高效生物强化技术的应用研究——以广西九洲江支流某河段异位治理为例

郭辰 黄付平 潘翠 吴洁敏

（广西壮族自治区环境保护科学研究院，广西南宁 530022）

1 引言

我国城市河流污染处理力度不够，处理率偏低［1］，其特点是有机物浓度较低，而氮磷的含量相对较高。虽然传统的城市污水处理工艺对有机物有较高的处理能力，但对氮和磷的去除能力较差。微生物修复技术作为一种水体污染修复的新技术，其研发应用发展迅速。利用异位微生物修复工艺处理城市河道污水，即通过污水自流或者泵入河道边的污染处理系统，再通过好氧自养微生物将有机氮转化为氨氮，经硝化菌的硝化作用和反硝化菌的反硝化作用，最终释放为氮气完成氮循环［2］。这种新型修复工艺的运行成本低、投资小，微生物将污染物最终转化为氮气，对周围环境的影响小，处理效果较好，对污染物的去除效率较高，而且微生物资源丰富、实地操作性强［3］。九洲江（广西段）水质污染的根本原因是进入河流中的污染物总量超过了河流的环境容量，河流长期遭受较高强度的污染负荷，加之环境容量本底较小，造成原有生态系统受到严重破坏；水中溶解氧大量消耗，河流底层溶解氧低于0.2 mg/L，为厌氧环境，好氧微生物消亡，在厌氧微生物作用下，有机污染物分解产生有毒有害的气体，散发臭味，造成河道的污染，甚至黑臭［4］。

然而目前微生物修复技术也存在投加营养物质过量时造成二次污染；采用投加高效降解微生物时，微生物对河道污水环境的温度和pH 值的变化非常敏感等问题。本文以九洲江支流某河段污染治理为应用示范点，开展了高效生物强化技术在异位治理河流污染案例中的综合应用研究，并对投加量和停留时间做了应用试验研究，取得了较好的治理效果［5］。该技术的应用，为我国河流水污染治理提供一个新的模式，具有重要的研究意义和参考价值［6］。

2 水环境现状及污染成因分析

九洲江为南海北部湾水系，由于流域内交通、用地、用水等条件的便利，该流域干支流长期以来都是畜禽养殖业特别是生猪养殖业发展的重点地区，养殖场和养殖户数量多，生猪养殖规模大，畜禽养殖污染是该流域水污染的主要来源之一［7］；另外，流域内村镇人口密集，农业种植面积大，造成污染物大量排入九洲江干支流，导致九洲江流域水质较差，某一河段污染较为严重，有些河段水质劣于Ⅴ类，形成黑臭河段［8］。

2.1 监测分析评价

根据当地有关部门提供的2018 年第四季度至2019 年第一季度九洲江某河段断面监测数据，3 次地表水采样监测结果中，水质标准1 次水质为Ⅳ类，2次为劣Ⅴ类，主要的超标因子为氨氮和总磷，见表1。

2.2 污染物来源分析

对流域内沿途所涉及的乡镇进行调研走访以及经济社会结构分析，确定了流域内污染物来源主要有以下几个方面：（1）畜禽养殖污染排放贡献大；（2）农村生活污水的直排污染；（3）面源污染控制进度缓慢；（4）流域容量小、负荷重；（5）内源底泥释放污染严重。

3 污染治理技术选择

3.1 工艺技术流程说明

该河段的水体水质治理是通过在河道旁选择低洼地构建异位净化处理工程，实现河道河水截流引流处理，河水经多级及深度净化达到地表水Ⅳ类标准以上后回补入河。水体异位高效生物强化技术集微生物强化处理工艺、高效复合絮凝沉淀、纯天然材料的生物膜人工生物处理技术以及生态浮岛等技术为一体［9］。采用“四步法”水质改善与生态修复技术，通过生化协同的方法，前期投送培养驯化的具有降解功能的高效菌［10］，加池底曝气扩充微生物量、投加絮凝剂到搅拌沉淀排泥、投加外购的商业酶制剂提高微生物活性深度处理、生态浮岛水生植物曝气净化后排水等治理环节，均可在本河道水体异位修复系统中实现［11］。

该河段水体异位高效生物强化技术设置提升泵房、细格栅、沉砂池、生物接触氧化池、二沉池、污泥储存池等，处理工艺流程见图1。

图2 “四步法”工艺机理

3.2 异位高效生物强化技术处理技术特点

（1）水力停留时间短。适合用地紧张的地区，水力停留时间一般为10～20 min。

（2）净化效率高。高效削减水中黑臭污染物，如有机物、磷氮营养盐、悬浮物、藻类的含量，在短时间内净化水体，提升河流水质自净能力，有效去除黑臭因子。

（3）处理水量大。单台套设备处理水量最大可达800m3/h，共设计5套处理设备，最大处理量为4000 m3/h。

（4）污泥处置。设备连续排出的污泥含水率低，简单浓缩后可直接进入污泥脱水机处理。由于排出的污泥黏性小，易于脱水，早期的可用于垫土等填充材料。

（5）处理费用较低。项目运行产生的费用主要为人工费、电费、絮凝剂及微生物酶制剂的损耗费用，综合处理达到Ⅳ类地表水标准的处理费用为0.25 元/m3。

3.3 处理效果分析

水体异位高效生物强化技术处理工艺运行企业提供的7 个不同时间段处理工艺进水口、处理后总排口出水这2 个采样点位的监测数据见表2。由表2可见，总体水质较差，均为劣Ⅴ类水质，主要的污染物来源为畜禽养殖废水和农村生活污水，结合该示范点的水质考核目标为Ⅳ类的要求，经处理后可稳定达到考核指标要求。

表2 处理工艺进、出水监测数据

高锰酸盐指数浓度变化曲线见图3。7 个不同时间段进水口经采样分析高锰酸盐指数浓度为4.6～6.3 mg/L，由图3 可见，经处理工艺处理后出水浓度下降到2.4 mg/L 以下，达到Ⅱ类以上地表水对高锰酸盐指数的标准值要求。

图3 高锰酸盐指数浓度变化曲线

氨氮浓度变化曲线见图4。7 个不同时间段进水口经采样分析氨氮浓度为2.111～2.981 mg/L，为劣Ⅴ类水质，由图4 可见，经处理工艺处理后出水浓度下降到1.302 mg/L 以下，达到Ⅳ类以上地表水对氨氮浓度的标准值要求。

图4 氨氮浓度变化曲线

总磷浓度变化曲线见图5。7 个不同时间段进水口经采样分析总磷浓度为0.381～0.514 mg/L，为劣Ⅴ类水质，由图5 可见，经处理工艺处理后出水浓度下降到0.145 mg/L 以下，达到Ⅲ类以上地表水对总磷浓度的标准值要求，水质处理效果较好。

图5 总磷浓度变化曲线

不同时间不同污染物去除率见图6。该示范点现场7 次上游来水采样监测值显示，水质变化不大，在7 个不同时段的进水口检测水质均为劣Ⅴ类，主要污染因子为氨氮、总磷，高锰酸盐指数相对来说污染不严重。由图6 可见，经水体异位高效生物强化技术治理后，各指标均可达到考核目标Ⅳ类以上水质要求，其中，高锰酸盐指数和氨氮的去除率均接近60%，总磷的去除率在70%以上。

图6 不同时间不同污染物去除率

4 结论

综上所述，对玉林市九洲江支流某河段进行采样分析和水体评价，结果显示，该条河段水质为劣Ⅴ类，属于重度污染级别，河段受纳污染物主要包括畜禽养殖废水、农村生活废水、农业面源污染来水，主要污染指标为氨氮和总磷，已经超过其环境容量，其自净能力低，上游部分河段出现黑臭水体现象。针对该河段污染的实际情况，2018 年当地因地制宜地建设水体异位高效生物强化技术应用示范工程，较为有效地治理了河道污染，消除了黑臭水体，经处理后出水稳定达到Ⅳ类以上水质标准，达到水域功能区划水质标准和水质考核目标要求［12］。该技术处理费用为0.25 元/m3，相较于其他流域水处理技术成本较低，在上游来水水质较为稳定的情况下，处理效果连续稳定，处理净化效率较高，为我国的流域治理提供了一个较好的应用示范。