基于微生物原位修復(fù)的黑臭水體底泥治理分析

何云斌，劉書(shū)敏，林嫙，趙風(fēng)斌

1.深圳市天?。瘓F(tuán)）股份有限公司；2.同濟(jì)大學(xué)；3.深圳市市政公司總公司

隨著城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)城市也面臨著嚴(yán)重的河流污染問(wèn)題，其中河流黑臭現(xiàn)象非常突出，尤其是那些人口密度大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速的城市。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，截至2017年上半年，我國(guó)216座城市中排查出2100個(gè)黑臭水體，并且黑臭水體個(gè)數(shù)呈逐年上漲的趨勢(shì)。即便目前黑臭水體整治工程大力開(kāi)展，但是許多整治工程只是從源頭或方法上來(lái)控制污染物進(jìn)入河流中，尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)黑臭水體及底泥污染物的完全處置，而且在治理過(guò)程中仍然在不斷發(fā)生污染問(wèn)題。由此可知，我國(guó)黑臭水體的整治是一項(xiàng)長(zhǎng)期且艱巨的任務(wù)。

一、微生物修復(fù)技術(shù)

底泥處理是黑臭水體治理中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在大量黑臭水體監(jiān)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)污染泥中含有大量的有機(jī)物，這些有機(jī)物在自然作用下沉淀，最終使得底泥中的有機(jī)物含量不斷增加。所以在黑臭水體底泥治理中，需要科學(xué)利用微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行治理。

微生物修復(fù)技術(shù)屬于生物修復(fù)中的一種，指的是利用微生物對(duì)水體進(jìn)行修復(fù)，這種技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)在于費(fèi)用較低、見(jiàn)效快，且不存在二次污染的問(wèn)題，所以在黑臭水體底泥修復(fù)治理中可采用這一修復(fù)方法。值得一提的是，微生物修復(fù)技術(shù)也有其局限性，主要表現(xiàn)為在黑臭水體底泥修復(fù)治理中，需要根據(jù)不同特性的底泥來(lái)選擇不同的微生物，操作起來(lái)相對(duì)較為麻煩。

二、微生物修復(fù)技術(shù)在黑臭水體底泥治理中的應(yīng)用

（一）項(xiàng)目案例

某城市主要泄洪河道中，由于生活污水的污染形成了黑臭水體。該水體缺氧嚴(yán)重，在水體監(jiān)測(cè)中還發(fā)現(xiàn)，水中的COD、氮、磷等有機(jī)物含量非常高，而這些有機(jī)污染物在自然作用下沉淀，使得水體發(fā)黑發(fā)臭，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活。為此，項(xiàng)目采用微生物修復(fù)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)處理。

（二）材料和方法

（1）微生物菌群。本次試驗(yàn)使用的是從黑臭河道底泥中分離出的特殊菌群、生物分解因子等作為微生物菌群，同時(shí)添加了一定量的礦物元素。通過(guò)使用該產(chǎn)品，不僅能有效分解水體中沉淀的有機(jī)物，而且能夠有效改善底泥的質(zhì)量，進(jìn)而有效維護(hù)河道底泥微生物系統(tǒng)。

（2）載體。本次試驗(yàn)中的載體選自江西調(diào)水人生態(tài)環(huán)境工程有限公司生產(chǎn)的生態(tài)帶，在該生態(tài)中，設(shè)有好氧、厭氧和兼性厭氧這三個(gè)反應(yīng)區(qū)。該生態(tài)帶的優(yōu)勢(shì)在于面積大、比重輕、容易固定、穩(wěn)定性良好等。

（3）試驗(yàn)裝置。本次試驗(yàn)中，使用了A和B兩個(gè)裝置，并且兩個(gè)裝置中均設(shè)有曝氣裝置，以及直徑為0.1m、高為0.75m的圓柱玻璃器皿。其中，A裝置中安裝生態(tài)袋，且有微生物菌種，B裝置為空白試驗(yàn)裝置，不添加任何填充物和微生物。

（4）試驗(yàn)樣品。對(duì)該水體進(jìn)行樣品采集，待采集的樣品沉淀后，對(duì)其底泥厚度進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定底泥COD、上清液COD等指標(biāo)。試樣樣品的各項(xiàng)指標(biāo)初始值如表1所示。

表1 試樣樣品各指標(biāo)初始值

（5）測(cè)定方法及過(guò)程。在式驗(yàn)過(guò)程中，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置每天進(jìn)行曝氣復(fù)氧，待底泥沉淀后，測(cè)定其各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，包括底泥厚度、底泥COD值及上清液COD值。其中，在測(cè)定底泥COD及上清液COD值時(shí)，先從裝置底部取出試樣，并通過(guò)離心、烘干、研磨、恒重等多道操作工序進(jìn)行測(cè)定。在測(cè)樣過(guò)程中，應(yīng)確保各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定符合國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、應(yīng)用效果分析

（一）底泥厚度變化情況

在本次試驗(yàn)中，通過(guò)A、B兩個(gè)裝置對(duì)樣品底泥厚度進(jìn)行測(cè)定，圖1為A、B兩個(gè)裝置的底泥厚度變化情況。觀察圖1可發(fā)現(xiàn)，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的變化趨勢(shì)大致相同，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，底泥厚度逐漸減少。其中，在試驗(yàn)時(shí)間的第1至第3天，A裝置的底泥厚度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在第6天、7天時(shí)，稍微有所增加，之后一直減少，最終停留在2cm左右。B裝置也與A裝置一樣，在開(kāi)始的第1天至4天，底泥厚度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，之后底泥厚度不斷減少，最后停留在4cm左右。

圖1 A、B反應(yīng)裝置底泥厚度變化情況

A反應(yīng)裝置添加了微生物菌種，B反應(yīng)裝置并未添加任何填充物和微生物。從圖1的變化情況來(lái)看，添加了微生物菌種的A裝置的底泥去除效果要明顯優(yōu)于B裝置。而開(kāi)始的第1天至第3天，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的底泥厚度之所以表現(xiàn)出不減反增的情況，主要是受到曝氣復(fù)氧的作用，使得兩個(gè)反應(yīng)裝置中的好氧微生物大量繁殖，隨著微生物的數(shù)量增加，形成結(jié)構(gòu)較為蓬松的菌膠團(tuán)，所以底泥厚度增加。而A裝置之所以在第3天后，底泥厚度快速減少，主要是因?yàn)槭艿轿⑸锞N的凈化作用，加快了底泥層的礦化速度，進(jìn)而使得底泥厚度大大降低，最后在第23天時(shí)，底泥厚度達(dá)到2cm，并且底泥基本已經(jīng)無(wú)機(jī)化，基本達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，這比B裝置的底泥厚度4cm要低?？梢?jiàn)，在黑臭水體底泥修復(fù)治理中，采用微生物修復(fù)技術(shù)，可有效降低水體的泥的厚度。

（二）底泥COD變化情況

圖2為此次試驗(yàn)中A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置底泥COD值的變化情況。觀察圖2可知，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的底泥COD值變化趨勢(shì)基本一致，均是隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降。其中，在試驗(yàn)開(kāi)始的第1天至第3天，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的底泥COD值表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)。到第30天時(shí)，A反應(yīng)裝置測(cè)定的底泥COD值是1572mg/kg，其去除率為92.8%，B反應(yīng)裝置測(cè)定的底泥COD值是6707mg/kg，底泥COD去除率僅為69%。對(duì)比來(lái)看，增加了微生物菌種的A裝置，其底泥COD去除效果要明顯優(yōu)于B裝置。

圖2 A、B反應(yīng)裝置底泥COD變化情況

底泥COD主要來(lái)源于底泥中的各種微生物和原有的有機(jī)污染。A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的底泥COD值之所以在第1天至3天不減反增，主要是因?yàn)樵谄貧獬粞醯淖饔孟?，底泥中的微生物大量繁殖引起。而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，A裝置的底泥COD去除率比B裝置要好，是因?yàn)锳裝置中添加了多種微生物菌群，其中還包含一些底泥土著微生物難以降解的有機(jī)物，如酚類、苯環(huán)類等。

（三）上清液COD變化情況

圖3為A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的上清液COD變化情況，觀察圖3可知，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的上清液COD值變化情況基本一致，均是隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降，并且比底泥厚度、底泥COD變化波動(dòng)大。其中，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置開(kāi)始的前幾天波動(dòng)較大，之后逐漸平緩。經(jīng)過(guò)30天的反應(yīng)后，A、B兩個(gè)反應(yīng)裝置的上清液COD值基本穩(wěn)定在70mg/L左右?？梢?jiàn)，無(wú)論是采用曝氣復(fù)氧的方法還是微生物菌種的方法，都能夠?qū)诔羲w起到很好的處理作用。

圖3 A、B反應(yīng)裝置上清液COD值變化情況

本文基于黑臭水體治理目標(biāo)和要求，對(duì)微生物修復(fù)技術(shù)在黑臭水體底泥治理中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。在研究過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)試驗(yàn)裝置，將微生物修復(fù)技術(shù)與常規(guī)的曝氣復(fù)氧技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）微生物修復(fù)技術(shù)對(duì)于降低黑臭水體底泥厚度效果顯著，比常規(guī)的曝氣復(fù)氧技術(shù)要好。

（2）微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用可有效降低黑臭水體底泥COD值，比常規(guī)的曝氣復(fù)氧技術(shù)的底泥去除率要好。

（3）微生物修復(fù)技術(shù)和曝氣復(fù)氧技術(shù)均可有效降低黑臭水體底泥的上清液COD，兩種修復(fù)方法都對(duì)黑臭水體有良好的處理效果。

研究證明，相比常規(guī)的曝氣復(fù)氧技術(shù)，微生物修復(fù)技術(shù)的底泥處理效果更優(yōu)，采用微生物修復(fù)技術(shù)處理可有效改善黑臭水體的水質(zhì)狀況。目前，我國(guó)許多城市普遍存在黑臭水體問(wèn)題，在黑臭水體治理過(guò)程中，可有效應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行黑臭水體底泥治理。但需要注意的是，在具體的處理過(guò)程中，應(yīng)充分了解黑臭水體形成的原因，并在此基礎(chǔ)選擇合適的微生物菌種，從而有效發(fā)揮出微生物修復(fù)技術(shù)的作用，進(jìn)而提升黑臭水體治理的效果。

相關(guān)鏈接

城市黑臭水體是百姓反映強(qiáng)烈的水環(huán)境問(wèn)題，不僅損害了城市人居環(huán)境，也嚴(yán)重影響城市形象。近幾年“讓市長(zhǎng)下河游泳”的呼聲反映了百姓對(duì)解決和治理城市黑臭水體的強(qiáng)烈愿望。城市黑臭水體整治工作系統(tǒng)性強(qiáng)，工作涉及面廣。國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“水十條”）明確，城市人民政府是整治城市黑臭水體的責(zé)任主體，由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部牽頭，會(huì)同環(huán)境保護(hù)部、水利部、農(nóng)業(yè)部等部委指導(dǎo)地方落實(shí)并提出目標(biāo)：2017年年底前，地級(jí)及以上城市實(shí)現(xiàn)河面無(wú)大面積漂浮物，河岸無(wú)垃圾，無(wú)違法排污口，直轄市、省會(huì)城市、計(jì)劃單列市建成區(qū)基本消除黑臭水體；2020年年底前，地級(jí)以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)；到2030年，全國(guó)城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。

如何綜合、系統(tǒng)、具有聯(lián)動(dòng)機(jī)制的對(duì)城市黑臭水體進(jìn)行治理，可以采取“七字法”方法進(jìn)行系統(tǒng)全面有針對(duì)性的三位一體（trinity）治理（地、水、大氣），其分別是”截、引、凈、減、調(diào)、養(yǎng)、測(cè)”。

南方多于北方，城市發(fā)展越快的地區(qū)城市黑臭水體越嚴(yán)重。

城市黑臭水體問(wèn)題主要有四大原因：

點(diǎn)源污染：排放口直排、污廢水合流制管道雨季溢流、分流制雨水管道初期雨水或旱流水、非常規(guī)水源補(bǔ)水等。

面源污染：降水所攜帶的污染負(fù)荷、城鄉(xiāng)結(jié)合部地區(qū)分散式畜禽養(yǎng)殖廢水的污染等。

內(nèi)源污染：底泥污染、生物體污染、漂浮物、懸浮物、岸邊垃圾、未清理的水生植物、水華藻類等。

其他污染：城鎮(zhèn)污水廠尾水超標(biāo)、工業(yè)企業(yè)事故排放、秋季落葉等。