王少明 王雄偉 陳月妹

(1. 水利部海委引灤工程管理局，河北 唐山 064300;2. 北京萬潤華夏環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 100085；3. 河北省寬城縣水務(wù)局，河北 承德 067600)

1 概 述

潘家口水庫位于河北省灤河干流上，是天津、唐山兩市重要的飲用水水源地。由于受灤河上游入庫水質(zhì)以及水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚的影響，水庫總磷、總氮含量呈明顯上升趨勢，目前水質(zhì)為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，水體呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化。由于水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚的污染負(fù)荷比重已占到潘家口水庫、大黑汀水庫總污染負(fù)荷的30%以上，其中總磷負(fù)荷占57%以上，成為水庫的主要污染物。為保證潘家口水庫水質(zhì)安全，必須對(duì)水體中的磷進(jìn)行消減，為此，在潘家口水庫下池開展了水生態(tài)立體調(diào)控技術(shù)示范，原位處理下池水庫水體，獲得了較好效果。

2 試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)位布置及技術(shù)應(yīng)用

選擇潘家口水庫下池作為實(shí)驗(yàn)基地，試驗(yàn)區(qū)域見圖1。潘家口水庫下池位于主壩下游6km處，是潘家口水庫抽水蓄能電站的調(diào)蓄水庫，總庫容3168萬m3，有效庫容1000萬m3。

2.1 試驗(yàn)區(qū)及檢測

由于下池水域面積大，抽水蓄能發(fā)電導(dǎo)致下池水位經(jīng)常變動(dòng)，且試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)外有部分水體交換，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。在下池庫區(qū)選取約0.25km2的水面進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)選取人員能夠進(jìn)出方便，便于運(yùn)送材料、設(shè)備的區(qū)域。試驗(yàn)設(shè)備采用裝卸式綜合自動(dòng)投送平臺(tái)，按照不同水深通過計(jì)量泵向試驗(yàn)區(qū)精準(zhǔn)投送微生物制劑。

在實(shí)驗(yàn)區(qū)域選擇5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位(圖1)。每個(gè)點(diǎn)位按照表層、1m、2m和3m水深取樣檢測。根據(jù)方案按照步驟進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)期為2016年7月15日—8月15日，水質(zhì)檢測部門在現(xiàn)場采集實(shí)施“三步法”前后各點(diǎn)位的樣品，對(duì)水體中的TP、TN進(jìn)行檢測。

圖1 試驗(yàn)區(qū)域及檢測點(diǎn)位

2.2 采用的技術(shù)工藝及原理

本研究采用“三步法”水質(zhì)改善及水態(tài)修復(fù)技術(shù)，技術(shù)原理見圖2。

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)集成了微生物固定化技術(shù)、純天然材料的生物膜技術(shù)、生化協(xié)同與緩釋技術(shù)、靶向菌群馴化和低溫發(fā)酵等多項(xiàng)技術(shù)。通過 “三步法”工藝和方法，調(diào)控內(nèi)外源污染轉(zhuǎn)移，對(duì)水體微生態(tài)進(jìn)行復(fù)建與藻相控制、底泥原位消減和底棲生態(tài)改良、修復(fù)，進(jìn)而達(dá)到水體還清、持續(xù)長效的目的。即以水體和底泥解毒為前提，降低或去除有毒有害物質(zhì)生物細(xì)胞的危害，給微生物營造適宜生長和生存的環(huán)境，使其最大限度發(fā)揮分解功能，持續(xù)改善水環(huán)境。

圖2 三步法工藝機(jī)理

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

采用“三步法”水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)，利用生化協(xié)同的方法，前期投送解毒除臭劑及活水劑等產(chǎn)品，通過釋放新生態(tài)氧、提高氧化還原電位和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)系統(tǒng)，將長鏈大分子降解為小分子，后期投放靶向微生物，由靶向微生物菌群降解，達(dá)到長效修復(fù)，水生態(tài)重建的目的。

3.1 水體處理前后總磷的對(duì)比分析

3.1.1 解毒除臭和水質(zhì)還清

通過小試初步確定材料計(jì)量和實(shí)施步驟，根據(jù)實(shí)際水域情況和下池水體水質(zhì)檢測情況進(jìn)行調(diào)整。依照初步試驗(yàn)確定的時(shí)間間隔和步驟，采用水上自動(dòng)投送平臺(tái)，將解毒除臭劑和活水劑等材料按照設(shè)定深度投送到水體中。各點(diǎn)位處理前后的總磷檢測情況及不同水深總磷的去除率見圖3、圖4。

圖3 各點(diǎn)位TP處理前后對(duì)比

圖4 各點(diǎn)位不同水深TP的去除率

從圖3可以看出， 5個(gè)點(diǎn)位在同一水深和每個(gè)點(diǎn)位的不同水深TP數(shù)值是不同的，整個(gè)水域TP的分布是不均的；隨著水深增加TP數(shù)值也逐漸增大，深水污染程度高于表層。

從圖4可以看出，TP的去除率隨著水深的增加而增大，說明產(chǎn)品投送是均勻而有效的，未受到水深影響。TP的去除率表層、深1m和深2m分別為47.73%～61.7%、58%～61.7%和61.82%～69.23%，說明該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)降低TP是有效的，接近Ⅲ類地表水的TP標(biāo)準(zhǔn)值。

3.1.2 投入靶向微生物

投入靶向微生物的目的是生化協(xié)同降解污染物，激活水體中有益菌，達(dá)到長效修復(fù)作用。投放靶向微生物制劑前后各點(diǎn)位總磷變化情況及不同水深總磷的去除率情況見圖5～圖10。

圖5 1號(hào)點(diǎn)位TP變化曲線

從圖5～圖9的曲線可以看出，不同點(diǎn)位、不同水深TP的變化規(guī)律是相同的，隨著時(shí)間增長前期指標(biāo)稍有增大外，TP隨時(shí)間增長而減??；表層的指標(biāo)比深水

圖6 2號(hào)點(diǎn)位TP變化曲線

圖7 3號(hào)點(diǎn)位TP變化曲線

圖8 4號(hào)點(diǎn)位TP變化曲線

圖9 5號(hào)點(diǎn)位TP變化曲線

圖10 各點(diǎn)位不同水深TP去除率

的指標(biāo)低，同一時(shí)間的空間上，TP從表層到水下3m指標(biāo)逐漸增大，水深的地方指標(biāo)高，與水體中溶解氧含量及微生物代謝的環(huán)境有關(guān)。TP的分布是不均勻的，在同一深度不同點(diǎn)位的TP指標(biāo)有所不同。

從圖10可以看出除2號(hào)點(diǎn)位，TP的去除率隨深度增大而降低，2號(hào)點(diǎn)隨深度增加曲線峰值TP值相對(duì)較大，曲線終端值相近，所以去除率隨深度增大而增大；1點(diǎn)、3點(diǎn)、4點(diǎn)、5點(diǎn)位深度1m的去除率高外，均隨深度增大去除率降低，也即表層去除率高。1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)、4點(diǎn)和5號(hào)點(diǎn)位TP去除率范圍分別為45.45%～73.33%、47.83%～66.67%、53.85%～74.19%、41.94%～62.50%和36.11%～58.82%。

由于抽水蓄能電站的運(yùn)行，下池庫區(qū)水位經(jīng)常變動(dòng)，受水體交換影響，前期已將長鏈大分子變?yōu)樾》肿?，釋放新生態(tài)氧，投入菌群后微生物需要適應(yīng)環(huán)境，所以初期兩天TP的指標(biāo)有所增加，隨靶向微生物代謝作用增強(qiáng)，TP指標(biāo)逐漸降低。

3.2 總氮的變化

3.2.1 解毒除臭與水質(zhì)還清

在水體中投放解毒除臭產(chǎn)品后，各點(diǎn)位總氮量及不同水深下總氮的去除率情況發(fā)生了相應(yīng)變化，見圖11、圖12。

圖11 各點(diǎn)位TN處理前后對(duì)比

圖12 各點(diǎn)位不同水深TN的降解率

從圖11可以看出，試驗(yàn)前水域不同點(diǎn)位和同一點(diǎn)位不同深度的TN濃度大致相同。從圖12可以看出，投入產(chǎn)品后各點(diǎn)位以及同一點(diǎn)位不同深度TN濃度均有不同程度降低，表層、水深1m和2m降解率分別為50.19%～57.87%、37.93%～60.13%和33.19%～58.82%，說明該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)深大水體或大水域降低TN是可行的，且效果明顯。

3.2.2 投加靶向微生物菌群

在水體中投放靶向微生物制劑后，各點(diǎn)位不同水深總氮量與不同水深下總氮的降解率發(fā)生了相應(yīng)變化，見圖13～圖18。

圖13 1號(hào)點(diǎn)TN變化曲線

圖14 2號(hào)點(diǎn)TN變化曲線

圖15 3號(hào)點(diǎn)TN變化曲線

圖16 4號(hào)點(diǎn)TN變化曲線

圖17 5號(hào)點(diǎn)TN變化曲線

圖18 不同點(diǎn)位不同深度TN降解率

從圖13—圖17的曲線可以看出，不同點(diǎn)位、不同水深TN的變化規(guī)律是相同的。各點(diǎn)位均于8月9日出現(xiàn)濃度最高點(diǎn)，然后時(shí)間增長而不斷降低，曲線上凸形，說明投加靶向微生物對(duì)各點(diǎn)位TN的降解是有效的。

從圖18可以看出，除3號(hào)點(diǎn)位外，1、4、5各點(diǎn)位均呈現(xiàn)出表層TN降解率高于其他水深的降解率，雖然2號(hào)點(diǎn)位的深層TN降解率略高于表層，綜合來看，表層TN降解率應(yīng)高于其他水深。3號(hào)點(diǎn)位深1米的TN降解率高于其他水深的TN降解率。總的趨勢是TN的降解率隨深度增大而降低。1、2、3、4、5點(diǎn)位的降解率范圍分別為51.46%～72.46%、43.72%～59.85%、61.28%～77.62%、54.86%～69.06%和31.62%～72.08%，說明靶向微生物菌群對(duì)降低TN效果明顯。

4 結(jié) 語

研究表明：“三步法”水體除臭、還清工藝和方法對(duì)大水深水體或大中型水庫污染治理技術(shù)上可行，便于實(shí)施且效果明顯。在不考慮水位和水體交換影響的前提下，投放解毒除臭劑和活水劑等微生物制劑對(duì)各點(diǎn)位不同水深TP 的去除率47.73%～69.23%，對(duì)TN的降解率33.19%～60.13%；靶向微生物菌群對(duì)各點(diǎn)位不同深度TP的去除率36.11%～74.19%，對(duì)TN的降解率31.62%～77.62%。

建議對(duì)大水深水體或大中型水庫進(jìn)行污染綜合治理前，應(yīng)調(diào)查和擁有水文、河相、進(jìn)出水量及污染源等數(shù)據(jù)資料，均勻布置投料位置和檢測點(diǎn)位，治理水域盡可能全水域進(jìn)行，便于更好制定方案。