城市黑臭河道生态修复集成技术研究
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作者:刘爱宝 朱辉 曹惠忠 赵忠贝 王迎蒙
摘 要：该研究以南京市某黑臭河道为例，通过对其污染现状的综合分析，采用微纳米曝气—固定化微生物—浮岛滤床一体化生态修复集成系统分别从水体增氧、微生物负载增殖、植物吸收降解、填料吸附等途径对黑臭水体进行全面水质净化，使处理后河道水体消除间歇性黑臭，水体DO提高2～3mg/L，部分水质指标达到或优于地表V类水标准。
关键词：黑臭河道 生态修复 集成技术
Abstract： The study choose a black-odor River in Nanjing as an example to analysis its pollution status synthetically. Then， the integrated ecological restoration system include micro-nano aeration technology， immobilized microorganisms and Biological Floating Island were used to treated the black-odor River. The black-odor water were purified by following ways： to Increase oxygen enrichment， to improve microbial load and to adsorption of plant and bio-fillers. After the treatment， The dissolved oxygen （DO） are improved 2～3mg/L and some Water Quality Indicators have reached or surpassed surface water standard class V in the black-odor River.
改革開发以来，我国的经济快速发展，城镇化进程加快，环保意识和环境污染治理技术等相对落后，重点污染重工企业有机废水的无底线无处置的直接排放，和市政污水管网建设的滞后性，导致城市河道生态系统压力增大，致使水质劣化，水体中COD、N、P等污染物浓度严重超标，造成水体富营养化，进而导致水体黑臭。此外，由于部分河道的水循环能力差、水体流动性弱，导致水生动植物生存环境无法改善，直接影响河道的水体自净能力，进而出现黑臭现象[1-3]。
河道不仅具有泄洪、行洪、蓄水及城市建设景观性要求的功能，还有城市重要的地下水源补给功能，是水生态环境的重要载体。城市河道生态环境对人们生产、生活起着至关重要的作用，黑臭河道治理已成为我国亟待解决的水环境污染问题。
该项目以南京市某黑臭河道为例，采用微纳米曝气[4-6]、固定化微生物、浮岛滤床一体化集成技术进行治理，贴合城市黑臭河道实际水质特征，具有很高的先进性和适用性。
1 黑臭河道治理前现状分析
该河道位于南京市，全长约450m，宽约10m，河道水环境治理前状况为：沿程有多处排口，入河污染负荷极高;水体呈现灰白色，水体浑浊不堪，透明度为0.1m，有明显臭味;项目段两段被拦截，水动力缺失;淤泥厚度约0.6m，全段存在底泥上翻现象，底泥内源污染严重。
经河道现场进行勘察，对该河道上、中、下游进行水质采样分析，得出该河道全段氨氮（19.94～24.3mg/L）、总磷（5.13～6.21mg/L）、COD（88.83～113.63mg/L）均呈劣V类，溶解氧几乎为零，检测不出，河道完全丧失自净能力，由于上游排口大量污染负荷的排入，上游污染物浓度全部高于中下游。中游断面较上游断面相比，COD下降29.8%，氨氮下降16.9%、总磷下降17.3%，说明上游污染物通过稀释作用浓度有所降低。下游断面较上游断面相比，COD上升11.3%、总磷上升0.05%，说明中下游之间有新增污染源排入。根据城市黑臭水体整治指南，可将该河道判定为重度黑臭河道。
2 生态修复集成技术内容
2.1 微纳米曝气
微纳米曝气装置可产生微纳米级的细小气泡，能快速地溶解于水体中，使纳米微气泡具有更强的净化能力。该曝气装置在有效净化水质的同时，还可减少一定能耗，具有很强的适用性，是一种有效改善河道水环境的曝气方式。
该项目在黑臭河道河布设微纳米气泡曝气设备4套，单套设备设计充氧能力约2.0～5.0kg/h，氧利用率30%～60%，通过微纳米气泡设备对水体进行强化复氧，提升水体溶解氧，依靠微纳米气泡独特的理化作用降解水中污染物，消除水体黑臭，实现高效复氧与微生物活化，促进浮岛滤床植物和漂浮植物的根系发育以及河道内的生物降解作用。
2.2 固定化微生物
采用的新型填料固定化微生物技术对复杂水质具有较强的适应性，载体上固定了大量活性强的微生物，固定好的微生物消耗或吸收污水中的污染物而繁殖生长，是具有强大功能的分解者，提高了水体净化功能。由于城市河道具有平稳的水力学性质和相对稳定的污染物浓度，极大减少了固定化微生物技术修复工程的技术难度。
固定化微生物[7-8]的使用是为了富集土著微生物形成生物膜，增强土著微生物系统对污染物的降解净化能力。固定化微生物作为土著微生物富集挂膜载体;比表面积大，有利于生物膜的形成，能够长期拦截净化污染，吸附水体悬浮物，提高水体透明度。
该项目采用的新型填料固定化微生物技术，布设在水面以下，设计布设面积约900m2。固定化微生物布设在河道中央，沿河道水流方向间隔布设，水草固定在混凝土预制底座，仿生人工水草长度500～600mm，大于2束/m2。固定化微生物材质选用微生物挂膜能力强，比表面积大的亲水性材料。 2.3 浮岛滤床
现有的生态浮岛功能单一，只有种植在生态浮岛上的植物及植物根系附着的微生物能吸收和转化污染物，生态浮岛的其他装置对污染水体没有治理功能;而且植物根系吸附和生物吸收除去氮、磷所需要的时间往往都是十几个小时或者几十天，且贡献较小，限制了其在黑臭河道治理中的应用[9，10]。
該项目采用吸附陶粒作为组合浮床中的改进基质，强化生态浮岛对水体中污染元素的吸附性能，增加微生物量，明显提高污染物处理效果。在该河道两岸驳岸上建设浮岛滤床挺水植物带，设计布设面积约600m2。
浮岛滤床通过滤床填料吸附过滤水中污染物，植物根部、根际微生物吸收氮、磷等营养盐，实现污染物的分解、矿化，同时浮岛滤床可有效抑制藻类的生长，使水体透明度大幅度提高，提升景观效果。通过系统中的高效聚N、P多孔介质以及土著微生物和水生植物的作用，将水体中的CODcr、N、P等污染物去除，达到净化水体的目的。
微纳米曝气—固定化微生物—浮岛滤床一体化生态修复系统分别从水体增氧、微生物负载增殖、植物吸收降解、填料吸附等途径对黑臭水体进行全面水质净化，逐渐消除水体黑臭情况，通过该技术的成功实施，得到该项目处理前后的现状图如图1所示。
3 结论
（1）消除河道间歇性黑臭，水体透明度等感官指标提升，水体DO提高2～3mg/L，部分水质指标达到或优于《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）V类水标准。
（2）微纳米曝气装置空气利用率可达30%以上，微气泡在水体中可停留2h以上，且比传统曝气技术能耗降低30%左右，设备满足《声环境质量标准GB 3096-2008》的两类声环境功能区要求。
（3）固定后微生物在河道中能较长时间、稳定地占据优势，局部水域形成微生物数量上的优势;启动时间短;菌种流失量小;微生物抗冲击能力强。
（4）采用吸附陶粒作为组合浮床中的改进基质，强化生态浮岛对水体中污染元素的吸附性能，从而丰富了生态浮岛的净化原理，达到改进和提升生态浮岛净化效果的目的。
（5）采用生态处理技术，既有河道整治功能又具有景观生态效应。
参考文献
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