生物促生劑對河道黑臭底泥修復效果的試驗研究

沈 宇

(廣東河海工程咨詢有限公司深圳市分公司,廣東 深圳 518000)

1 概述

由于人類活動對自然環(huán)境的干預，眾多種類的營養(yǎng)鹽逐漸進入水體并聚集，最終導致水體黑臭。黑臭水體中的溶解氧含量不斷降低，會導致水質的不斷惡化形成厭氧區(qū)，嚴重影響水體中好氧生物的生存，進而對水生態(tài)系統造成比較嚴重的危害[1]。在自然河道和湖泊中，污染物可以分為外源性和內源性兩大來源，而內源性污染物主要來自河道底泥。由此可見，在河道生態(tài)修復工程中，不僅要控制好外源性污染物的排放，還應該控制好底泥的內源性釋放，這也是當前河湖水體治理的重點和難點[2]。

底泥作為河湖的沉積物，是自然水域的重要組成部分，其最上層一般呈黑色或深黑色，含有大量的營養(yǎng)鹽和腐殖質、重金屬等有害物質。在河道黑臭底泥修復方面，主要有異位修復和原位修復兩個主要思路[3]。其中，異位修復就是將河道的黑臭底泥取出運輸到其他地方進行固化填埋，這種方式由于操作難度高，且容易造成二次污染，因此運用并不廣泛。原位修復技術主要有物理、化學和生物三類修讀方法。其中，生物修復技術具有很高的應用價值和廣闊的發(fā)展前景，特別是生物促生技術在國外研究較早，應用也比較廣泛。我國的生物促生技術目前尚處于起步階段，部分大學和科研機構做了許多試驗，藥劑也基本是選用國外的產品[4]。另一方面，當前的生物促生劑修復技術研究主要針對河道水體展開，對河道黑臭底泥修復效果的研究不多?；诖?，此次研究通過室內試驗的方式，探討生物促生劑對河道黑臭底泥的修復效果，以便為生物促生技術的發(fā)展和應用提供支持和借鑒。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

此次試驗中使用的黑臭底泥采自某典型黑臭水體河道。采樣使用的是自制采樣器，取自河道河床以下10cm部位的黑臭底泥。將獲得的樣本去除浮渣和石塊，然后放在陰涼處自然風干備用。經實驗室測定，底泥樣品的pH值為7.80，略偏堿性，含水率為45%，有機質含量為4%。

試驗用生物促生劑為某公司生產的BE(Bio-energizer)生物促生劑。該生物促生劑為酒紅色液體，比重為1.28kg/L，是一種集多項剪斷生物技術和生態(tài)原理為一體的生物治污技術的前沿產品，具有使用簡單、無基建、無動力消耗、經濟成本低廉的優(yōu)勢。將其用于污染的水體，可以促進微生物生長，恢復受損生態(tài)系統的可生化性特點，提高系統的處理效率。

2.2 試驗方法

此次試驗使用的試驗裝置的總反應體積為600ml。試驗中首先取100ml的黑臭底泥樣品平鋪于圓柱形反應容器的底部，厚度約2.5cm，然后加入生物促生劑反應至規(guī)定時間，在反應過程中要進行微曝氣充氧，以便改變黑臭底泥的厭氧環(huán)境[5]。在試驗結束之后，對黑臭底泥中的有機質、蛋白質以及多糖含量的變化，探究生物促生劑對黑臭底泥的修復效果[6]。同時，通過對不同生物促生劑摻加量試驗結果的對比分析，為實際工程應用中的生物促生劑摻加量提供參考。

將生物促生劑處理完畢的底泥風干研磨過篩，然后向其中添加0.1g石灰和1g硫酸鈉并反應14d，然后將樣品放在密封袋中冷藏保存用于后續(xù)試驗測定。

試驗中利用蒽酮-硫酸比色法對消解后底泥樣品中的多糖進行測定。測定時先將消解后的底泥樣品過濾放在比色管中，然后加入蒽酮試劑，在搖勻后立即利用沸水水浴加熱15min，在冷卻后測定其吸光度值，并計算獲取多糖含量[7]。蛋白質的測定利用lowry法。試驗中將消解后的底泥樣品放入200ml試管，加入3.5ml硫酸銅溶液和0.5ml福林酚試劑搖勻，然后在650nm處測定吸光度值，并計算獲取蛋白質含量。底泥的有機質含量測定采用灼燒法[8]，首先將坩堝灼燒至恒重，然后取一定量的烘干底泥放入坩堝中灼燒3h冷卻至室溫，根據灼燒前后樣品的質量差，計算出樣品中的有機質含量。

2.3 試驗方案

此次試驗的主要目的是探究生物促生劑對河道黑臭底泥的修復效果，為工程應用提供必要的支持。因此，研究中結合生物促生劑修復黑臭水體的相關研究成果和工程經驗，確定0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL和1.0mL等5種不同的摻加劑量。同時，為了進行對比研究，以不摻加生物促生劑的方案(摻加劑量為0mL)作為對比方案。試驗中的反應時長設置5d、15d和25d等3種方案。

3 試驗結果與分析

3.1 有機質含量

有機質是造成水體和底泥黑臭的主要因素，而有機質含量較高的底泥的再懸浮還會對水體造成嚴重危害。因此，消減黑臭底泥中的有機質含量具有重要的工程意義和價值。根據試驗中獲得的數據，整理獲取如表1所示的有機質含量試驗結果。為了直觀呈現有機質含量的變化規(guī)律，以表1中的數據為依據繪制出有機質含量變化曲線，結果如圖1所示。由表1和圖1可以看出，在未摻加生物促生劑的情況下，隨著試驗時間的延長有機質含量呈現出下降的態(tài)勢，但是下降的幅度十分有限。由此可見，有機質的自然分解對試驗結果的影響微乎其微，可以忽略不計。從實驗結果來看，加入生物促生劑方案的有機質含量明顯小于未摻加方案，這說明摻入生物促生劑有助于降低黑臭底泥中的有機質含量。從不同生物促生劑摻加劑量方案對比來看，隨著生物促生劑摻加劑量的增大，有機質含量呈現出先減小后增大的變化趨勢(個別不符合規(guī)律的數據可能是試驗誤差所致)，且當使用劑量為0.6mL時的有機質含量最低。此外，隨著試驗時長的增加，有機質含量呈現出減小趨勢，但是15d和20d的試驗數據相對比較接近。由此可見，利用生物促生劑處理15d即可獲得理想的工程效果。

表1 有機質含量試驗結果

圖1 有機質含量變化曲線

3.2 多糖含量

根據多糖試驗數據，計算出不同試驗方案下底泥樣品多糖含量數據，結果如表2所示。以表2中的數據為依據，繪制出如圖2所示的多糖含量變化曲線。由表2和圖2可以看出，多糖含量的變化規(guī)律和有機質類似。首先，試驗中的其他因素對試驗結果的影響微乎其微；其次，加入生物促生劑方案的多糖含量明顯小于未摻加方案，這說明摻入生物促生劑有助于降低黑臭底泥中的多糖含量；再次，隨著生物促生劑摻加劑量的增大，多糖含量呈現出先減小后增大的變化趨勢，且使用劑量為0.6mL時的多糖含量最低；最后，多糖含量隨著試驗時長的增加而減小，超過15d后的減小幅度有限，說明利用生物促生劑處理15d即可獲得理想的工程效果。

表2 多糖含量試驗結果

圖2 多糖含量變化曲線

3.3 蛋白質含量

根據蛋白質試驗數據，計算出不同試驗方案下底泥樣品蛋白質含量數據，結果如表3所示。根據表3中的數據繪制出蛋白質含量變化曲線，結果如圖3所示。由表3和圖3可以看出，蛋白質的含量的變化規(guī)律和有機質與多糖類似，當生物促生劑的使用劑量為0.6mL時的蛋白質含量最低，這里不再敷述；當試驗時長為3d時，生物促生劑的修復效果并不明顯，當試驗時長為15d時可獲得十分顯著的工程修復效果。

表3 蛋白質含量試驗結果

圖3 蛋白質含量變化曲線

4 結論

此次研究通過室內試驗的方式探討了生物促生劑對修復黑臭底泥的工程效果，獲得的主要結論如下：

(1)試驗中的自然分解等其他因素對試驗結果的影響較小，可以保證此次試驗的可信性。

(2)加入生物促生劑方案的有機質含量、多糖含量以及蛋白質含量明顯小于未摻加方案，這說明摻入生物促生劑可以獲得顯著的黑臭底泥修復效果。

(3)隨著生物促生劑摻加劑量的增大，多糖含量呈現出先減小后增大的變化趨勢，且使用劑量為0.6mL時的多糖含量最低。

(4)生物促生劑處理黑臭底泥的最佳時長為15d。