综合治理技术对受污染水体进行长时间治理。以期实现水体自我生态恢复，为其它同类型城区黑臭河道治理提供参考。

1 工程概况

河道自北向南总长约3km，河道两侧人口集中，无明显拐点，河道宽约15m，水深约1～2m，河岸采用人工砌石路，2侧均建设有绿化隔离区及景观护栏。水域面积约为30×103m2，流水量约为41.5×103m3。由于河道位于城区内，周边学区、街道、商铺集中，污染较严重。

2 河道水体现状分析

2.1 水质评价

对河道内水体进行取样分析，结果见表1。

由GB 3838—2002《地表水环境质量标准》[8]可知该河道水质为劣Ⅴ类水体；该河道水体透明度较好，《城市黑臭水体整治工作指南》[9]中“城市黑臭水体污染程度分级标准”指出溶解氧DO介于0.2～2mg/L之间、氨氮NH3-N介于8～15mg/L之间属于轻度黑臭，从表1得知，溶解氧及氨氮指标表明河道处于轻度黑臭范围。

2.2 污染源分析

通过对河道现状进行实地调查，确定河道污染原因主要有以下几种。

(1)河道修建初期周边草地、植被经雨水径流入河道，由于周边绿化带的影响，大量树木腐叶流入河道随时间腐烂沉底，导致河道中累积大量有机物、NH3-N等污染物。

(2)校区食堂及周边商铺相对集中，排污管道由于年久失修造成油污、餐饮废水等经由管道排入河道中，污染水环境。

(3)校区及周边街道部分排水网与河道相连接，降雨等造成的雨污排水集中汇入河道，释放大量污染物。

(4)人类活动频繁，校区周边施工较多，工程活动产生的泥水、石灰泥浆经由部分排水系统进入河道，使得河道水体浑浊，大量杂质淤积。

3 水质改善方法

河道两岸建设有绿化带，周边有住宅生活区，河道治理过程中应不影响周边生态及居民生活，为保证河道自然美观，水质治理设备应尽量安置在水下，或采用悬浮气垫装置，对其加以美化。

(1)微纳米气泡加氧方法，微纳米气泡主要有比表面积大、上升速度慢、自身增压溶解、表面带电等特点，利用微纳米气泡发生器产生的气泡介于微米气泡和纳米气泡之间，使得空气与水的接触面积增加，溶解能力提高，能够持续为河道带来大量溶解氧DO为微生物等其他生态活动创造生存条件。

(2)复合微生物水体修复剂，采用微生态工程技术，使用多种微生物经复合发酵形成的新型生物水体修复剂，其能够快速消除水中异味，降低河道中COD及氨氮的含量，使河道加快自我修复，对环境和人体无任何毒副作用。

(3)生态浮床技术，针对河道水质富营养化，运用无土栽培技术，以高分子材料等为载体和基质，利用水体空间生态位，建立人工生态系统，植物根系吸收水中总磷(TP)、氨氮(NH3-N)等富营养化物质。

4 河道治理效果分析

4.1 河道水体透明度变化

河道水体实施水质改善后透明度随时间的变化如图1所示。水质改善期间可以明显观察到水体颜色由黑色向黄色最后逐渐向透明化状转变，透明度指标最初平均值35～55cm，涨幅达到57%。透明度改善曲线整体呈先下降后上升的趋势，为前期设备安装对河道水体扰动较大，造成污染物在河道内悬游。河道水质改善完成后最高透明度为下游段62cm，较中游段及上游段分别高出7、11cm，整体水质得到改善，局部区域受其他因素影响改善效果略有波动。

图1 河道各段水体透明度变化

4.2 河道水体溶解氧DO含量变化

河道中溶解氧(DO)含量主要通过微纳米气泡发生器产生，为加速提高溶解氧(DO)含量，前期扩大设备运行时间，用以加速水体自我生态修复效果。河道水体溶解氧(DO)含量变化趋势如图2所示，从图2中可知，前期由于微纳米气泡发生器加速使用DO含量急剧增长，4—6月DO含量增长趋势逐渐减缓，主要是由于发生器设备使用时间减少，气候升温导致河道底部污染物耗氧速率增加。总体而言，河道内DO含量由1.48～1.96(mg·L-1)增长至5.09～5.25(mg·L-1)，从增长趋势来看，尽管发生器设备使用时间减少，DO含量依然保持增长，说明气泡发生器对河道DO含量改善效果显著，极大的提高的河道水体的自我恢复能力。

图2 河道各段水体溶解氧(DO)含量变化

4.3 河道水体CODMn指标变化

测定高猛酸盐指数评估河道水质治理改善效果如图3所示，随河道治理开展CODMn指标逐渐减小。经过一定时间水质改善，CODMn趋于一致，最后稳定在5.0(mg·L-1)左右，与溶解氧(DO)含量变化趋势类似，CODMn受气候影响发生反弹，随后逐渐稳定，最终与治理初期相比CODMn降解效益为52%，表明水质治理效果显著。

图3 河道各段水体CODMn指标变化

4.4 河道水体氨氮(NH3-N)含量变化

河道治理期间氨氮(NH3-N)含量变化情况如图4所示，不同河道段NH3-N含量变化趋势相同，均呈现先急速下降后缓慢增长最后平缓下降到规律。由于治理工程开展前期投入时间长，对水体改善效果较明显。经过一段时间氨氮含量反弹后其降低速率趋于稳定，平均值由最初8.5(mg·L-1)下降至1.8(mg·L-1)，平均降解能力达78.8%，开展前期3个月氨氮降解率达到56.5%，后期由于水体自净能力有所恢复，能够自我开展降解，氨氮含量维持稳定降低，表明工程实施效果显著。

图4 河道各段水体氨氮(NH3-N)含量变化

4.5 河道水体总磷(TP)含量变化

总磷(TP)的消减主要是通过生态浮床技术培育的无土栽培植物吸收完成，其含量变化与植物生长状态息息相关。由图5可知，河道治理阶段总磷(TP)含量变化分为3个阶段，前期气候较低，植物生长缓慢，对水体中总磷(TP)吸收能力较低，TP含量下降较缓，由最初平均值0.87(mg·L-1)下降至0.78(mg·L-1)，下降率仅为10.3%。中期植物生长速度提升，吸收总磷(TP)效率提高，曲线下降变陡，下降幅度达55%，第三阶段植物生长放缓，TP吸收减少曲线下降速率随之变缓。整体上看，从治理工程开始总磷(TP)含量下降率为67.4%，水体总磷(TP)主要由植物吸收转化，生态浮床技术河道治理效果显著。

图5 河道各段水体总磷(TP)含量变化

4.6 综合治理成果分析

河道综合水质治理前后水体改善效果见表2，在治理期间河道透明度平均提高幅值为38.2%，高猛酸盐指数(CODMn)降解效率大达48.8%，溶解氧(DO)含量提高幅度为67.5%，氨氮(NH3-N)降解效率为79.1%，总磷(TP)净化效率为67.8%。可以说明治理工程取得了非常有益的成果，极大的提高了河道水体生态性，恢复水体自我生态调控，为后期自我调节提供了良好的基础条件。

表2 河道治理前后指标对比

5 结论

河道根据分类标准定义为劣Ⅴ类轻度黑臭水体，主要污染源来自河道周边校区、商铺生活污水污染、食堂等有机油污泄漏、周边施工区工业废水排放及降雨污水集中流入。针对河道水体污染现状，采取微纳米气泡加氧方法、复合微生物水体修复剂、生态浮床技术等综合治理方法，经过为期1年的治理和监测，河道水体改善效果显著，总体上达到了水环境健康、水体清澈、水体自我调节能力恢复的目标。水体污染程度及污染来源会影响生物修复技术在水体治理中的效果，因此，建议加强污染源的调查及水质评价工作，整治污染源，选择合适的综合治理方案。