基于底泥原位穩(wěn)定與生物過濾聯(lián)動的污染河道修復(fù)技術(shù)

鄧文瀾

(上海博優(yōu)測試技術(shù)有限公司，上海 201108)

1 引言

河道黑臭嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境和周邊居民的身心健康。導(dǎo)致河道黑臭的2個重要原因是水體富營養(yǎng)化和河流底泥污染[1,2]。根據(jù)修復(fù)原理的不同，污染河道水體修復(fù)技術(shù)可分為生物、化學(xué)及物理3大類[3]。物理法主要指通過曝氣或者引水換水的方法增加水體溶解氧等[4]。曝氣復(fù)氧需要通過風(fēng)機(jī)向河水中曝氣，因此存在運(yùn)行成本較高等問題；引水換水具有見效快的特點(diǎn)，但對于水力停留時間長、初期雨水未得到截留的半封閉水體而言，依然存在長效管理困難的局限性[5]。污染水體的化學(xué)處理方法主要有絮凝沉淀、氧化劑氧化及底泥污染物掩蔽等方法[6,7]?；瘜W(xué)法一般用于河道突發(fā)污染事件，一般通過沉淀或者化學(xué)氧化的方式將污染物從水體去除，但化學(xué)法使用成本較高、長效管理難，并易對環(huán)境造成二次污染。污染水體的生物治理是指利用微生物對水體中的污染物進(jìn)行降解或者利用特定的植物對水體中的污染物進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)化[8]，該措施一般還輔以生態(tài)護(hù)坡、修建人工濕地、重塑淺灘、修復(fù)水邊濕地沼澤地森林、修復(fù)池塘等處理手段，但盡管這類技術(shù)對于緩流水體修復(fù)具有效果好、運(yùn)行成本較為低廉的優(yōu)點(diǎn)，然而也存在較易受到底泥污染物濃度高時影響植物生長、暴雨及來水水質(zhì)沖擊等問題[9]?？梢?，如何選擇既可以有效地清除或者減弱河流底泥中有機(jī)物對河水的污染，又能對污染河水進(jìn)行治理的技術(shù)是需要慎重考慮的。

微生物修復(fù)與植物聯(lián)合修復(fù)的方法是污染河道水體常見的修復(fù)技術(shù)[10]，但該技術(shù)適用范圍有限。對于底泥厚度大及底泥污染物濃度高、水體發(fā)生黑臭且某些河段水深達(dá)2.0 m以上的水體，其環(huán)境條件難以支持沉水植物的生長；而常見的浮島技術(shù)，則因?qū)ξ廴疚锶コ邢?，適用性較差。本文以上海某黑臭河道治理為目標(biāo)，不以植物修復(fù)為主，而是結(jié)合目前引水、換水工程措施下，采用微生物活性激發(fā)和生物過濾等聯(lián)用的技術(shù)對污染河道水體進(jìn)行修復(fù)。

2 修復(fù)河流污染情況分析

2.1 河流形態(tài)分析

污染河流長度約1100 m，河流斷面呈倒梯形，河底寬約8 m，平均水深為2.5～2.8 m。該河流不僅可為周邊小區(qū)提供生態(tài)景觀作用，而且承擔(dān)著該區(qū)域生活小區(qū)的雨水泄洪功能。

2.2 水質(zhì)情況

表1 修復(fù)前河道水體水質(zhì) mg/L

2.3 河道污染成因分析

該河流共流經(jīng)2個小區(qū)，因此不可避免地會有部分小區(qū)居民的生活污水直接排入河道。降雨時，初期雨水中污染物濃度較高，這部分雨水不能及時地排入雨水管網(wǎng)而直接進(jìn)入河流。因此，該河道水體水質(zhì)指標(biāo)差，污染嚴(yán)重的主要原因有以下幾點(diǎn)：

(1)河流流經(jīng)區(qū)域住戶較多，居民排放的生活污水會有部分直接進(jìn)入河流，而引起河流污染。

(2)河道附近居民和餐飲店較多，直接進(jìn)入河流的初期雨水中污染物的含量較多。

(3)該河流常年處于靜止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)入河道的懸浮物質(zhì)在河道底泥中累積，這些沉積在底泥中的懸浮物質(zhì)在底泥的缺氧環(huán)境中得不到完全降解，即在降解過程中會不斷向河水中釋放污染物[11]，而引起河流污染。

(4)河水靜止導(dǎo)致河水缺少流動復(fù)氧，河水中溶解氧常年低于2 mg/L，從而導(dǎo)致河水水質(zhì)惡化。

3 污染河道修復(fù)技術(shù)方案

微生物修復(fù)與植物聯(lián)合修復(fù)的方法是污染河道水體常見的修復(fù)技術(shù)[12]，然而，該技術(shù)適用范圍局限。對于底泥厚度大及底泥污染物濃度高、水體發(fā)生黑臭且某些河段水深達(dá)2.0 m以上的水體，其環(huán)境條件難以支持沉水植物的生長；而常見的浮島技術(shù)，則因?qū)ξ廴疚锶コ邢?，適用性較差。因此，本方案將不以植物修復(fù)為主，而是結(jié)合目前引水、換水工程措施下，采用土著微生物活性激發(fā)并與曝氣生物過濾等聯(lián)用的技術(shù)對污染河道進(jìn)行修復(fù)。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 水體修復(fù)工藝路線

3.1 底泥原位穩(wěn)定

通過人工向河道中投加生物激發(fā)劑，通過該激發(fā)劑激發(fā)河道底泥中微生物的活性，加快底泥中微生物對底泥中有機(jī)污染物的降解。此外，生物激發(fā)劑中的無機(jī)組分可將底泥中可溶性的氮、磷轉(zhuǎn)化為不溶態(tài)，消除了底泥中氮、磷對河水的污染。

3.2 生物曝氣過濾系統(tǒng)

本工程采用開放式生物曝氣過濾系統(tǒng)，將生物曝氣過濾裝置置于河道中，使河道水體從過濾床內(nèi)部和頂部通過，因此，該生物曝氣過濾系統(tǒng)不會影響河道原有的功能。河道內(nèi)水體經(jīng)過生物曝氣過濾系統(tǒng)后，水體中的懸浮物被截留，同時水體中的有機(jī)物通過微生物被部分降解。

3.3 水利推流系統(tǒng)

此外，在河道中還增加了水利推流系統(tǒng)，不僅可以改變河水的靜止?fàn)顟B(tài)，增加河水的流動速度，而且可以通過水利攪動將河水定向?qū)肷镞^濾系統(tǒng)，加快了河水的凈化過程。

4 工程實(shí)施情況

項(xiàng)目的具體實(shí)施主要分為2個階段，分別為生物激發(fā)劑投加和生物曝氣過濾系統(tǒng)的安裝，具體情況如下。

4.1 生物激發(fā)劑投加及推流系統(tǒng)的安裝

通過人工投加的方式將生物激發(fā)劑直接投加至河道中，運(yùn)用人工手段，在河水中混入生物激發(fā)劑，通過該激發(fā)劑激發(fā)河道底泥中微生物的活性，加快底泥中微生物對底泥中有機(jī)污染物的降解。此外，生物激發(fā)劑中的無機(jī)組分可將底泥中可溶性的氮、磷轉(zhuǎn)化為不溶態(tài)，消除了底泥中氮、磷對河水的污染。生物激發(fā)劑首次投加時間在2021年4月，第二次投加在2021年5月，總共投加2次。同時在2021年5月安裝了水利推流系統(tǒng)，不僅可以改變河水的靜止?fàn)顟B(tài)，增加河水的流動速度，而且可以通過水利攪動將河水定向?qū)肷镞^濾系統(tǒng)，以加快河水的凈化過程。

4.2 曝氣生物過濾系統(tǒng)的安裝

如圖2所示，在河流的一端安裝了曝氣生物過濾系統(tǒng)。河道水體從濾床內(nèi)部和頂部通過，水體中的懸浮物被截留在過濾系統(tǒng)中，同時水體中的有機(jī)物通過微生物被部分降解，從而使水體得到凈化。

圖2 生物曝氣過濾系統(tǒng)實(shí)物裝置

5 污染河道治理結(jié)果與分析

5.1 水體水質(zhì)指標(biāo)變化分析

圖3 修復(fù)過程中及TP濃度的變化

5.2 水體水質(zhì)評價分析

為進(jìn)一步了解河道水質(zhì)的具體變化情況，采用水污染指數(shù)法對水體水質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的評價。以水質(zhì)單因子評價法為基礎(chǔ)，采用內(nèi)插方法計(jì)算水體水質(zhì)的水污染指數(shù)(Water Pollution Index, WPI)[13]。WPI的計(jì)算公式如式(1)、式(2)所示，I～V類水質(zhì)限值時，采用式1計(jì)算WPI值；水質(zhì)劣于V類水時，采用式2計(jì)算WPI值，并采用最高WPI值作為水體水質(zhì)評價參數(shù)[14,15]。WPI值與水質(zhì)類別對應(yīng)表如表2所示[16]。

表2 WPI值與水質(zhì)類別對照

[C(i)-Ci(i)]

(1)

(2)

式(1)、(2)中，C(i)為第i個評價指標(biāo)的濃度值；

Ci(i)為第i個評價指標(biāo)的下限標(biāo)準(zhǔn)濃度值；Ch(i)為第i個評價指標(biāo)的上限標(biāo)準(zhǔn)濃度值；WPIl(i)為第i個評價指標(biāo)下限濃度值所對應(yīng)的指數(shù)值；WPIh(i)為第i個評價指標(biāo)上限濃度值所對應(yīng)的指數(shù)值；WPI(i)為第i個評價指標(biāo)所對應(yīng)的指數(shù)值；C5(i)為第i個評價指標(biāo)的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

計(jì)算得到原黑臭水體(2020年12月份)、第一次投加生物激發(fā)劑(2021年4月份)、第二次投加生物激發(fā)劑(2021年5月份)及增加生物曝氣系統(tǒng)后(2021年7月份)河水水質(zhì)的最高WPI值，如圖4所示。由圖4可知，修復(fù)前，河道水體屬于黑臭水體，第一次投加生物激發(fā)劑后，WPI值從425迅速降低至155，河道水體水質(zhì)為劣Ⅴ類，第二次投加生物激發(fā)劑后，WPI值進(jìn)一步降低至115，但仍為劣Ⅴ類水體，增加生物曝氣系統(tǒng)后，WPI值降低至86，河道水體水質(zhì)為Ⅴ類水。

圖4 修復(fù)過程中WPI值的變化過程

6 結(jié)論