朝阳涌黑臭水体生物修复试验
论文作者：刘军 刘志标2 李青2 陈洽群1 刘斌1
摘要：通过底泥生物氧化、水体生物修复、河涌生态恢复等生物修复技术，对广州市白云区朝阳涌黑臭河道水体进行治理。结果表明，在每天进水流量1800~2300 m3，水力停留时间为2.17~2.78 d的高负荷 工业 废水和生活污水冲量情况下，通过生物治理，消除了上游预处理河段水体黑臭现象，使中下游 自然 潮汐状况下水体洁净好氧。表明在一定污水流量情况下对城市黑臭河涌进行生物治理，能有效地消除水体黑臭、延长河涌生物链、增加水体生物多样性、提高河涌水体自净能力，为城市黑臭河涌治理和养护提供了切实可行的 方法 。
关键词：黑臭河道 生物修复 生态恢复 底泥生物氧化
Keywords： Black-odor river Bioremediation Ecological-mediation Bbiologic oxidation of the sediment in the river
河涌黑臭是我国城市河网的一个普遍现象，严重 影响 居民生活、城市形象和生态环境，治理黑臭河涌已成为城市水环境治理的重要组成部分。
生物修复是环境工程领域刚刚兴起的一门新技术，已成功 应用 于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理[1~5]。为了进一步探索华南地区高负荷污水流量和潮汐状况下的黑臭河涌生物治理技术，在广州市白云区朝阳涌进行了黑臭水体生物修复试验。
1 试验河涌和测试方法
1.1 试验河涌
朝阳涌位于广州市白云区石井街，为感潮河涌全长3200 m，平均宽度5.8 m,平均底泥深度0.9 m。由于上游大量工业废水、生活污水排入河涌，近十年来河涌一直处于黑臭状态。
1.2 试验方法及工艺参数
从红星工业区第1排放口向广花高速公路方向，人工垒坝截流875 m作为预处理河段，人工截流使预处理河段水位稳定在0.8~1.1 m以上，总水量为5000 m3 左右，每天上游排放污水1800~2300 m3，平均水力停留时间为2.17~2.78 d。预处理河段下游为自然潮汐河段，人工坝上留有泄洪孔，以便在暴雨和上游污水排放量加大情况下，直接排入潮汐河段(见图1)。
1.3 预处理河段处理方法
红星工业区第1排放口前放养凤眼莲，同时在凤眼莲下悬挂2~3 m3生物填料，设置射流式增氧机1台(1.10 kW，每台增氧量为3.5 kg/h)地埋式生物反应器1套;红星工业区第2排放口设置接触氧化池1套;预处理河段布置5台水车式增氧机，其中1台为永久性增氧设施(1.50 kW，增氧量为2.6 kg/h)，4台为临时性增氧设施(0.75 kW，增氧量为1.5 kg/h)(见图1)。
1.4 药物处理方法
药物处理分3个阶段。
第一阶段：底泥生物氧化 60 d(8月23日~10月23日)
利用河道底泥接种专业培养基，定向扩增河涌土著微生物，制成土著微生物培养液，将微生物培养液(细菌含量1×106pic/mL)，和一定量共代谢底物等辅助药物一起共250 kg，加上6.6加仑Bio-energizer生物促生液(简称BE，美国普罗生物技术公司生产)、3.3加仑Micatrol生物解毒剂(简称MIC，美国普罗生物技术公司生产)，用黑臭河水稀释混合后，直接喷射于河涌底泥内，以促进河涌底泥生物氧化。此过程连续进行5 d后，采用上述方法连续30 d向河涌底泥喷洒3.3加仑/d BE，然后将剂量减半，连续25 d进行底泥生物氧化。
第二阶段：水体生物修复 30 d(10月24日~11月24日)
在第一阶段底泥生物氧化基础上，连续30 d在预处理河段均匀泼洒2加仑/d BE和50 kg微生物培养液，同时启动水体增氧设施，药物使用量根据当天污水流量和污水CODcr、NH3-N等指标作适当调整。随着水体好转将药物剂量使用量降至0.5加仑/d，至第二阶段结束。
第三阶段：河涌生态恢复 20 d(11月25日~12月15日)
按照污水排放量，每天向红星工业区第1、第2排放口投加25 mg/L微生物培养液和2 mg/L BE、1 mg/L MIC，每周向预处理河段均匀泼洒2加仑BE，根据当天污水流量和污水CODcr、NH3-N等指标适当调整BE剂量或采用其他应急措施。
1.5 采样点及采样方法
水体采样点分别位于红星工业区第1排放口(1#)、红星工业区第2排放口上游(2#)、红星工业区第2排放口下游(3#)、木桥(4#)、高速公路(5#)、朝丰路桥上游(6#)，用500 mL取样瓶直接取样，并于当天测定各项指标。(见图1)
底泥采样点同水体,用自制底泥采样器(直径15 cm玻璃柱)取河床表面20 cm泥柱，在30 ℃烘箱24 h烘干，取烘干泥样测底泥TOC和底泥生物活性(G值)。
图1 朝阳涌1#~6#采样点示意图
1.6 测定项目及方法
1.6.1理化指标测定及方法
DO采用上海产溶解氧测定仪，于每天上午11：00现场测定;透明度采用自制塞氏盘进行测定，于每天上午11：00现场测定;pH采用上海产笔式pH计，于每天上午11：00现场测定;NH3-N采用纳氏比色法进行测定;H2S采用碘量法进行测定;CODCr采用重铬酸钾法测定;底泥TOC参照土壤TOC测定方法。
1.6.2 生物学指标测定及方法
细菌总量：采用平板培养法;微型动物：用吸管吸取1滴(约0.05 mL)水样，在血球计数板上直接进行活体观察并计数;以上指标测定方法见 文献 [6];底泥生物活性(G值)：见文献[7]。
2 试验结果与 分析
2.1 污染源生物处理效果
经过20 d运行，红星 工业 区第1排放口地埋式生物反应器对污水CODCr除去率可达20%左右;红星工业区第2排放口接触氧化池对污水CODCr除去率可达50%左右。二排放口污水排放总量1800~2300 m3/d，排放污水平均CODCr(3#)稳定在150 mg/L左右。
2.2 预处理河段底泥生物氧化处理结果
底泥耗氧是河涌黑臭的重要原因之一。由于朝阳涌长期受纳来自上游的工业废水和生活污水，污染物和生物残体、固体颗粒等沉入河底，形成80~120 cm的黑色底泥，底泥通过物理、化学及生物作用进行迁移和转化， 影响 上覆水体。
通过60 d的底泥生物氧化，6个样点底泥平均TOC由28.28 g/kg降低至9.10 g/kg，降低了近2/3倍;底泥生物降解能力(G值)由1.7 kg/kg.h升至5.6 kg/kg.h，提高了近2.3倍。
图2 各取样点水体透明度变化
2.3 水体透明度及色泽变化
从10月24日水体生物修复开始，10 d内，预处理河段水色发生了明显变化，由黑色变为灰白色、褐色;10月30日预处理河段下游潮汐河涌水体已基本消除黑臭现象; 11月12日，预处理河段水体开始发绿，并呈现下午变绿，上午变黑的变化 规律 ;11月15日全河段藻类大量繁殖，迅速消除黑臭。从上游至下游，呈现暗灰色-灰黄色-黄绿色的渐变过程，水体透明度也稳步提高，从上游暗灰色水体的12 cm左右，提高到下游高速公路的35 cm左右，并且呈现从上游到下游逐步提高的趋势(见图2)。
2.4水体pH和溶解氧变化
随着河涌底泥和水体生物修复的不断加强，11月12日预处理河段下游出现藻类, 水体pH上升，从上游到下游(1#~6#)，pH从7.3逐步上升为8.1左右，从11月20日开始，2#~6#采样点，pH稳定在8.1~8.3，而1#采样点(排污口)一直保持在6.9~7.3。11月5日前，河涌水体一直为黑臭状态，水体溶解氧0.3 mg/L左右，随着水体生物修复进程，河涌溶解氧逐步提高，并呈现从上游到下游稳步增高的趋势。11月5日，经过综合措施处理，预处理河段水体开始变灰变白，3#~6# DO已升至0.8~0.9 mg/L，此后稳步增长，至11月15日预处理河段3#~6# DO已稳定到3.5~4.8 mg/L。并且从上游到下游，DO值呈现逐渐增加的趋势(见图3)。
图3 各取样点水体DO值变化
2.5 水体CODCr和BOD5变化
随着生物促生剂的投加和生物修复措施的进行，处理河段CODCr和BOD5明显低于进水，并且随着时间的推移，这一结果不断加强，10月24日刚开始处理时，从二排污口汇合点(3#)到朝丰路上游(6#)预处理河段河段CODCr去除率仅为8.2%(包括河水稀释作用)，11月5日，河涌CODCr去除率为27.4%，11月5日后，CODCr去除率一直稳定在30%左右(见图4、图5)。
从11月5日河涌生物系统强化后，BOD5去除率提高至60%以上，并保持稳定，从河涌NH3-N、H2S等还原性产物浓度变化上看，从二排污口汇合点(3#)到朝丰路上游(6#)预处理河段，11月5日以后NH3-N去除率明显上升(包括河水稀释作用)，从11.8%增加到29%，随后稳定在39%左右(见图6)。
H2S含量过高是河涌黑臭的主要原因之一。随着生物修复的治理效果逐步加强，河涌H2S含量从上游对照0.03 mg/L降至处理河段下游未检出，表明经过生物修复后，处理河涌已初步建立好氧洁净生物体系。
图 4 各取样点水体CODCr值变化
图5 各取样点水体BOD5值变化
图6 各取样点水体NH3-N值变化
2.6 水体生物相变化
对水体中细菌总数观察计数的结果表明，随着水体生物修复和水质的改善处理，河涌水体异养细菌总数较上游少了1个数量级(上游污水异养菌总数为0.9×106~1.3×106 PIC /mL，处理河段下游异养菌总数为0.7×105~1.3×105 PIC/mL)。对水体微型动物观察表明，各样点的变形虫、鞭毛虫、纤毛虫、轮虫等种类和数量往往随着细菌和藻类的生长高峰而增加。11月13日开始下游潮汐河涌中出现了大量枝角类水蚤(红虫)，之后出现了小鱼。
3 讨 论
3.1 底泥生物氧化和河涌水体生物修复
底泥是河涌生态系统的重要组成部分，主要由无机矿物、有机物、和流动相组成。底泥 影响 上覆水体水质;底泥的缓冲能力决定了水质的稳定性，也决定了上覆水体藻相的稳定性;底泥的微生物活性决定了对河涌有机物污染分解速度，从而决定了河涌的净化能力[8~10]。
本试验中，利用生物修复技术，通过实验室小规模试验，从十多种方案中，选择了两种高效配方，用于河涌底泥生物氧化，通过靶向给药技术直接喷射于河涌底泥内，促进河涌底泥氧化，通过检测表层20 cm底泥TOC和生物降解能力(G值)以确定底泥氧化程度和生物活性，至9月23日下游河涌(6#)底泥TOC已从17.9 g/kg降至5.9 g/kg，生物降解能力提高到5.6 kg/kg.h(可能是该河段在2002年4~5月曾做过底泥氧化，底泥状况一直较上游好)。底泥氧化层的形成，为河涌洁净好氧生态系统的建立创造了良好的条件。10月30日下游河涌底泥营养盐释放，水体率先开始变绿。11月3日下游河涌已形成稳定的洁净好氧生态系统，水体色泽和潮汐水一致，透明度有时高达60 cm。
3.2 城市黑臭河涌生物治理技术
城市河涌担负着防洪排涝、景观 旅游 、生态环境等多种功能，是城市建设的重要组成部分。河涌整治一直作为政府的“民心工程”、 “形象工程”而备受重视。在城市河涌整治中，往往重视清淤,驳岸,绿化和截污等表面工程，而不重视底泥和水体生物修复，更不重视河涌生态体系建立，这样导致城市河涌整治中边治边黑，边黑边治，不能从根本上改善河涌水质和自净能力。截污虽然能从源头上解决部分污水排放 问题 ，但河涌是一个开放的水体，面源污水和其它污染源不可能完全截住。清淤虽然能除去部分底泥，清淤后下层底泥仍将为新的内源性污染源。仅通过截污、清淤、冲水，即使短期内能解决黑臭的问题，由于河涌好氧洁净生态系统尚未建立，水体的自净能力有限，一旦河涌纳污很快又恢复到黑臭状况。本试验结果表明，在没有完全截污的情况下，通过底泥生物氧化和水体生物修复，配合河涌生态恢复技术，能有效地消除了水体黑臭，逐步建立河涌洁净好氧生态系统，延长河涌生物链，增加水体生物多样性，提高河涌水体自净能力。生物修复是城市黑臭河涌治理不可或缺的治理措施。本试验为城市黑臭河涌的生物治理提供了一个可行的技术方案
参考 文献
1 沈德中.污染环境的生物修复.北京:化学 工业 出版社环境 科学 与工程出版中心，2002.1~21
2 Alan scragg. Environmental Biotechnology. Essex:pearson Education Limited，1999.105~137
3 Awford R L，Crawford D L. Bioremediation principle. Cambridge: cambridge university press，1996.187~250
4 Brewster B L. Enhance Remediation Efforts. Environmental protection ，1992，6：28~32
5 徐亚同，史家樑，袁 磊.上澳塘水体生物修复试验.上海环境科学, 2000，19(3):480~484
6 国家环保局编.水和废水 分析 监测 方法 .北京: 中国 环境科学出版社，1997
7 李 军，王淑莹.水科学与工程实验技术，北京:化学工业出版社，2001.45~67
8 马 放，任南琪，杨基先.污染控制微生物学实验.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.51~72
9 华东师范大学.苏州河底泥对水环境的影响及处理对策(上海市科委攻关项目 研究 报告)，1998
10 方宇翘，马梅芳.苏州河底泥污染特征研究.上海环境科学，1990，9(11)：10~15
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