黑臭水体生态修复实施效果试验研究

于 飞

(大连市水利建筑设计院有限公司，辽宁 大连 116100)

黑臭水体的形成主要是由于城市化进程中，生活污水、工业废水、农业面源污染等因素导致水体富营养化和有机物过量堆积，进而引发水体厌氧分解和硫化作用[1]。黑臭水体极大地影响城市景观和市民生活质量。

生态修复是指利用生物技术和工程技术相结合的方法，恢复或改善受损水体的自净能力和生态功能的过程[2]。生态修复技术包括物理、化学、生物等多种手段，如曝气、植物修复、微生物修复、纳米材料修复等[3]。生态修复技术具有成本低、效果好、可持续性强等优点，是治理黑臭水体的有效途径[4]。

本文以某河道为研究对象，采用曝气和微生物修复相结合的方式，对河道进行生态修复试验，评价修复效果。为相关工程的设计和运行提供参考。

1 河道概况

为提高水质和生态环境，对某市黑臭河道进行生态修复。河道全长约300m，河宽约8m，深度3.5m，总水域面积约1800m2。河道的主要外污染源来自沿河居民生活污水，水体表现出暗灰色，且散发出刺激性气味，水中的污染物浓度极高。河道的河水属于劣Ⅴ类水质，分别在该河道上游、中段、下游设置取样点进行水质监测。

2 试验准备

2.1 河道生态修复方案

为改善河道污水水质，本文将曝气复氧技术、微生物降解技术以及生态植被自修复技术相结合，对河道水生态系统进行人工修复。投放微生物载体缓释设备，向水体中释放有益微生物，降解水体中的有机污染物；为了提高水体氧含量，改善水质，设置曝气装置；为了形成水生植物的多层次群落，利用微生物的降解来净化水体，恢复水体自身的清洁能力，将生态浮岛板设置在河道上游，用于种植水生植物；安装循环泵设备，促进水体流动和混合，防止死水区和缺氧区的产生。该组合工艺低成本、效率高、简易操作，是一种有效的河道生态修复方法。

2.2 工程试验材料与设备

为了改善河道水质，本研究使用生化床载体缓释和微生物菌剂装置，使用溶解氧测定仪、消解仪、分光光度计以及pH计等设备测试水质参数。缓释生化床在河道中的额布置如图1所示，并配备了增氧泵。两台循环泵分别安装在河道两岸，同时工作采用管道连通，以提高水体流动性。

图1 生态修复系统示意图

2.3 微生物载体缓释

在通过使用复合微生物菌剂和生化床载体缓释装置，可以实现对河道水质进行改良。这种综合技术方案可增强微生物的耐受性、负载量和反应速度，减少微生物的流失和冲击，便于产物的分离和回收。

2.4 水生植物的选型

本项目利用菖蒲、海寿花、萍蓬草3种水生植物对污染水体进行了生态修复。水生植物菖蒲能够有效地降低水体中的NH3-N和TP，净化率分别为67%、89.3%和79.6%、82.4%。采用无土栽培的方式种植水生植物，将幼苗固定在生态浮板上，浮板相连组成一个过滤层，可吸附水中的污染物，将其降解利用。

2.5 研究方法

为评估黑臭河道生态修复对水质的改善效果，每周定期对该河段的水样进行采集和检测。采集水样时，用取样器将水样装入标有地点、日期等信息的瓶子中，然后用保温箱将水样运送至实验室，尽快测定COD、NH3-N、TP等指标。

3 研究结果

3.1 水动力的改善

河道黑臭的根本原因是生活污水和部分污水管道的不合理排放，以及雨水携带的河岸枯枝干等有机物质的沉积。有机物质在水体中发生厌氧分解，消耗了大量的溶解氧，造成水体缺氧、变质、散发恶臭。本文采用了一种循环泵的技术，通过提高水体的流动性和增氧能力，实现上下游水体的连通，促进水体中微生物菌群的转移和有机物质的降解，有效地改善河道黑臭的状况。

3.2 生物多样性

生物多样性是生态恢复的重要目标之一。本研究采用外源优良菌和生态浮岛板技术，培育水生植物，对黑臭河道进行现场修复，通过曝气促进水体中土生微生物的协同作用。在生态浮岛板上混合种植了菖蒲、黄菖蒲、海寿花和萍蓬草等浮水植物和挺水植物，在河道两岸随机种植，覆盖水域面积约19%。由于微生物和水生植被可以协同降解水中的污染物，植被吸收水中的氮磷和有机物，提高河段水生植物群落的多样性。利用生态浮岛板种植水生植物的方法，还为周边的鸟类提供栖息地，为整个生态系统中的动植物创造适宜的环境。

3.3 修复效果

3.3.1COD

在河道中投入微生物载体控制设备对水质的改善效果，重点分析了COD的变化情况。COD是化学需氧量的简称，是反映水体中有机物污染程度的重要指标。56d的实验过程中，河道上、中、下游的COD变化情况如图2所示。

图2 COD浓度变化

结果表明，投入设备后的前21d，COD浓度和去除率都有显著的改善，特别是河道中段，COD去除率最高，达到50.23%。可能与水体的流动方式有关，下游的高污染水体会流回上游，影响上游的COD去除效果。在28d时，由于降雨和微生物代谢等因素，COD浓度和去除率都有所恶化，分别为34.51%、43.66%和36.54%。但是，在28～56d的后期阶段，通过设备控制微生物的释放速度和时间，认为干扰使微生物菌群占据河道中生物群落的优势地位，缓解河水的黑臭问题，显著提高了COD的去除率，河道水质已达到地表水Ⅱ类水标准。

3.3.2NH3-N

探讨微生物载体控制设备对河道水质的改善效果，特别是对氨氮的去除效果，污染物主要来源于周边居民的生活污水。为了降低河道中的氨氮浓度，在河道中投入了微生物载体控制设备，设备内含有复合微生物菌群，可利用硝化和反硝化作用，将NH3-N转化为亚硝酸盐和硝酸盐。对河道上、中、下游的水质进行了为期35d的监测，如图3所示。

图3 NH3-N浓度变化

结果显示，微生物载体控制设备对氨氮的去除效果显著。河道中的NH3-N浓度在一周后有显著下降，21d时，去除率在河道下游达58.06%。但由于河道仍受到污染物排放和微生物变化等影响，28d时，NH3-N浓度在河道各部分都有所升高，增加了25%以上。由于微生物载体作用，微生物逐渐进入并适应了水质条件，成为主要的菌群，加快了NH3-N的去除，最终去除率达到81.9%以上。研究表明，微生物载体控制设备是对该段河流进行水质改善的一种有效方法[5-6]。

3.3.3TP

探讨微生物载体控制设备对河道水质的改善效果，特别是对总磷(TP)的去除效果。河道上、中、下游的TP浓度和TP去除率随时间的变化趋势如图4所示。

图4 TP浓度变化

与化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)进行对比，结果显示，微生物载体控制设备在河道中投放后，能够显著降低河道水质中的TP浓度，提高TP去除率。在投放后的前21d内，河道中TP去除率最低达到了50%，而TP浓度则分别降低了0.18、0.23和0.22mg/L。然而，在第21d至第28d期间，受雨季的影响，生活污水伴随雨水通过排水管道流入河道，导致了河水中污染物浓度的升高，水质恶化。此时，河道下游的TP浓度升高到了0.73mg/L，而TP去除率则降低到了29.13%。尽管如此，在第28d之后，由于微生物载体控制设备的持续作用，以及微生物将有机磷转化为无机磷，将不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，并最终形成不溶性钙盐等沉积在底泥中，使得河道水质中的TP浓度重新下降。在第56d时，与河道上、中游相比，河道下游的TP去除率达到了最高值，为93.2%，而TP浓度则降低到了0.07mg/L，与河道上、中游的水质相当。这表明了微生物载体控制设备对河道水质有着长期的改善效果。

4 工程试验评价

本文采用的曝气处理仅在水面上进行，不在河底层通入压缩空气，避免河道底泥上浮在河水中造成黑臭现象。与传统河道处理手段相比，曝气处理具有能耗低、成本低、无二次污染等优点，同时利用微生物降解有机物质，提高水体的生物多样性。组合生态修复技术能够有效地提升河道的水质和生态环境。河道生态修复是一个长期的过程，需坚持持久治理的理念，增强河道的自我恢复能力和承载力。同时，由于该技术涉及电力设施安全，需要定期进行检查维护。

5 结论

本文以某河道为研究对象，采用曝气和微生物修复相结合的方式，开展生态修复试验。通过监测修复前后的水质参数，评价了修复效果。得到以下结论。

(1)水体中有机物质在水体中发生厌氧分解，消耗了大量的溶解氧，造成水体缺氧、变质、散发恶臭。采用了循环泵的技术，可提高水体的流动性和增氧能力，实现上下游水体的连通。

(2)水生植物既可以与微生物相互作用，降解或吸收水体中的有机物、氮磷等，又可以提高河段水生植物群落的多样性。

(3)组合生态修复技术能够有效地提升河道的水质和生态环境，但还需要建立完善的监测评价体系，增强河道的自我恢复能力和承载力。