微生物原位凈化城市河道黑臭水體應用研究

(1.深圳市博生生物科技有限公司，廣東 深圳 518032；2.吉林建筑大學，吉林 長春 130021)

打好污染防治攻堅戰(zhàn)，是黨的十九大提出的決勝全面建成小康社會的三大戰(zhàn)役之一，是一個時期內(nèi)經(jīng)濟和社會發(fā)展的重大任務(wù)，其中水污染治理是標志性重大戰(zhàn)役之一。加強城鎮(zhèn)黑臭河道治理對維護城鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境、美化城鎮(zhèn)的景觀、改善人們居住的環(huán)境具有極其重要的意義。2015年，國務(wù)院頒布實施《水污染防治行動計劃》，要求2020年年底前，地級以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)。為消除八里溝河道黑臭水體，改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，安徽省潁上縣環(huán)保局對八里溝河道水環(huán)境進行了治理。

1 工程概況

治理水體工程位于安徽省潁上縣八里溝河道，全長4000m，河寬5～10m，水深1.5～2.5m，其中污泥深0.6～1.2m。由于沿線學校生活污水、部分養(yǎng)豬廢水、村民紅薯制品加工產(chǎn)生的粉漿水未經(jīng)處理，直接排入河道，導致河水成灰黑色，河面上漂浮大量油污泡沫、垃圾和樹葉等，污染嚴重。河道水體高度厭氧，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞，河道底部有機底泥富集，腐敗菌厭氧使河道發(fā)黑、渾濁、散發(fā)惡臭，是周邊居民的投訴熱點。2015—2016年監(jiān)測值顯示為劣Ⅴ類水。

經(jīng)多次取樣監(jiān)測，八里溝河道水體COD平均濃度為408mg/L，NH3-N為11.09mg/L，分別超過地表水Ⅳ類水質(zhì)指標的12.6倍、6.3倍。河道污染及底泥污染主要由外源排入的有機、無機物質(zhì)和水生生物排泄、死亡等污染物沉積而成，底泥中大量腐敗菌處于厭氧狀態(tài)，導致河道生態(tài)系統(tǒng)、自凈能力遭到嚴重破壞。2016年10月24—27日八里溝內(nèi)取樣點監(jiān)測水質(zhì)背景值見表1，水質(zhì)綜合評價為劣Ⅴ類水體。經(jīng)實地調(diào)研，八里溝主要污染來自于西三十鋪仁和“三粉”加工及粉漿水污染，每天排放污水約2600m3，年排放量約900000m3。

表1 治理前八里溝內(nèi)取樣點監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù) 單位：mg/L

2 治理過程

2.1 治理方案及目標

2.1.1 治理方案

結(jié)合以往黑臭水體治理的成功經(jīng)驗以及現(xiàn)場測試結(jié)果，擬采用對河道污染水域底泥直接原位凈化方案，即對八里溝及周邊相連通的村莊原有排水溝、塘內(nèi)接入本源微生物菌群劑和NL濃縮多酶生物催化劑，在強化本體微生物活性，使土著微生物大量繁殖的同時，對污染河道的粉漿水中的有機污染物進行降解，實現(xiàn)河道底泥的生物氧化和污染水體的生物修復，使河道中的溶解氧逐漸升高，從而逐步改善河道微生物體系，提高其生物多樣性，最終建立起良性生態(tài)平衡，提高水體自凈能力，從根本上解決河道黑臭的污染問題。治理方案主要包括以下3個過程：

a.先清后補。先在八里溝治理段內(nèi)，采用專用的低能耗大流量一體化污水速清反應器(國家發(fā)明專利號：ZL201410042403.2)，快速消除難降解的有毒物質(zhì)和腐敗生物，以利于對污染物質(zhì)的凈化，同時按處理段水量投入NL多酶催化劑，培養(yǎng)繁殖大量優(yōu)勢土著微生物，聚脫水體、污泥中的油脂；后補即向河流水體投加一定濃度的本源微生物種子菌群劑(國家發(fā)明專利號：ZL201210047274.7)分解水中的有機污染物質(zhì)，一部分有機物被分解成簡單的無機物，另一部分有機物作為菌群生長繁殖所必需的營養(yǎng)物，被吸收而組成新的細胞物質(zhì)。

b.底泥無機化。通過在河道底泥中接種本源微生物種子菌群劑，原位凈化分解河道內(nèi)沉積的有機污泥，使微生物在底泥的表層(即泥水界面)形成一層氧化膜，降低底泥有機碳含量，提高底泥氧化還原電位，強化底泥消解和對上覆水體有機物分解的能力，使粘附在河底的污泥逐漸分離脫水，促進底泥營養(yǎng)鹽釋放。因在河道底泥中接種的菌種破壞底泥分層后，會增加底泥層溶解氧，加速對有機底泥的分解和溶解氧的消耗，能快速除臭，平衡水體中微生物群落。

c.水體有氧化。把河床當作天然的生物氧化處理池，采用專用的低能耗大流量一體化污水速清反應器和RUSH-1500-3500型超大流量推流曝氣機，將表層水引入底層，造成異重流，增加水底層溶解氧，滿足生物氧化法的特征要求，實現(xiàn)全水域的好氧凈化環(huán)境。通過一體化污水速清反應器、輸送氧氣優(yōu)化河道的微生物體系，增加高效的微生物種群數(shù)，增強微生物降解河水中有機物的速度，迅速提高處理效果，強化河道的自凈能力。

2.1.2 治理目標

接種本源微生物種子菌群劑一周內(nèi)，水質(zhì)、底泥達到不黑不臭標準，提升水體中的溶解氧2mg/L以上，持續(xù)保持水質(zhì)不黑不臭。接種40～60天內(nèi)，主要指標達到并超過國家地表水環(huán)境質(zhì)量(GB 3838—2002)Ⅴ類標準。持續(xù)維護7個月后，消減八里溝中有機污泥60%以上，恢復并逐步提高水體自凈能力，達到生態(tài)治理修復的目的，此后無須清淤，一年四季水質(zhì)清澈。

2.2 治理階段

2.2.1 建造溢流壩

在不影響河道水流的前提下，建造兩處溢流壩，降低水流流速，增加污水停留時間，即增加菌種對水體中污染物質(zhì)的作用時間，使得河道治理段的污泥能得到更有效的消減。兩處溢流壩分別位于南段進入黃溝橋處和北段閘前10m處(進入阜潁河前)，壩面高為正常水位，長15m、寬1.5m，正常水面以上0.3m。

2.2.2 底泥接種

把本源微生物菌群劑直接接種到八里溝及周邊村組內(nèi)污染的溝、塘底泥中，將溝塘中有機污染底泥作為微生物的定居載體及營養(yǎng)物。根據(jù)河道底泥的有機底泥量、有機物濃度、污水量等參數(shù)，計算出接種本源微生物菌群劑量約為6000kg、配套培養(yǎng)基約為3000kg(實施投入馴化后菌種約54000kg)、NL多酶催化劑約為5000kg(實施投入稀釋后多酶催化劑約40000kg)。接種時，先用水泵將河水抽至1000L的大桶內(nèi)，按比例加入馴化好的菌液，攪拌均勻后，用另一個泵以梅花式打到淤泥內(nèi)，然后順著水流逐步向下游接種(分兩次完成)，這樣能最大限度地使微生物擴散至整條河流中。在河道的底淤泥較厚處，加大接種的微生物量，利于水中有機污染物質(zhì)分解。將NL多酶催化劑按比例加水稀釋攪拌均勻后，用另一個泵以梅花式打到淤泥內(nèi)，快速消除難以降解的有毒物質(zhì)和腐敗生物，啟動生物修復機制，大幅度削減河水和底泥中污染濃度，并強化上覆水體的生態(tài)修復效果，以利于對溝、塘中的粉漿污染物質(zhì)的快速凈化。

2.2.3 水體接種

根據(jù)水體污染程度及污水量，計算出每100m接種本源微生物菌群劑260kg，合計10400kg；配套培養(yǎng)基5000kg(實施投入馴化后菌種約93000kg)；按底泥深度比例計算每100m投入NL多酶催化劑260kg，合計10400kg(實施投入稀釋后多酶催化劑約52000kg)。

2.2.4 曝氣充氧

根據(jù)水體污染程度，在9個排放口附近共加裝15臺超大流量推流曝氣機和2臺污水速清反應器，快速強化有效微生物生長，消減河道上游的有機污染物，使河道內(nèi)污水快速澄清，提高河流水體中有效微生物的抵抗能力，增加污染河流水體中的溶解氧，消除河水黑臭問題。

2.3 治理效果

處理后河道污水COD濃度變化見圖1，河道COD下降趨勢明顯，特別是在第二次微生物菌群劑投加曝氣后，河道治理段COD約為60～70mg/L，已基本達到地表水Ⅴ類標準。2017年2月9日，對現(xiàn)場河水水質(zhì)進行檢測，發(fā)現(xiàn)微生物群落已經(jīng)形成，直觀地反映出經(jīng)采用了微生物原位凈化后，八里溝治理段的水質(zhì)不黑不臭，水體呈現(xiàn)綠色，河水水質(zhì)清澈。2月21日對八里溝河道水深進行測量，水深由治理前的1.5～2.5m增大至2.0～3.6m，污泥消減約0.7～0.9m。

圖1 八里溝投加微生物菌群劑后取樣點COD的變化

2017年3月12—13日，該縣環(huán)保局委托第三方監(jiān)測機構(gòu)對1～5號取樣點水質(zhì)進行了監(jiān)測，其中1號取樣點監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2，可見治理后水體溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、總磷等指標均達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標準。八里溝黑土洼橋南治理前后現(xiàn)場對比見圖2、圖3。

表2 1號取樣點數(shù)據(jù)(2017年3月12—13日)

圖2 八里溝黑土洼橋南治理前

圖3 八里溝黑土洼橋南治理后

3 治理費用及應用領(lǐng)域

3.1 治理費用

該治理工程總造價為637.69萬元，治理費用約600萬元，包含1年的維護費用，合同期為2016年12月至2018年3月。為保持治理效果，2018年潁上縣環(huán)境保護局委托深圳市博生生物科技有限公司對項目進行維護保潔，工程內(nèi)容包含投加菌種、生活垃圾清理等，費用約100萬元。后續(xù)河流已經(jīng)恢復自凈能力，無需再投加微生物菌種。

3.2 工藝優(yōu)勢

本試驗選用的本源微生物菌群劑為深圳市博生生物有限公司專利產(chǎn)品(國家發(fā)明專利ZL2006100608953，國家發(fā)明專利ZL201210047274.7)，其在廣東、江蘇、浙江、安徽、陜西等地河流污染治理及底泥減量治理中取得了成功。與其他黑臭水體治理工藝相比，微生物菌劑凈化城市河道黑臭水體方案具有如下優(yōu)點：?污染物就地處理，操作簡便，對周圍環(huán)境干擾少；?費用低廉，見效快，無須土建工程投入；?持續(xù)運行維護，水體的溶解氧能力穩(wěn)步提高，水體透明度還會進一步增加，有效地解決區(qū)域性河流的污染，穩(wěn)定河水水質(zhì)持續(xù)惡化的問題；?河底污泥會逐步減少，無須清淤。與物理方法、傳統(tǒng)生物法、生態(tài)修復技術(shù)等方法相比較，其特點詳見表3。

表3 河道污染生態(tài)修復方法對比

3.3 應用領(lǐng)域

原位凈化微生物生態(tài)修復技術(shù)已成功應用于河流(湖泊)水質(zhì)直接凈化、污泥消減，生活污水處理廠污泥消減，化糞池直接凈化中水回用，農(nóng)藥廢水、高鹽高濃度工業(yè)有機廢水以及制藥、印染、制漿造紙等廢水治理，取得了良好的治理效果，得到了有關(guān)專家的高度評價，一致認定該技術(shù)已處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補了國內(nèi)微生物污水直接凈化處理技術(shù)的空白。

4 結(jié) 論

采用微生物菌劑凈化八里溝河道黑臭水體治理項目，通過約60天的治理，河道水體由治理前的劣Ⅴ類提升至地表水Ⅴ類水質(zhì)，八里溝內(nèi)的土著菌被激活增殖，效果明顯，河道內(nèi)初步形成了菌藻生態(tài)系統(tǒng)，河底污泥削減在60%以上，得到了沿河居民的普遍贊譽。該治理方法投資少、運行費用低，無二次污染，處理效果長效穩(wěn)定，可作為一種長期性河流生態(tài)保潔措施，是符合現(xiàn)代河流水質(zhì)狀況的水體凈化技術(shù)，也是當前國內(nèi)水生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要，值得在城鎮(zhèn)河道黑臭水體治理領(lǐng)域廣泛推廣采用。