基于一體化修復(fù)設(shè)備的府河底泥原位修復(fù)技術(shù)

霍興陽(yáng)，楊 星，張家興，孫紅林，宋絢臻，李九智

(華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北 保定071000)

0 引言

府河是白洋淀尤其是西部淀區(qū)主要污染來(lái)源，府河水質(zhì)狀況直接關(guān)系白洋淀水質(zhì)安全。府河下游河段底泥淤積嚴(yán)重，底泥持續(xù)釋放污染物，導(dǎo)致府河下游水質(zhì)較差，為改善府河水質(zhì)，需要對(duì)府河河道底泥進(jìn)行治理。項(xiàng)目工程范圍內(nèi)，有光纜橫穿府河河道，位于河底，為保護(hù)現(xiàn)狀河道下光纜安全，避免清淤開(kāi)挖造成光纜破損。在現(xiàn)狀管線位置上下游各20 m范圍內(nèi)，禁止使用機(jī)械設(shè)備，避免破損光纜，故對(duì)于污染底泥采用原位生態(tài)的修復(fù)方式進(jìn)行治理。

1 底泥原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)

1.1 技術(shù)介紹

底泥原位生態(tài)修復(fù)是一個(gè)綜合系統(tǒng)工程，其原理在于恢復(fù)河流的原有生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)人工輔助建立生態(tài)環(huán)境，誘導(dǎo)土著微生物回歸，通過(guò)生物的生長(zhǎng)與代謝分解轉(zhuǎn)換污染物質(zhì)，當(dāng)原生動(dòng)物相繼生成，污染物質(zhì)會(huì)持續(xù)降解，原有的微生態(tài)環(huán)境逐步恢復(fù)[1-2]。通過(guò)向目標(biāo)水體及底泥交界處投加經(jīng)過(guò)篩選和馴化可降解污染物的微生物菌劑降解底泥中污染物，強(qiáng)化微生物對(duì)底泥中污染物的分解消納作用，促進(jìn)了底泥有機(jī)物的降解及氮磷元素的固定，以達(dá)到改善水體及底泥生境，降低污染物濃度的目的[3-4]。本項(xiàng)目采用一體化修復(fù)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)底泥原位生態(tài)修復(fù)的目的。

1.2 一體化修復(fù)設(shè)備介紹

針對(duì)府河底泥原位生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，自主研發(fā)出一體化集成設(shè)備，該設(shè)備是集過(guò)濾、曝氣增氧、生物菌劑投加和生物掛膜等功能于一體化的調(diào)控設(shè)備。通過(guò)物理過(guò)濾(砂石、活性炭、沸石)、曝氣增氧、復(fù)合微生物菌劑投放(光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母等)和生物掛膜等多種工藝的組合利用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污染水域水體和底泥的原位修復(fù)(圖1)，改善微生物種群結(jié)構(gòu)，完善微觀生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)化水生態(tài)環(huán)境，從根本上解決水體污染問(wèn)題[5]。本裝置實(shí)現(xiàn)局部水域的水體循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的過(guò)濾、增氧；對(duì)底泥的活化、改良，改善微生物棲息環(huán)境，完善微觀生態(tài)系統(tǒng)。

圖1 一體化設(shè)備原理

一體化修復(fù)裝置為組合式設(shè)備，每套設(shè)備由3種子裝置組成，分別為生物催化箱、組合填料箱和誘導(dǎo)反應(yīng)箱?？筛鶕?jù)河道形態(tài)、流域大小等實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整各個(gè)子裝置的大小、形狀、數(shù)量等，便于拆卸，靈活性高。

一體化修復(fù)設(shè)備的核心為微生物修復(fù)。微生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵在于如何保障和增強(qiáng)微生物的修復(fù)效率[6]。調(diào)節(jié)底泥機(jī)理：好氧時(shí)以芽孢桿菌、硝化細(xì)菌等好氧型活菌為主，對(duì)底泥進(jìn)行改良，將難分解的大分子物質(zhì)分解成可利用的小分子物質(zhì)，產(chǎn)生多種有機(jī)酸、酶、生理活性等物質(zhì)及其他多種容易被利用的養(yǎng)分，抑制有害菌、病原菌等有害微生物的的生長(zhǎng)繁殖；厭氧時(shí)以光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌等厭氧菌為主，能夠分解大分子有機(jī)物，去除水體中的氨、亞硝酸鹽、硫化氫等有害物質(zhì)[7]。其過(guò)程以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過(guò)土著微生物體內(nèi)產(chǎn)生的具有催化功能的特殊蛋白質(zhì)作為催化劑，凈化污水、分解底泥、消除惡臭，在修復(fù)中期通過(guò)實(shí)驗(yàn)室篩選出土著微生物中的高效有益菌群，進(jìn)行特定的擴(kuò)繁、調(diào)控，從而迅速提高污染水體中的有益土著微生物的濃度，在短期內(nèi)提高污染物的降解速率[8]。

2 一體化設(shè)備應(yīng)用及結(jié)果分析

2.1 一體化設(shè)備應(yīng)用

考慮到府河上游來(lái)水量大，軍用光纜段底泥實(shí)行區(qū)域治理，首先在沿著水流的方向上將試驗(yàn)段河道一分為二，河道中央采用帆布圍擋將河道劃分，整個(gè)帆布將治理區(qū)水域隔成相對(duì)獨(dú)立的單元，降低流速，減小流量，保證治理范圍內(nèi)水體相對(duì)靜止，為后續(xù)底泥修復(fù)提供良好的環(huán)境[9]。在水流較緩的一側(cè)安裝一體化設(shè)備，其安裝示意如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備照片如圖3所示。

圖2 一體化設(shè)備安裝示意

圖3 一體化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)

2.2 設(shè)備應(yīng)用結(jié)果分析

府河光纜試驗(yàn)段位于河北省保定市安新縣安州斷面處，試驗(yàn)段長(zhǎng)約30 m，水面寬度平均為30 m，水深約3 m。針對(duì)此試驗(yàn)段水面、水質(zhì)等參數(shù)，一體化修復(fù)設(shè)備采用一組式，即生物催化箱、組合填料箱、誘導(dǎo)反應(yīng)箱各1個(gè)。設(shè)備內(nèi)部主要機(jī)電參數(shù)如表1所示。

表1 主要機(jī)電設(shè)備參數(shù)

2020年6月15日開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)治理，至9月15日治理期結(jié)束，后期還有2年的維護(hù)期。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的圍擋分段原位治理，項(xiàng)目范圍內(nèi)府河底泥表觀治理效果明顯改善，污染底泥層(A層)厚度基本消減滅失，底泥性狀由稀漿—軟流塑狀，黑色底泥改善為軟塑狀，黃—灰黑色底泥，效果理想。治理前后底泥對(duì)比如圖4所示。

圖4 治理前后底泥對(duì)比

治理前后底泥檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。經(jīng)過(guò)本次治理，底泥中總磷由1 163 μg/g降低至748 μg/g，削減比例為35.68%；總氮由2 156 μg/g降低至891 μg/g，削減比例為58.67%；有機(jī)質(zhì)由6.54%降低至1.66%，削減比例為74.62%；同時(shí)，重金屬含量也有不同程度的削減，底泥得到明顯改善。

表2 底泥治理前后數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

采用一體化修復(fù)設(shè)備對(duì)府河底泥進(jìn)行原位生態(tài)修復(fù)取得了較好的效果。一體化修復(fù)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)局部水域的水體循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的過(guò)濾、增氧；對(duì)底泥的活化、改良，改善微生物棲息環(huán)境，完善微觀生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到泥水共治的目的[10]。