濟(jì)南市臘山分洪河道生態(tài)治理初探

張魯寧，鄭永華，曹岳陽(yáng)

（濟(jì)南市臘山分洪工程管理站，山東 濟(jì)南 250000）

隨著濟(jì)南市西進(jìn)戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，西部城區(qū)基礎(chǔ)配套設(shè)施更新擴(kuò)建滯后于人口規(guī)模的快速膨脹。由于截污納管不到位，臘山分洪河道容納大量上游小區(qū)居民生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的過量污染物，加之缺乏有效的處理措施，污染物累積引發(fā)河道水質(zhì)發(fā)黑、發(fā)臭，浮萍、水華等問題。因而探尋有效的治理措施提升河道自凈功能，恢復(fù)河道生態(tài)，成為河道管理部門亟待解決的問題。

1 生態(tài)治理技術(shù)原理

1.1 河道曝氣技術(shù)

河道曝氣技術(shù)是通過加速水體復(fù)氧過程來提高水體溶解氧水平，恢復(fù)和增強(qiáng)水體中好氧降解有機(jī)物的微生物活力，形成多種微生物共存的良好生境，進(jìn)而提升土著微生物凈化效率，凈化水體中的污染物質(zhì)，達(dá)到消除黑臭的效果。

1.2 碳纖維填料生態(tài)草技術(shù)

碳纖維填料生態(tài)草技術(shù)可使河水中各種激活的微生物固定附著于碳纖維填料上，形成固定的高效生物膜系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含好氧菌、厭氧菌和大量的原生動(dòng)物，利用微生物產(chǎn)生各種生物酶和生物絮凝劑，通過吸附截留、絡(luò)合沉降、消化降解等方式去除污染物。

1.3 生態(tài)治理技術(shù)

臘山分洪河道生態(tài)治理技術(shù)結(jié)合曝氣充氧技術(shù)和碳纖維生態(tài)草技術(shù)，通過曝氣充氧形成水體好氧環(huán)境，激活底泥中好氧土著微生物，培育河道的生物多樣性，同時(shí)經(jīng)吸附、架橋、凝聚、粘附等作用在碳纖維表面快速形成生物膜或活性污泥團(tuán)，進(jìn)而逐步建立起健康、合理的水生生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，利用水生生物吸收污染物中的碳、氮、磷等元素進(jìn)行代謝活動(dòng)的過程來實(shí)現(xiàn)本土原位修復(fù)，改善河道水質(zhì)。

2 生態(tài)治理試驗(yàn)

2017年5月對(duì)沿河6個(gè)點(diǎn)位檢測(cè)CODcr、氨氮、總磷，結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，河道各點(diǎn)位水質(zhì)均呈劣Ⅴ類，整個(gè)河道的水質(zhì)情況不容樂觀。同時(shí)，受截污條件限制，控源截污后仍將有面源污水和少量點(diǎn)源污水進(jìn)入河道，影響河道水質(zhì)。

選取臘山分洪河道分洪閘下游100 m長(zhǎng)河道為生態(tài)治理試驗(yàn)段，自2017年6月2日至2017年7月6日試驗(yàn)運(yùn)行34 d，在水體底部鋪設(shè)曝氣管及碳纖維生態(tài)草，采用間歇曝氣，控制曝氣運(yùn)行時(shí)間鼓氣泵和曝氣機(jī)每天工作6 h，特殊情況加大曝氣時(shí)間（8 h），樣品委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 水體中透明度變化

通過試驗(yàn)分析影響河道透明度因素主要有兩個(gè)。1）河道曝氣擾動(dòng)。治理前水體經(jīng)短期試運(yùn)行后處于靜止?fàn)顟B(tài)，透明度較高，經(jīng)曝氣擾動(dòng)后，透明度迅速降低，后在20 cm左右上下波動(dòng)。2）藻類生長(zhǎng)。雖采取積極措施整治，但污染負(fù)荷一直處于較高水平，加之6月高溫天氣，富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)未有改觀，藻類生長(zhǎng)迅速。

3.2 水體中溶解氧變化

曝氣擾動(dòng)初始階段底泥污染物處于緩慢釋放狀態(tài)，聚集在河床表面，短期內(nèi)抑制水體DO的增加速率，與人工曝氣的的增氧功能相抵消，因此在試驗(yàn)運(yùn)行后4 d內(nèi)DO數(shù)據(jù)降為1.88 mg/L。在曝氣機(jī)持續(xù)增氧達(dá)到17 d后，水體DO得到了明顯改善，峰值達(dá)到4.14 mg/L，均值較治理前增加了46.8%，7月份停止曝氣后，DO有所下降。

3.3 水體中氧化還原電位變化

ORP反映了水環(huán)境體系中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化還原性，該指標(biāo)一定程度上顯示水體的總體污染程度。通過試驗(yàn)得知，河道生態(tài)治理明顯提升了氧化還原指標(biāo)，ORP值較治理前上升了55.63%，維持在較高狀態(tài)。

3.4 水體中氨氮變化

試驗(yàn)看出，生態(tài)治理前期NH4+-N濃度呈現(xiàn)小幅降低后，從第4 d開始一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第29 d開始緩慢下降。這表明河道底泥具有很大的NH4+-N釋放潛力，一方面可能與曝氣擾動(dòng)狀態(tài)下間隙水和上層水體之間不存在傳質(zhì)限制有關(guān)；另一方面微生物量持續(xù)上升，微生物的分解作用使得底泥中的有機(jī)氮以NH4+-N的形式釋放到上層水體，NH4+-N濃度持續(xù)升高。

3.5 水體中總氮變化

總氮同NH4+-N變化趨勢(shì)大體相符，在曝氣階段總氮由于底泥的釋放作用和有機(jī)物的分解作用的釋放，導(dǎo)致其緩慢上升。

3.6 水體中CODcr變化

初期對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，CODcr值在158 mg/L左右。CODcr和BOD5直接或間接地反映了水體中有機(jī)污染物的量，微生物在厭氧條件下無法高效降解底泥中的污染物，超負(fù)荷排放的污染物使得水體底泥厚度增加。

試驗(yàn)可知，CODcr值前期呈現(xiàn)明顯降低，在第8～12 d CODcr值維持在90 mg/L左右，水體CODcr去除率達(dá)43.67%，水體中的有機(jī)污染物明顯減少。但是在第12 d以后，CODcr值急劇增加，在第24 d達(dá)到最高值168 mg/L，后又迅速降低，總體去除率為49.36%。

3.7 水體中總磷變化

在厭氧條件下，微生物代謝活動(dòng)使得有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化為溶解性磷，受到曝氣擾動(dòng)時(shí)，局部氧化還原條件的改變使得非溶解性無機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化為溶解性磷，磷從底泥中釋放出來，之后底泥可能對(duì)溶解性磷進(jìn)行吸附并沉淀。試驗(yàn)得知，總磷濃度在初期降解后先小幅回升，之后下降，可能是由于重新被吸附和沉淀?？偭卓傮w呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，去除率為35.07%。

3.8 水體中BOD5變化

試驗(yàn)中可知，BOD5初始值在45.3 mg/L左右，到第8 d，降到一個(gè)較低值26.6 mg/L，去除率達(dá)到41.28%，試驗(yàn)中期BOD5值變化與CODcr類似，最終去除率為50.11%。對(duì)河道黑臭水體進(jìn)行生物氧化，土著優(yōu)勢(shì)菌種的協(xié)同作用可有效降低底泥有機(jī)物含量，增強(qiáng)水體的生物降解性，促進(jìn)底泥微量營(yíng)養(yǎng)元素釋放，從而建立起水體的生態(tài)系統(tǒng)。

4 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

1）臘山分洪河道屬人工開挖河道，無論從護(hù)岸建筑與河道結(jié)構(gòu)，還是水環(huán)境生態(tài)都屬于自凈能力較弱的水體，其生態(tài)系統(tǒng)失衡，底棲生物較少，對(duì)于這類河道，生態(tài)治理可能是一個(gè)較好的選擇。

從治理效果來看，改善水質(zhì)指標(biāo)較為明顯的是 DO、ORP、TP 及 CODcr、BOD5。 前兩項(xiàng)指標(biāo)較治理前分別增加了46.8%、55.63%，其中ORP始終維持在較高水平，后三項(xiàng)指標(biāo)去除率為35.07%和49.36%、50.11%。但其他水質(zhì)指標(biāo)如NH4+-N、TN 及 CODcr、BOD5均有突破前值。生態(tài)治理對(duì)水體透明度未有較大變化，可能與曝氣擾動(dòng)及高負(fù)荷下藻類生長(zhǎng)有關(guān)聯(lián)。

2）河道受污染后，部分污染物以沉淀或者吸附方式蓄存于底泥中。曝氣擾動(dòng)可能會(huì)促使污染物釋放，造成二次污染。

4.2 展望

1）臘山分洪河道生態(tài)治理充分利用了具有降解本河道內(nèi)污染物功能的土著微生物菌群的生物降解作用，可從河道水體、底泥及周邊植物當(dāng)中篩選該土著微生物菌群并擴(kuò)繁使用，最大限度發(fā)揮其專效性，快速發(fā)揮其凈水功能。

2）底泥污染物的釋放時(shí)間、途徑和釋放量具有不確定性。掌握底泥氮磷轉(zhuǎn)化機(jī)理及污染物釋放動(dòng)力學(xué)過程，利用土著微生物進(jìn)行底泥原位修復(fù)，改善黑臭底泥狀態(tài)，是下一步試驗(yàn)研究的方向。

3）生態(tài)治理后部分黑臭指標(biāo)加重或呈反復(fù)狀態(tài)，表明了多元化河道治理方案是解決河道水體污染、消除黑臭的有效手段。

[1] 張顯忠.黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)研究與工程示范[J].中國(guó)市政工程，2017，(1):23-25.

[2] 肖羽堂，王艷杰，吳玉麗，曾楚雯，鄭偉明.好氧-富氧曝氣生物處理在黑臭河涌原位修復(fù)中的應(yīng)用 [J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2017，(5):2780-2784.

[3] 吳青梅，鄧代永，許玫英，孫國(guó)萍，土著微生物修復(fù)黑臭水體的生物技術(shù)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011(34):197-201.

[4] 李思敏，黃帥，徐明.碳纖維人工水草技術(shù)處理湖泊水的試驗(yàn)研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，(33):81-85.