城市黑臭水体治理中生态修复分析

上海勘测设计研究院有限公司 张皓贞

习近平总书记在党的十九大报告中提出，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。中国特色社会主义生态文明建设要着力解决突出的环境问题，加快城市水环境综合治理工作，尤其是与人民生活息息相关的黑臭水体治理工作。

城市黑臭水体的治理工程是一项系统性工程，《黑臭水体治理工作指南》中明确氨氮、氧化还原电位、溶解氧和透明度为评价城市黑臭水体分级的评价指标。当城市水体氨氮浓度高于8mg/L,氧化还原电位小于50mV，溶解氧小于2mg/L，透明度小于25cm（当水深小于等于25cm，透明度按水深40%取值）时即被定为黑臭水体[1,2]。要解决城市黑臭水体问题必须减少、消除城市水体中的污染物，这也为我们提供了解决城市黑臭水体的思路：控制黑臭水体中污染物的增量，减少黑臭水体中污染物的存量。控制污染物增量的措施主要是控源截污，减少污染物进入水体。减少存量即内源治理的措施主要是清理河道中的垃圾、生物残体以及河道中的淤泥，减少河道中已经存在的污染物。以上措施并不能完全解决黑臭水体问题，彻底地解决黑臭水体问题还需要采取措施降低水体中溶解性的有机物和氮磷等污染物。

自然环境下的水体拥有较强的水体自净能力，能使水体保持一定的环境容量。城市黑臭水体中污染物远大于水体的自净能力，降低了水体的水环境容量。水体生态修复技术[3][4]是指通过人工干预利用生态方法，提升水体的自净能力、提高水环境容量，利用水体中的水生生物和微生物降解水体中溶解的氮磷和溶解性有机物，从而改善水体质量的技术。特点是能够结合景观和水体水温特征，发挥水环境工程的作用，通过河道及水体中湿地、生态滩涂及水生生物等自然和人造构筑物，提高城市水体的自净能力，水体生态修复的本质是恢复和增强城市水体系统的自净能力。

目前，黑臭水体治理工程中常用的水体生态修复技术有人工增氧技术、生物修复技术、生物膜技术和生态浮床技术。

一、人工增氧技术

水体中溶解氧小于2mg/L级被认定为黑臭水体。人工增氧技术是通过各种人工措施增加城市水体中溶解氧的浓度，常利用跌水、人工曝气等来提高水中的溶解氧含量，可以提高好氧微生物的生物活性，起到净化水质的作用。

根据曝气设备是否可以移动，人工增氧可以分为固定式和移动式两种，固定式人工增氧主要有鼓风曝气技术和机械扰动曝气技术，多用于面积较小的水体；移动式人工增氧技术的特点是可以自由移动，目前使用较多的是曝气船，可以用于局部水体紧急复氧。常用[3,5,6]曝气增氧技术有微孔、推流、射流曝气等。近年来一些新技术也应用到曝气领域，比如微纳米曝气，柴晓利等人在肖河谷苑路与文轩路之间长560m河段作为试验段采用IMA处理系统—微纳米曝气联用技术[7],重点研究了试验期内酸碱度、总磷、氨氮、总氮等指标的变化趋势。试验结果表明在完成截污和内源治理的城市水体中运行微纳米曝气系统可使pH值稳定在7.09-7.54,试验段终点水质COD、氨氮、总氮、总磷值指标总体上甚至达到国家Ⅲ类水体标准要求。

二、生物修复技术

生物修复技术[8]指向污染的水体中经过筛选的具有特殊分解能力的微生物菌种，利用微生物菌种降解水体中过量的污染物。对污染严重的黑臭水体，通过高效投加菌剂、酶、促生剂等生物制剂也可以激活原水体环境中土著微生物。常用的微生物活菌制剂主要由有芽胞杆菌、光合细菌、乳酸菌、放线菌等。使用单一微生物菌种来处理黑臭水体在使用方法和效果上具有一定的局限性，实际工程中混合菌剂比较常用。北京市小月河[9]应用混合菌剂生物修复技术处理黑臭水体，取得了显著的效果。杜聪、冯胜等人采用乳酸菌、丝状菌为主要微生物的复合微生物制剂研究了不同投加浓度对黑臭水体的处理效果，同时分析了水体底泥中微生物在复合微生物菌剂影响下的变化情况。试验结果[10]显示:复合微生物菌剂按0.5-1mg/L浓度投加时，水体中化学需要量COD的去除率为87.37%，总氮的去除率为90.7%，氨氮的去除率为95.24%，水体底泥的厚度由平均3.7cm降为2.3cm，下降了37.8%，黑臭水体和底泥处理均取得了较好的效果。罗春广等人采用增氧曝气增强生物修复技术[11]研究了内蒙古某城镇旁天然湖泊的黑臭水体的治理。试验结果表明，投加微生物菌剂同时曝气增氧可以显著地消除水体黑臭,处理后的水体溶解氧浓度由0.5mg/L上升至2.7mg/L，水体的透明度显著提高，74%的化学需氧量和65%的氨氮被降解。姚舒欣[12]等人研究了采用曝气增氧技术和生物修复技术结合处理重庆市渝北区溉澜溪黑臭河段的底泥和上覆水的效果；试验结果表明，曝气增氧技术和生物修复技术结合对黑臭水体的处理效果较高，每天曝气4h的条件下,投加微生物菌剂投2ml/L反应24天可降解90%的氨氮;较低浓度的微生物菌剂处理效果较差，浓度为0.5ml/L的微生物菌剂几乎对水质没有影响，较高浓度的微生物菌剂浓度则会增加水体有机物负荷导致水体中总氮浓度升高。

三、生物膜技术

生物膜为富含微生物的生物群落，生物膜水体修复技术利用生物膜中丰富的微生物进行水质净化。生物膜载体可采用人工材料或者天然材料，按生物膜载体的结构形态可以分为生态基、生物填料和碳素纤维草三种类型。生物膜技术一般应用于水质较差的重污染河道。生物膜载体是影响生物膜处理效果的关键因素，生物膜载体的性能直接影响降解水体中污染物的处理效果。生物膜载体的选择需考虑以下几点：水力学特性好、对微生物的附着力强、与水体接触的表面积大、成本低等。

目前，城市黑臭水体治理工程中常采用的生物膜技术有以下几种方式：（1）生物膜与生态浮床技术结合使用，生物膜载体悬挂在生态浮床下方。（2）通过网箱等技术将生物膜填料直接固定在水体内。（3）在狭窄河道或水体中通过在河道两侧设置固定桩将尼龙纤维绳等生物膜载体固定并散布在水体中形成生物膜。

生物膜技术常与曝气人工增氧技术结合使用，曝气可以增强生物膜的处理效果。董甜甜等人研究了生物陶粒作为生物膜载体,利用枯草芽孢杆菌生物膜技术处理黑臭河水的效果。实验结果[13]显示:在非曝气条件下,生物膜处理黑臭水体20天后水体中COD、浊度和氨氮去除率分别为42.36%、79.29%和96.44%；曝气处理10天后,水体中COD、浊度和氨氮去除率分别为75.79%、93.97%、99.02%，曝气显著增强了生物膜处理黑臭水体中污染物的能力。曝气处理30天后水质可达《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅳ类水。

四、生态浮床技术

生态浮床技术的原理是利用漂浮的浮床为植物提供相对固定的生长区域，固定在生态浮床上的植物可以降解水中的污染物。在深圳铁排渠河道生态治理工程[14]河道当中添加了苦草和伊乐藻，利用该类沉水植物来净化水质，水质提升明显，取得了良好的效果。

单独设置的生态浮床[8]的处理效果一般，生态浮床技术常与其他生态修复技术组合使用。人工增氧技术、生物修复技术和生物膜技术均可与生态浮床技术组合使用以提高处理效率。生态浮岛技术与生物膜法协同通过在生态浮床下方设置生物膜载体填料网，增加了生物膜载体的数量，生物膜协同生态浮岛常用于城市景观水体、护坡及河道黑臭水体治理[15]。

生态修复技术是目前黑臭水体治理的常用方法,实际应用经常选择多种生态修复技术组合使用。练继建等人应用生物膜法、曝气增氧和生态浮床法开发了一种曝气系统协同生态浮床和生物膜的装置[16]通过曝气系统协同生态浮床和生物膜的装置能显著提高水体净化效果。

全国各地正在有序开展水环境综合治理工程，向黑臭水体宣战。选择合适的生态修复技术有助于提高黑臭水体治理的效果，本文主要介绍了水环境综合治理中常用的人工增氧、生物膜、生态浮床和生物修复四种生态修复技术，各种生态修复技术适用条件不同，治理效果、经济、环境效益也有差异，在实际工程中必须因地制宜，根据实际情况，综合各方面因素选择合理的治理技术。