楊 壘 李 坤 劉 如

（安徽水利生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司 安徽蚌埠 233000）

引言

城市河道不僅是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，也對改善人居環(huán)境有著至關(guān)重要的作用，城市河道通常具有排澇防洪、人文景觀和生態(tài)環(huán)境等功能[1]。但是大部分城市的污水管網(wǎng)分布還不健全，雨污分流的功能有所欠缺，導(dǎo)致生活污水隨著雨水徑流進(jìn)入到河道水體，使化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）等污染物超出水體的自凈能力，造成河道水體污染，引起河流水質(zhì)惡化，出現(xiàn)富營養(yǎng)化、黑臭等污染現(xiàn)象[2]。河道水生態(tài)環(huán)境的惡化不僅令其失去了原有的生態(tài)功能和社會(huì)功能，阻礙了城市的正常發(fā)展，甚至嚴(yán)重影響到周圍居民的生活環(huán)境質(zhì)量和城市形象。通過全面改善城市河流水環(huán)境，有效控制水污染，使城市河流恢復(fù)原有的清澈水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)城市河流的環(huán)境功能和社會(huì)功能，已成為許多城市亟待解決的問題。

城市河道污水的治理與修復(fù)主要涉及生態(tài)、水利、環(huán)境等多個(gè)學(xué)科，且修復(fù)過程與河道流量、污染物種類及濃度、季節(jié)等多方面因素有關(guān)，因此河道治理是一項(xiàng)綜合且復(fù)雜的工程[3]。目前國內(nèi)外使用的河道污水治理技術(shù)主要包括：物理法，例如：截污分流、引水沖污、底泥疏浚、曝氣復(fù)氧等，物理方法通常具有見效快但是治標(biāo)不治本的特點(diǎn)；常見的化學(xué)法包括化學(xué)除藻、石灰脫氮、重金屬的化學(xué)固定等，化學(xué)方法需要添加一些化學(xué)試劑，容易造成二次污染等不良影響；生物法包括生物接觸氧化法、生態(tài)修復(fù)法、人工浮島技術(shù)、生態(tài)清淤技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)和人工濕地技術(shù)等[4][5]，生物法具有應(yīng)用范圍廣、環(huán)境友好但耗時(shí)長的特點(diǎn)；生物膜技術(shù)通常利用多種微生物附著于某些載體的表面，當(dāng)污水流經(jīng)附有膜的載體時(shí)，生物膜上的好氧、缺氧、厭氧等微生物攝取污水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)來源，從而降低污水中的污染物，目前用于河流治理的常見的生物膜技術(shù)是接觸氧化法。本項(xiàng)目采用的強(qiáng)化耦合生物膜技術(shù)（EHBR）是將氣體分離膜技術(shù)與生物膜法水處理技術(shù)結(jié)合起來的一種新型污水處理技術(shù)，其核心部分包括中空纖維膜和生物膜，其中生物膜中具備脫氮除碳除磷功能的優(yōu)勢菌群、普通好氧菌、硝化菌、亞硝化菌、反硝化菌和聚磷菌等多種菌群，膜組件安裝于河道內(nèi)，無需土建、池體施工，工程投資較少，具備操作成本低和膜曝氣效率高等優(yōu)點(diǎn)[6]（圖1）。

圖1 EHBR膜技術(shù)原理示意圖

在現(xiàn)代化城市和工業(yè)化快速發(fā)展的情況下，生活污水以及工業(yè)污水的產(chǎn)生量也在持續(xù)增加，由于城市污水管網(wǎng)分布的缺失，通過地表徑流排入河道的污水量也在不斷增多，為了更好地確保河道生態(tài)環(huán)境的健康，本項(xiàng)目以安徽省蚌埠市龍騰路明渠為研究對象，采用以EHBR 膜為核心的治理技術(shù)并定期對水體中COD、TN、NH3-N 和TP 等指標(biāo)進(jìn)行檢測，然后對數(shù)據(jù)結(jié)果跟蹤分析，以期給城市河道污水治理技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考價(jià)值。

1 方法與材料

1.1 河道概況

安徽省蚌埠市龍騰路明渠起點(diǎn)為龍湖西路閘站，終點(diǎn)為龍子湖。呈“L 型”，總長約950 米。采用復(fù)式斷面，渠底寬15m，渠頂寬26～29m；明渠常水位17.50m，洪水位19.00m，渠底標(biāo)高介于15.60～16.50m 之間，常水位時(shí)水深1.0～2.0m。此閘口通常封閉，每年5 月至9月汛期不定期開閘，其主要功能以排澇、泄洪為主。汛期上游需要開閘放水，上游來水主要為雨污合流水體，對明渠水體污染比較大，嚴(yán)重影響了周圍居民的日常生活。

1.2 研究方法

1.2.1 技術(shù)路線

本項(xiàng)目采用安徽川清清環(huán)境科技有限公司的EHBR膜技術(shù)為核心的治理技術(shù)，輔以上海GSA（德國）科技有限公司培養(yǎng)的初代益生菌與底泥消解菌。EHBR 生物膜內(nèi)含有多種氨氧化菌和反硝化菌。前者主要包括亞硝化單胞菌和古菌；后者主要包括厭氧反硝化菌（氫噬胞菌屬）、好氧反硝化菌（生絲微菌屬）和光能反硝化菌（紅桿菌屬;光合菌）、化能反硝化細(xì)菌（紅細(xì)菌屬），EHBR 生物膜細(xì)菌群落中囊括了大量未知菌屬，蘊(yùn)藏著復(fù)雜的污水降解和去除功能。根據(jù)水體污染原因和現(xiàn)狀調(diào)查，按照從源頭治理，長效維護(hù)的原則設(shè)計(jì)修復(fù)方案，對龍騰路明渠水質(zhì)情況采取“截污控源+強(qiáng)化耦合生物膜技術(shù)+生物菌群底泥消解技術(shù)+長效管理”的耦合技術(shù)。

（1）在閘口30-40 米處設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)攔污網(wǎng)，通過攔阻水面各種落葉、塑料袋、其它生活垃圾等漂浮物，并通過人工定期清理，有效解決水面垃圾，達(dá)到去除雜物、清潔河道的目的。

（2）在排澇后，采用德國GSA 初代益生菌進(jìn)行水體除臭，每開閘排澇需噴灑一次。GSA 益生菌處理原液以1:100 進(jìn)行稀釋，采用人工沿湖面“S”霧噴方式，達(dá)到消除異味的效果。

（3）自閘口到下游400 米的范圍內(nèi)布施84 組膜組件并安裝曝氣組件，平均間隔5 米一組（圖2）。

圖2 EHBR膜技術(shù)實(shí)物示意圖

（4）采用德國GSA 公司引進(jìn)的微生物菌群處理技術(shù)，以優(yōu)勢厭氧菌群為主，生物炭為菌群提供附著環(huán)境，通過厭氧菌群的生物食用習(xí)性，達(dá)到底泥的消解。按照每5 米梅花形投放至溝渠底部，能顯著提高TOC、TN、TP 的降解率，消除內(nèi)源污染的因素。

1.2.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

以龍騰路工程實(shí)際情況設(shè)定采樣測定位點(diǎn)，明渠主要污染區(qū)段為閘口至閘口下游600 米處，依據(jù)工程建設(shè)方案，設(shè)定采樣點(diǎn)分別為：閘口處、閘口下游50米、閘口下游100 米、閘口下游200 米、閘口下游400米和閘口下游600 米六個(gè)采樣點(diǎn)。

1.2.3 檢測指標(biāo)及方法

本項(xiàng)目治理過程中的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均來自委托安徽眾誠環(huán)境檢測有限公司進(jìn)行的河道水樣采集與檢測，檢測指標(biāo)及方法見表1。

表1 檢測指標(biāo)及方法

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)需氧量（COD）變化情況

化學(xué)需氧量（COD）是我囯水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)之一，其數(shù)值大小用以反應(yīng)水體污染情況。在明渠水體治理的過程中，隨著曝氣機(jī)的運(yùn)行，除了通過EHBR膜對有機(jī)物降解外，水體中溶解氧增加，促進(jìn)好氧微生物的生長，也刺激了水體中有機(jī)污染物的降解[7]。如圖3 所示，除了7 月7 日COD 監(jiān)測數(shù)據(jù)升高之外，其含量在監(jiān)測期內(nèi)總體呈現(xiàn)下降趨勢。研究表明隨著雨水徑流的匯入，受納水體的TP、TN、COD 等指標(biāo)濃度均有所增加，說明雨水徑流的匯入是造成水體污染物增加的主要原因[8][9]。因此，7 月7 日COD 含量出現(xiàn)明顯回升的現(xiàn)象，該現(xiàn)象可能是由于雨季暴雨沖刷，生活污水隨地表徑流進(jìn)入閘口，開閘泄洪攜帶外源污染物進(jìn)入河道，導(dǎo)致COD 含量短時(shí)間提高；9 月9 日比5 月20 日COD 含量平均降低了54.90%，COD 去除效果較明顯。但在閘口至下游600 米處，下游200 米COD 含量上升幅度最大，COD 含量為99.2mg/L，主要是由于此處是河道拐彎處，水流速度突然減緩，降低了污染物的稀釋能力。

圖3 化學(xué)需氧量（COD）變化情況

2.2 總氮（TN）含量變化情況

如圖4 所示，TN 含量變化趨勢與COD 相似，河道治理區(qū)域TN 含量總體呈現(xiàn)下降趨勢，9 月9 日比5 月20 日平均降低了93.77%，TN 去除效果顯著。但在7月7 日總氮含量明顯回升，一方面可能是由于雨季暴雨沖刷 攜帶外源污染物進(jìn)入河道，導(dǎo)致總氮含量短時(shí)間提高；另一方面是隨著溫度的升高，TN 的釋放量不斷增加[10]。閘口至下游600 米處，下游600 米含量上升幅度最大，主要由于此位置未布設(shè)EHBR 生物膜組件，且與生物因子相比，環(huán)境因子對N 的去除效果影響更大[11]。

圖4 總氮（TN）含量變化情況

2.3 氨氮（NH3-N）含量變化情況

2021 年5 月27 日EHBR 生物膜開始運(yùn)行，隨著EHBR 膜的穩(wěn)定運(yùn)行，NH3-N 的含量明顯降低，9 月9日比5 月20 日平均降低了92.64%，NH3-N 去除效果顯著。EHBR 生物膜內(nèi)含有多種氨氧化菌和反硝化菌，前者主要包括亞硝化單胞菌和古菌；后者主要包括厭氧反硝化菌（氫噬胞菌屬）、好氧反硝化菌（生絲微菌屬）和光能反硝化菌（紅桿菌屬，光合菌）、化能反硝化菌（紅細(xì)菌屬），這些菌群通過氨化作用、硝化作用和反硝化作用等方式能有效去除水體中的N，對NH3-N 的去除率高效且穩(wěn)定[12][13]。

圖5 氨氮（NH3-N）含量變化情況

2.4 總磷（TP）含量變化情況

在健康的水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中，所有的化學(xué)元素含量都是穩(wěn)定且有限的，水體中磷元素的增加會(huì)加劇藻類的生長發(fā)育。藻類的大量繁殖嚴(yán)重消耗水體中的溶解氧，造成水體富營養(yǎng)化。研究表明溫度對內(nèi)源磷的釋放有明顯影響，隨著環(huán)境溫度的不斷升高，沉積物釋磷量明顯增加[14]。王曉蓉[15]等研究發(fā)現(xiàn)溫度、pH、溶解氧含量以及沉積物都會(huì)影響磷的濃度。TP 值受溫度變化影響較大，隨著夏季溫度上升，TP 含量也呈上升趨勢，2021 年6 月16 日明渠TP 含量達(dá)到最高，平均值為0.33mg/L；9 月9 日比6 月16 日下降了31.27%。

圖6 總磷（TP）含量變化情況

3 結(jié)論

與處理前相比，通過增氧曝氣及EHBR 生物膜處理，監(jiān)測期內(nèi)化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）和總氮（TN）去除率分別為54.90%、92.64%和93.77%，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）》地表Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)具有良好的脫氮和去除有機(jī)物的能力。采用以EHBR 生物膜為核心的治理技術(shù)能有效改善城市河道污水水質(zhì)情況，在實(shí)際應(yīng)用中加強(qiáng)河道周邊污染源的控制，并合理運(yùn)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)與工程措施相結(jié)合的治理方式，可更好地促進(jìn)生態(tài)城市的發(fā)展。

結(jié)語

隨著城鎮(zhèn)化、新農(nóng)村建設(shè)等工業(yè)、企業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)污水與生活污水的復(fù)雜程度及排放量也與日俱增，但是大部分城市的污水管網(wǎng)并不健全，這些負(fù)面的影響對城市居民的生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。為了更好地解決上述問題，許多先進(jìn)的污水處理技術(shù)隨之涌現(xiàn)，并逐漸從原來的初級處理轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N技術(shù)方法的聯(lián)合應(yīng)用。

因此，在選擇污水處理技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際污水治理情況，針對現(xiàn)有和未來將出現(xiàn)的各種水質(zhì)問題，通過實(shí)施合理有效的水處理技術(shù)進(jìn)行處理和預(yù)防，盡量減少水污染造成的危害。生活在城市中的每個(gè)人都應(yīng)該保護(hù)環(huán)境，為營造更舒適更安全的生活環(huán)境貢獻(xiàn)自己的力量。