制劑在杭州市市區(qū)河道原位修復(fù)中的應(yīng)用

魏 俊，鄭麗軍，李玉云，李 燕，金敏莉

(1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014;2.杭州景康環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310030;3.浙江博世華環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 杭州 310015;4.杭州市市區(qū)河道整治建設(shè)中心，浙江 杭州 310009)

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制劑在杭州市市區(qū)河道原位修復(fù)中的應(yīng)用

魏 俊1，鄭麗軍2，李玉云3，李 燕1，金敏莉4

(1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014;2.杭州景康環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310030;3.浙江博世華環(huán)保科技有限公司，浙江 杭州 310015;4.杭州市市區(qū)河道整治建設(shè)中心，浙江 杭州 310009)

制劑主要分為化學(xué)制劑和生態(tài)制劑?；瘜W(xué)制劑根據(jù)其去除對象的不同分為營養(yǎng)鹽固定化制劑、重金屬固定化制劑、增氧劑、除藻劑等；生態(tài)制劑根據(jù)其主要成分分為菌劑、酶制劑等，通過材料間的凝聚、吸附、氧化、電化學(xué)、螯合、固化等作用和反應(yīng)，對污泥中存在的有機或無機物質(zhì)進行液相、固相的分離，再對固相進行固化，使其不返溶，從而達到泥土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、澄清和凈化水體的目的，通過對杭州市市區(qū)河道的應(yīng)用情況進行案例分析，可知其基本實現(xiàn)了水色清、無黑臭、無藻類的目標(biāo)，水質(zhì)基本可達到Ⅳ類～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

河道；原位修復(fù)；制劑；微生物；

1 問題的提出

杭州市河網(wǎng)密布，河道與居民生活息息相關(guān)，杭州市也十分重視河道水質(zhì)改善。但由于歷史原因，杭州市河道水質(zhì)不容樂觀，仍有50%以上的水體為劣Ⅴ類，80%的河道重度富營養(yǎng)化。為改善水質(zhì)，杭州市采取了截污、清淤、引配水和原位修復(fù)4種技術(shù)手段，其中，投加制劑作為河道原位修復(fù)的技術(shù)之一，得到了相當(dāng)程度的應(yīng)用[1]。

制劑主要分為化學(xué)制劑和生態(tài)制劑?；瘜W(xué)制劑根據(jù)其去除對象的不同分為營養(yǎng)鹽固定化制劑、重金屬固定化制劑、增氧劑、除藻劑等；生態(tài)制劑根據(jù)其主要成分，分為菌劑、酶制劑等。杭州市先行先試，目前已經(jīng)嘗試使用了上述多種制劑，本文結(jié)合實際工程案例進行分析說明[2]。

2 化學(xué)制劑

2.1 營養(yǎng)鹽固定化

氮、磷超標(biāo)一直是城市河道水質(zhì)需要解決的主要問題。營養(yǎng)鹽固定化主要指投加鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽，使之與水中溶解態(tài)磷結(jié)合形成不溶性絮凝沉淀物，或通過水體曝氣，投加鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽等，改變沉積物表面的氧化還原條件，抑制因還原條件而引起的內(nèi)源磷釋放。

該類制劑的特點是會改變水體pH值，對其它微生物有負面影響，增加了河道淤泥量，適合面積小、風(fēng)浪攪動弱、底部處于厭氧狀態(tài)的水域。

2.1.1 典型案例1：內(nèi)仙家河[3]

該河道整治面積4 900 m2，總水量為11 170.9 m3，總底泥量為1 659.3 m3。河道流經(jīng)崇化社區(qū)，存在污水漏排及大量糞便直排河道問題，河水高磷、高氮、黑臭，為劣Ⅴ類水體。針對河道現(xiàn)狀，一方面設(shè)置化糞池，截流沉淀糞便污水，并整治河床，清除垃圾。另一方面直接投加物化凝聚劑，水體淺的部分由人工直接攪動泥水投加；水深部分，以船體清淤裝置攪動泥水投加。高效物化凝聚劑是一種無機中性凝聚劑，具有凝聚及沉降速度快、污泥含水率低、作業(yè)面積小的優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)凝聚劑，省空間、省時間、高效能，可進行連續(xù)處理。通過材料間的凝聚、吸附、氧化、電化學(xué)、螯合、固化等作用和反應(yīng)，對污泥中存在的有機或無機物質(zhì)進行液相、固相的分離，再對固相進行固化，使其不返溶，從而達到泥土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、澄清和凈化水體的目的。

2.1.2 典型案例2：經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)5號渠[4]

該河道位于開發(fā)區(qū)建成中心區(qū)塊，長約400 m，寬約22 m，面積約9 000 m2，水深約2.40 m，透明度小于15 cm，河流兩岸為二級混凝土擋墻駁岸,庫容約為2.0萬m3，水體缺乏流速。河道水域長期受兩岸居民區(qū)生活污水、死亡植物莖葉、藻類和河床底部淤泥的影響，氨氮、總氮和總磷均超過地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重。對該河道首先實施截污，再采取植物+制劑+投加生物的綜合治理措施。其中，按0.10 kg/m2的濃度，在5號渠投放水華控制劑2 000 kg，水華控制劑由膨潤土與稀土元素鑭等經(jīng)配比組成，可有效吸收水體中的可溶性磷酸鹽，并在水體底泥部形成一層厚度為1～3 cm的覆蓋層，阻止底泥對水體的二次污染?；緦崿F(xiàn)了水色清、無黑臭、無藻類的目標(biāo)。

2.2 增氧藥劑

缺氧是河道水體黑臭的主要原因。河道水體缺氧時，通過加入過氧化氫、過氧化鈣等藥劑，使之與水反應(yīng)后產(chǎn)生氧氣，增加水體溶解氧含量。投加應(yīng)注意適量，以免引起溶解氧過飽和，危害水生生物。

典型案例3：蝦龍圩河。

河道位于西湖區(qū)，為余杭塘河支流，東西走向，全長600 m，受生活污水和上游農(nóng)田面源污染，河道為劣Ⅴ類水體，重度富營養(yǎng)化。蝦龍圩采用人工曝氣+人工填料+水生植物+投加制劑的綜合整治措施。其中，制劑投加分為底質(zhì)改良劑和黑臭控制劑。底質(zhì)改良劑投放密度0.15 kg/m2，共計800 kg，主要成分為惰性材料(沸石粉等)、光合細菌、乳酸菌、枯草桿菌等，采用人工均勻潑灑；黑臭控制劑投放密度為0.15 kg/m2，共計800 kg，主要成分是增氧劑(過氧化鈣)、緩沖分散劑和惰性載體。整治完成后，水體黑臭現(xiàn)象消除，水質(zhì)改善明顯，基本達到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

3 生物制劑

3.1 菌 劑

菌劑是通過投加或固定化方法，在水體中引入一種或多種外源性污染降解微生物菌種，以消除水體中有機物、營養(yǎng)物和黑臭。目前，產(chǎn)品化的菌劑種類很多，如日本的EM菌等。最為常見的菌劑產(chǎn)品是以下幾種菌：①硝化細菌。起硝化作用，將各類氨鹽化合物轉(zhuǎn)化成硝酸鹽化合物。②光合細菌?？梢葬尫叛鯕?，增加水體的溶解氧量，并能有效去除小分子有機物，其對總氮的去除也有效果。③酵母菌。去除有機物，并能利用無機氮源合成自身細胞組織，同時其分泌的代謝物可以作為其它細菌生長的營養(yǎng)。④放線菌。對水體的有害菌有殺滅作用，通過放線菌對有害菌的殺滅，使有益菌群在水體占優(yōu)勢，還可以產(chǎn)生反硝化作用。⑤芽孢桿菌。去除一定的有機物以及氨氮，同時有一定的絮凝作用。⑥乳酸菌。以從光合細菌、酵母菌得到的糖類為基質(zhì)，發(fā)酵產(chǎn)生乳酸菌，可抑制有害微生物的繁殖，同時，乳酸菌會使有機物急劇腐敗分解，也能加速木質(zhì)素、纖維素等難分解有機物的分解，在有機物的發(fā)酵分解中發(fā)揮著重要作用[2]。

3.1.1 典型案例4：神龍橋河[5]

河流位于拱墅區(qū)，屬運河水系，全長2 318 m，河寬10 m，水深1.35 m，受周邊農(nóng)居生活污水污染，為劣Ⅴ類水體，透明度0.25 m，中試治理段長100 m，水流流速0.1 m/s，日均處理水量6.9萬m3。采用人工填料+人工曝氣+投加制劑的綜合整治措施，其中，制劑以沸石為載體，采用高密度發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)勢菌株，通過包埋方式將兩者結(jié)合制成固定化微生物底泥生物基，制劑主要成分為：芽孢桿菌(56.0%)、光合細菌(15.0%)、硝化菌(5.0%)、酵母菌(2.0%)、乳酸菌(5.6%)、增氧劑及吸附載體等。整治完成后，水體黑臭消除，基本可達到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 典型案例5：沿山河

河流位于西湖區(qū)，治理段全長1 000 m，河寬15～20 m。治理前河道截污不徹底，水體不流動，內(nèi)源污染嚴(yán)重，底泥上浮，水體富營養(yǎng)化呈綠色，藻類濃度高。工程采取人工曝氣+人工填料+水生植物+投加制劑的綜合整治措施。在河岸上設(shè)置生物培養(yǎng)罐，用于微生物的培養(yǎng)、馴化、繁殖，微生物培養(yǎng)后定期投加到位于水體底部的生物培養(yǎng)器中，在水下培養(yǎng)器中進一步擴大培養(yǎng)，并逐步釋放。菌劑主要成分為光合細菌、乳酸菌、放線菌、酵母菌、真菌等。通過投加菌劑，消除了底泥上浮現(xiàn)象，并活化了水體，增進了人工填料掛膜，為其它措施的應(yīng)用提供了良好條件。通過綜合整治，目前已基本消除黑臭。

3.2 酶制劑

酶是由活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，主要成份是蛋白質(zhì)。酶能刺激和加速自然界微生物的生物化學(xué)反應(yīng)，激發(fā)土著微生物的活性，加速微生物的生長和繁殖。同時，它對環(huán)境友好，是一種生物催化劑。在合適的溫度范圍，使用酶催化所產(chǎn)生的生物反應(yīng)速度是對照組的10萬～2 000萬倍。酶能促進水中的大分子化合物分解成小分子化合物，同時釋放出結(jié)合氧，增強水體復(fù)氧功能。以有機氨鹽為例，生物酶攻擊其中的點(1)使S-C鍵撕裂，生成硫酸鹽，攻擊點(2)使C-O鍵斷裂，生成CO2揮發(fā)[6-7](見圖1)。

圖1 生物酶結(jié)構(gòu)示意圖

生物酶不僅能夠應(yīng)用于好氧環(huán)境，也可應(yīng)用于厭氧環(huán)境。水體中無機還原性物質(zhì)如H2S(散發(fā)臭味)、FeS2(呈現(xiàn)黑色)等，在酶的催化作用下，硫細菌將上述還原性物質(zhì)氧化，從氧化中獲取能量，見公式(1)、(2)、(3)。

2H2S+O2→2H2O+2S+能量

(1)

2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4+能量

(2)

2S+3O2+2H2O→2H2SO4+能量

(3)

典型案例6：嬰兒港河。

河流位于拱墅區(qū)，南起余杭塘河，北到蝦龍圩河，全長約3 000 m，河寬約15 m，水深0.50～1.50 m。河道周邊有農(nóng)居點，污水直排，黑臭底泥厚約1.00 m，水體基本不流動，常年黑臭，被稱為杭州的“龍須溝”，周邊居民投訴多。2013年9月份，在登云路南側(cè)約500 m河段噴灑復(fù)合生物酶以消除河道黑臭。復(fù)合酶的主要成份為溶菌酶、纖維素菌、蛋白酶、脂肪酶、微量元素等1 000多種酶制劑的復(fù)合，通過復(fù)合生物酶的噴灑和人工曝氣增氧處理，土著微生物得到快速繁殖，形成大量菌膠團附著在水中的樹根或其它自然載體上，分解底泥和水體有機物，約7 d左右，水質(zhì)明顯改善，COD下降約70%，NH3-H下降約80%，T-P下降約70%，透明度增加0.50 m，基本消除水體黑臭，1個月后，底泥有機質(zhì)含量減少，內(nèi)源污染源得到部分控制。

3.3 食藻蟲

食藻蟲技術(shù)來源于對大型氵蚤食藍藻習(xí)性的有效馴化。該技術(shù)的基本思路是以浮游動物食藻蟲吃藻控藻為啟動因子，繼而引起各項生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng)。食藻蟲攝食消化水體中的藻類和懸浮物后，可以產(chǎn)生弱酸性的排泄物，降低水體中的pH值，并抑制水體藻類的生長。水體藻類和懸浮物減少消失后，水體透明度增加，陽光可進入水底，促進沉水植物的生長，沉水植物與食藻蟲形成良好的共生關(guān)系。沉水植物進行水下光合作用，釋放出大量的溶解氧，吸收掉水體中過多的氮、磷等富營化物質(zhì)，形成水體生態(tài)自凈能力。水生植被恢復(fù)后，由食藻蟲攜帶有益微生物向水體底部擴散，促進底泥氧化還原電位升高，有利于水生昆蟲和水生底棲生物的大量滋生，在與水生植被共生作用下，形成底泥營養(yǎng)物質(zhì)的封存和生態(tài)鏈自凈(物質(zhì)能量的逐步吸收轉(zhuǎn)化)。再逐步向水體中引入螺、貝、魚、蝦類等高級水生動物，食藻蟲和水生植被被吃掉，通過食物鏈把水體中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移出，徹底降低水體的富營養(yǎng)化程度，長久維持水體水質(zhì)[8]。

典型案例7：后橫港。

該河位于杭州市拱墅區(qū)，屬運河水系，河道全長1 266 m，寬度20 m。整治前后橫港河水體富營養(yǎng)化，每年都爆發(fā)藍藻。引入食藻蟲工藝后，先期修復(fù)西段相對封閉的水體4 000 m2，通過投入微生物菌種活化底泥和水體，同時投入食藻蟲控藻，再種植沉水植物，為改善水循環(huán)，布置4臺3 kW水泵。通過實施該工藝，3個月后水體水質(zhì)明顯改善，透明度達1.20 m以上，水質(zhì)達到Ⅲ類水，水下植被覆蓋率達到60%，水體植物保持四季常綠。

總結(jié)上文，常見的制劑技術(shù)見表1。

表1 幾種常用制劑技術(shù)選用表

4 存在的問題

杭州市在制劑應(yīng)用方面取得了一定成效，也積累了一定的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

4.1 必須配合其它修復(fù)措施使用

制劑技術(shù)一般適合相對封閉的水體，其中化學(xué)制劑適合應(yīng)急處理，短時間容易達到效果，而生態(tài)制劑適合外源污染整治完成后，水體已基本消除黑臭后的水質(zhì)改善。從實施成本和長效性角度而言，應(yīng)首先實施截污、清淤、配水等基礎(chǔ)措施，在此基礎(chǔ)上，再因地制宜，實施原位修復(fù)。作為原位修復(fù)技術(shù)之一，投加制劑宜作為其它原位修復(fù)措施的實施基礎(chǔ)，并宜同步實施其它原位修復(fù)措施，以達到綜合效益最大化，如增加人工曝氣，為硝化菌分解污染物供氧、投加人工填料為微生物提供附著環(huán)境等。

4.2 負面影響

化學(xué)制劑可在較短時間內(nèi)對水體水質(zhì)或底泥產(chǎn)生較明顯的改善，但這類制劑的負面影響也不容忽視。由于化學(xué)制劑大部分含有鐵鹽、鋁鹽，如果超出污染物降解所需要的量，這類制劑將滯留在水體中，并隨生物富集，對水生態(tài)起到負面作用，因此，對投加量的控制非常重要。目前，杭州市在河道整治過程中，很少投加化學(xué)制劑，在某種程度上從源頭控制了制劑的負面效應(yīng)。

4.3 長效性保持

制劑有一個共性問題，就是作用時間有限。一段時間后，如果新增的污染負荷超過修復(fù)后水體的自凈能力，又需要補充投加制劑。即便起激活作用的酶制劑，雖然短時間內(nèi)激活了土著微生物，但一段時間后，仍需要補充投加。杭州市在河道整治過程中，通過微生物固定化，設(shè)置連續(xù)培養(yǎng)器持續(xù)釋放等方法，在一定程度上延長了作用時間，但相對河道水質(zhì)維持的長期性，仍需進一步改進。

4.4 投加控制

制劑尤其是生態(tài)制劑，一方面其配方?jīng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也涉及不少專利技術(shù)。另一方面河道污染源往往較難準(zhǔn)確預(yù)測，而制劑尤其是生態(tài)制劑，受自然環(huán)境的影響，其去除效果本身也很難量化，導(dǎo)致在制定技術(shù)方案的過程中，治理單位對制劑的投加量、投加方式、預(yù)期效果等缺乏清晰的回答，其直接帶來的問題，首先是由于信息不透明，建設(shè)單位無法監(jiān)控和實施評估，對產(chǎn)品也沒有辦法進行質(zhì)量監(jiān)督；二是后續(xù)運行維護過程中，由于外來污染源無法精準(zhǔn)控制，對運行維護費用無法做到心中有底，無法長久保持水質(zhì)。針對上述問題，需要認(rèn)真總結(jié)制劑應(yīng)用情況，對治理方案設(shè)計、建設(shè)實施、運行管理的全過程實施量化考核，逐步規(guī)范制劑的應(yīng)用。

[1]中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司.杭州市市區(qū)河道水環(huán)境整治工程技術(shù)研究與工程示范課題一期報告[R].杭州：中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，2014．

[2]王超，王沛芳，候俊，等.流域水資源保護和水質(zhì)改善理論與技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，2011.

[3]紹興秋氏環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司.杭州市蕭山區(qū)崇化市場內(nèi)河河道治理項目技術(shù)施工方案 [R].紹興：紹興秋氏環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，2013.

[4]張建強，虞曉峰，王世剛.水體生態(tài)修復(fù)工程在開發(fā)區(qū)河道管理中的應(yīng)用[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報,2010,22(3):17-22.

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[6]張麗.投加生物促生劑改善河道水質(zhì)的試驗研究[D].蘇州:蘇州科技學(xué)院，2008:13-16.

[7]蘇業(yè)瑜，奚健.生物復(fù)合酶對黑臭水體底泥原位修復(fù)的理論和實踐[J].中國河道治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)?？?，2004,21(1):157-159.

[8]上海太和水生態(tài)科技有限公司.應(yīng)用食藻蟲引導(dǎo)蕭山區(qū)燕子河景觀水體水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計方案[R].上海：上海太和水生態(tài)科技有限公司，2010.

(責(zé)任編輯 張書花)

2015-04-15

魏 俊(1982-)，男，高級工程師，碩士，主要從事水環(huán)境治理與固體廢物處理處置。E-mail:wei_j@ecidi.com

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