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生物-生态修复技术在黑臭河流治理中的工程实践与探索
阅读量: 87  发布时间:2014/5/9
                     生物-生态修复技术在黑臭河流治理中的工程实践与探索
                                       吴涛 陈国兵 徐锋
         (1.泰州市高港区水利局,江苏 泰州 2.泰州清逸环保科技有限公司,江苏 泰州)
    摘要:以高港区许陈河、府后河治理工程为实例,从微生物、水生植物净化与修复、生物-生态工程技术等方面,综述了生物修复技术在黑臭河流治理中应用的探讨。
    关键词:黑臭河道;生物-生态修复技术;高效复合菌剂;土著高效降解菌
    随着人口增长和经济的快速发展,大量的生活、生产废水以及固态垃圾排入河道,造成了河流水体的严重污染。受污染的河水溶解氧浓度降低,导致河水黑臭、鱼虾绝迹、河流生态系统遭到破坏,污染河流失去了资源功能和使用价值,严重破坏周围环境景观,造成重大经济损失,甚至危害周围居民的健康。因此,黑臭河流治理迫在眉睫。
    近年来,生物修复技术以其经济、环保、高效持久的特长得以迅速发展。研究与应用结果表明,在黑臭河流治理中,采用生物修复技术可以使水质根本性改善并可以使一部分水生生物自然恢复。
    笔者以高港许陈河、府后河治理为例,试述了生物-生态修复技术在河流治理中的应用。
   1 黑臭河流成因和形成机理
    1.1 黑臭河流成因
    水体中的黑臭现象是由于水体中的有机物厌氧分解造成的,从水质方面分析,发生黑臭是因为水体中COD、BOD、NH3-N等好氧性污染物含量过高,导致水体严重缺氧。发黑只要是吸附了黑色的FeS、MnS等金属硫化物的悬浮颗粒;发臭则是因为厌氧微生物对水体中有机污染物转化过程中产生大量硫化氢、硫醇、氨和胺等气态污染物。 
    笔者通过走访调查,发现被污染的城市河道主要存在以下问题
    ① 工业废水和生活污水的大量排入
    ② 垃圾污染
    ③ 河道淤积
    ④ 河道渠化、硬化
    ⑤ 水体食物链严重缺失
    1.2黑臭河流的形成机理
    水体在纳入一定的污染物后,在物理、化学和生物等因素的综合作用下,使污染物浓度和数量降低,使受污染的水体恢复到污染前的状态,恢复其正常的生态功能,这种现象叫做“水体自净”。然而,当大量污染物排入水体,水体自净能力远远小于排入量,水体便产生黑臭。
    水体受污染后,首先使好氧微生物将含氮、磷等大分子有机物降解,最后转变为水和CO2。但随着进一步降解,水体中的溶解氧被大量消耗,当水体趋于厌氧环境后,厌氧微生物大量繁殖。在厌氧环境中,厌氧微生物将有机物分解产生大量含臭气体,如CH4、H2S、NH3等,这些气体逸出水面,使水体发臭。另外,CH4、H2S等在逸出水面过程中会携带难溶性颗粒物进入水体,从而使水体发臭。厌氧环境会造成水体中的Fe、Mn等重金属被还原,与S结合形成FeS、MnS等,使水体变黑。
    ① 至黑
   含硫蛋白质→半光氨酸+H2→H2S+NH3+CH3CH2COOH+SO42-→H2S+H2O+CO2
    Fe(OH)3→Fe2+            Fe+H2S→FeS↓
    ② 致臭
    HCOOC(NH2)HCH2S+2H2O→CH3COOH+HCOOH+NH3
    C6H12O6→2CH3COCOOH+4H+→2CH3CHOHCOOH
    由上可知,溶解氧是水体发生黑臭的关键性因素,改善水质必须改善水体缺氧环境,即使水体耗氧速率〈复氧速率。水体中的耗氧物质主要为有机污染物、还原性物质以及河流底泥,因此,黑臭河流的治理可以结合以上三个方面进行。
   2生物修复技术
    2.1微生物强化净化
   该技术在欧美、日本等发达国家已得到大规模推广和应用,并取得了成功的实践,用于黑臭水体治理的微生物修复主要有三类:一是直接向污染河道水体投加经过培养筛选的一种或多种微生物菌种;二是向污染河道水体投加微生物促生剂(营养物质),促进“土著”微生物的生长;三是生物膜技术。
    2.2水生植物净化
    水生植物净化是微生物净化的辅助手段之一,水生植物净化法是利用水生植物的自然净化原理达到净化污水降低污染负荷之目的。当污染水体通过微生物治理达到一定条件后,利用水生植物来净化水质就是利用其具有的消化吸收污染物质、承受一定的环境胁迫的能力来实现的,而水生植物有着其自身的承受极限,水质过度恶化超过极限则水生植物不能生存,因此在黑臭河道治理中,因为水质条件极为恶劣,在选择植物种类时要进行一定的预培养试验,一般大型水生植物分为挺水植物、沉水植物、漂浮植物和浮叶植物,其中水葫芦、香蒲、水芹菜、大薸、水葱和薸草等水生植物对河道黑臭具有明显的净化作用。以水生植物为主要操纵对象的修复技术,目前应用比较多的主要是生态浮床或生态浮岛、人工湿地和水生植物氧化塘。
   3工程概况
    3.1许陈河
    3.1.1河道情况以及工程难点
     许陈河位于扬子江药业集团北侧,全长454米,因历史和地理原因,导致近20000立方米水体常年遭受医药及化工污染。河道内鱼、虾及水生植物几乎灭绝,水体黑臭严重。由于污染严重和环境条件恶劣,以致水体食物链中最重要的一环(即底端腐食群落生物链)极度缺失,造成水体自身净化能力消失殆尽,导致进入水体的有机污染物无法得到及时有效的分解,加剧水质恶化。
    3.1.2生物-生态组合修复技术方案
    3.1.2.1 许陈河治理首先完善截污措施,水体曝气(采用纳米曝气技术)充氧,为下一步微生物修复提供必要条件。
    3.1.2.2 向水体中分次投加微生物复合菌剂(Bact-PurXLG和Bact-PurN3000),加快水体净化速率并为土著微生物菌种生长创造条件,最终形成优势菌群,逐渐恢复河水自净能力。
    3.1.2.3 当河水水质逐渐改善后,在河道中合理的种植水生植物。水生植物是河流水体自净系统的重要组成部分,其主要作用表现在以下几个方面:① 光合作用为植物净化作用提供能量来源;② 植物庞大的根系为微生物和其它生物提供了栖息场所;③ 植物能直接吸收吸附水体可利用态的营养物质,富集重金属及一些毒害物质;④ 根际效应,包括泌氧功能、根际分泌物的化感作用等。但是水生植物的选择因根据河道状况有针对性并且要复合当地情况,易造成生态入侵的物种慎用。该河道首选用了沉水植物金鱼草。
     3.1.3修复效果
     经过两个多月的治理,河水恢复清澈,消除异味,透明度达50cm,水质已符合国家V类水标准并持续改善,岸边出现了多年未见的钓鱼者身影。
    3.2府后河
    3.2.1河道情况以及工程难点
    府后河是主城区的一条主要城区河道,全长380米,是一条断头河,水环境较差,河流四周雨污分流不彻底,大量污染物随雨水进入河流一到夏季水质经常发臭发黑,并有大量藻类生长,虽几经整治,但效果较差。
     3.2.2生物-生态组合技术修复方案
     3.2.2.1 府后河治理首先彻底雨污分流,清理河道杂物,水体曝气(采用纳米曝气技术)充氧,为下一步微生物修复提供必要条件。
     3.2.2.2向水体中分次投加微生物复合菌剂(Bact-PurXLG和Bact-PurN3000),加快水体净化速率并为土著微生物菌种生长创造条件,最终形成优势菌群,逐渐恢复河水自净能力。
    3.2.2.3当河水水质逐渐改善后,在河道中合理的种植水生植物。该河道选用了当地沉水水生植物金鱼草,且在浅水区种植了约1000株睡莲。
    3.2.3修复效果
    经过泰州清逸环保科技有限公司(sxgxswjd.com)两个多月的治理,河水恢复清澈,消除异味,透明度达70cm,水质符合国家V类水标准,河流中渐渐有了生机。
   4 结语
    高港区许陈河、府后河生物-生态修复工程于2013年实施,经过半年来的运行管理,生物-生态修复对污染水体净化效果明显,取得了较好的生态环境效益和经济社会效益。相对于传统方法,生物-生态修复效果更佳,治理成本大幅降低,不会对环境造成二次污染,且能在改善水质的同时大幅度降解淤泥,并使水体产生自净能能力,不易反弹,最终恢复河道生态平衡。但生物-生态修复本身是一个极为复杂的系统工程,加之我国目前城镇河流水体污染状况均较为严重,在借鉴国外成功治理经验的基础上,结合许陈河、府后河两例工程,笔者认为生物-生态修复的应用需要关注以下几个问题。
    黑臭水体的修复首先应因地制宜,根据水体受污染的实际情况,制定切实可行的实施方案,才能有效的实施生物修复措施。同时应加强原位生物修复与异位生物修复相结合的生物修复技术试验,探索治理城市河流黑臭的有效共性修复技术。
    城市黑臭水体属于重污染型水体,其生物修复中选取的微生物、植物或水生动物种类特性是决定其污染治理的关键。因此加强有效生物物种的筛选和开发是该领域中的一项重要任务。
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