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黑臭水体的治理技术

2021-06-10 13:29:22  来源: 分析测试百科网

研究背景

  近几年,随着国内城市黑臭水体综合整治工作的开展,整治效果逐渐体现,但也出现了治理后水质不稳定,黑臭现象反复的问题。研究表明,该问题主要与内源污染物的微生物降解和外源污染物的输入有关,因此,实现长效治理除应保证外源污染得到有效控制外,内源污染治理及治理后水环境的生态修复成为关键。目前国内外常采用清淤换水、曝气富氧、微生物修复、生态修复等技术实现水体净化和底泥修复,其中,微生物修复和曝气富氧作为原位修复技术,以其治理效果好、对原生态系统冲击小,成本低等优点得到广泛的应用与研究。生物促生剂(亦称生物活化剂)是微生物修复的一种。曝气富氧是黑臭水体治理的常用技术,曝气富氧能够提高水体和底泥的含氧量,改善供耗氧失衡问题,去除沉积物中的致黑物质,使底泥颜色恢复至正常的黄褐色,对黑臭水体和底泥修复有较好效果。

  目前关于生物促生剂和曝气富氧技术多以实验研究为主,缺少实际工程应用及其治理长效性的效果验证。基于此,本文以某重度黑臭河道为例实施工程治理,应用超微气泡富氧技术(移动式曝气船+定点式曝气设备)和生物活化技术对治理区的水质和底质进行原位治理,再辅以常规生态修复技术,以实现黑臭消除与生态恢复目的,同时对治理效果的长效性进行分析,为类似的黑臭水体治理工程提供技术支撑与借鉴经验。

  摘 要

  针对当前黑臭河道治理工作中出现的黑臭反复,长效性难保持问题,以某内源污染严重的重度黑臭河道为例实施原位生态修复。第1阶段采用超微气泡富氧(移动式曝气船+定点式曝气设备)和生物活化技术进行水体和底质修复,削减内源污染,改善生境;第2阶段应用定点式曝气设备、生态浮岛、水生植物净化、水生动物多样性调控进行生态修复,营造健康稳定的生态系统。经过近4个月的治理,治理区水质由重度黑臭稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水标准,水体COD、NH3-N和TP含量分别为28.79,0.36,0.19 mg/L,去除率分别达到45%、98%和85%以上,治理后水体澄清,可见多种水生动物和沉水植物,河道底质呈现自然泥土色泽,在未进行清淤处理的情况下即达到了泥水共治的效果,水环境质量得到显著提升,实现了长效治理。

  01工程概况

  1.水质情况

  分别从待治理区下游到上游的7个点位进行样品采集,对水样的透明度、NH3-N、TP、COD指标进行检测,结果见表1。根据检测结果,参照对比GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,X河类属劣Ⅴ类水体,各项指标均严重超标,其中NH3-N和TP含量超标倍数分别达到12,5倍。结合现场水体感官度以及《城市黑臭水体整治工作指南》中对黑臭水体的定义及其分级标准,X河已经达到重度黑臭级别。

  表1治理前水质测定数据(2019-04-28)

  

  02工程设计

  X河属于重度黑臭水体,水体和底质污染严重,水生态结构严重缺失。基于此,确定本工程的实施重点是内源污染治理和水环境生态修复,治理目标是改善河道的水生态环境,提升其自我修复与净化能力,使水质稳定达到GB 3838—2002 Ⅴ类水质标准,技术路线见图3。工程自2019年5月开始实施,至同年8月底截止,工程具体实施情况见表2。

  

  图3治理工程技术路线

  表2工程实施情况汇总

  

  1.控源减负

  2.水体和底质修复

  2.1 超微气泡富氧

  设备布置及船舶的运行范围见图4。移动式曝气船相较于定点曝气设备的作业范围更广。

  

  图4超微气泡富氧工程示意

  2.2 生物活化

  连续曝气富氧12 d后,向治理区域内一次性投加以含量为5 mg/L的生物活化剂。生物活化剂的主要成分为维生素、有机酸、氨基酸和糖类等天然物质,能够原位激活水体和底质中的土著微生物活性(由于富氧作用,主要激活兼性及好氧微生物),增加微生物种群丰度及数量,进而提高水体和底质中污染物的降解速率,起到水体净化和底质改善的作用 。超微气泡富氧协同生物促生技术增强了对水体和底质的修复效果,改善生态环境,为水生生物生长提供健康的生存环境。

  2.3 生态修复

  本工程选择在X河岸带种植一定量的芦苇、菖蒲等挺水植物,通过过滤、渗透、吸收、滞留等作用,减弱进入河道的污染物。X河具有生物量不足,生态系统结构缺失现象,本工程选择在河道内种植狐尾藻、苦草、黑藻等沉水植物并安装生态浮岛,利用植物有效去除有机物、氮、磷等污染物。挺水和沉水植物种植、浮岛安装作业在6月中旬进行,累计工作时长9 d,在植物生长稳定20 d左右向水体中投放一定量的白鲢幼苗,丰富该区域内的物种多样性,完善系统食物链结构,进而建造健康稳定的生态系统。

  03治理效果分析

  对工程结束后9—11月水质情况进行跟踪检测,结果如表3所示。其中所列水质指标均稳定达到GB 3838—2002 Ⅴ类水标准要求,治理效果具有一定的长效性。

  表3X 河道治理前后各项水质指标变化情况

  

  04讨论

  X河黑臭的主要原因是污染物超量富集,加上水动力条件差,污染物沉积在河底形成厚厚的淤泥,含有大量的氮、磷等营养盐以及难降解有机物污染物,水体和底泥中污染物的分解消耗大量的DO,导致水体供氧和耗氧失衡。在厌氧还原条件下,厌氧微生物数量急剧增加并释放出大量H2S、NH3、CH4等恶臭气体,气体在上升过程中携带淤泥进入水相,而上浮底泥中含有的FeS2和MnS2易被氧化,对水体致黑起主导作用。

  本工程黑臭的消除主要依赖于曝气船、定点式超微气泡发生器和生物活化剂。超微气泡底层曝气富氧提高了DO含量,致使水体和底泥环境由厌氧型逐渐转化为好氧型,微生物群落结构发生演化,而生物活化剂的施用增加了微生物种群丰度及数量,使得微生物的活性及代谢强度增强,水体和底泥中污染物的降解速率得到显著提升。治理前期(0~40 d)水体中COD、NH3-N和TP含量下降显著,去除率分别达到50%、80%和75%以上,其主要源于DO充足,微生物代谢活性旺盛,对COD、NH3-N和TP等污染物的好氧分解效率高,有效抑制恶臭气体,促进水体和底泥中Fe2+在好氧微生物作用下氧化成Fe(OH)3沉淀附着在底泥表面,减少底泥再悬浮和污染物扩散对水质的影响,同时Fe3+与底泥中PO43-的结合进一步降低了TP含量 。治理中期(40~80 d)增加了生态浮岛及水生动植物修复,由于外源污染的进入,水体COD和TP指标受影响较大,整体呈先升后降趋势,而NH3-N受影响较小并呈稳定下降趋势,至80 d左右COD含量较治理前期增加约5 mg/L,TP基本恢复至治理前期0.4 mg/L水平,而NH3-N含量由4.34 mg/L 稳定降低至1.84 mg/L。治理后期(80~110 d)COD、NH3-N和TP含量均呈稳定下降趋势,并在一定含量范围保持动态平衡状态,COD、NH3-N 和TP的平均含量分别为28.79,0.36,0.19 mg/L,水质稳定达到GB 3838—2002 Ⅴ类标准。

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