摘 要：探究黑臭河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，降低黑臭水體對(duì)生態(tài)環(huán)境和居民帶來(lái)的不利影響，改善城市水環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。本文以曲靖市某黑臭水體治理項(xiàng)目為例，采用生態(tài)浮島水體凈化技術(shù)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)探究了傳統(tǒng)生態(tài)浮島及新型生態(tài)浮島對(duì)黑臭水體中各項(xiàng)污染物質(zhì)的去除效果。結(jié)果表明，隨著生態(tài)浮島運(yùn)行時(shí)間增加，黑臭水體的pH先升高后降低，DO濃度逐漸升高。與傳統(tǒng)生態(tài)浮島相比，新型生態(tài)浮島對(duì)COD、TP、TN及NH4+-N的去除效果更顯著。

關(guān)鍵詞：黑臭水體；生態(tài)修復(fù)技術(shù)；生態(tài)浮島技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X 52" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，城市污水排放量逐漸增加，許多城市的河道水體出現(xiàn)了嚴(yán)重的黑臭問(wèn)題[1]。黑臭水體是指河道水體出現(xiàn)異味、污濁、富營(yíng)養(yǎng)化和藻類(lèi)爆發(fā)等問(wèn)題[2]，黑臭水體的形成和持續(xù)存在是由多種復(fù)雜因素引起的，包括工業(yè)廢水排放、城市污水排放、生活垃圾傾倒、土地利用變化、氣候變化等[3]。

為了解決河道黑臭問(wèn)題，許多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了研究和實(shí)踐工作，張玲玲等[4]以重度黑臭河道為例，采用兩階段的原位生態(tài)修復(fù)方法，經(jīng)過(guò)近4個(gè)月的治理，COD、NH3-N和TP去除率分別為45%，98%和85%以上。陳麗娜等[5]提出了一系列工程方案，以確保項(xiàng)目實(shí)施后能夠消除水體黑臭問(wèn)題并恢復(fù)城市良性生態(tài)系統(tǒng)。盛倩等[6]以福州市某黑臭河道治理項(xiàng)目為例，結(jié)合實(shí)際水域特點(diǎn)分段采取生態(tài)修復(fù)措施，提出有效的水質(zhì)提升辦法。

在現(xiàn)有研究中，缺乏既能凈化水質(zhì)又能修復(fù)生態(tài)環(huán)境的黑臭水體修復(fù)技術(shù)，基于此，本文根據(jù)曲靖市農(nóng)村黑臭水體治理項(xiàng)目，對(duì)生態(tài)浮島技術(shù)在凈化黑臭水體中的應(yīng)用進(jìn)行研究，研究成果可為城市水環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 工程概況

本研究以曲靖市某黑臭水體治理項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目治理范圍內(nèi)包括25條黑臭水體。本項(xiàng)目涉及的黑臭水體位于珠江流域，流量小、流速較緩，是當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活用水的主要來(lái)源。河流沿線多為村莊，農(nóng)田臨近河流，河流緩沖帶較窄。周邊排污口的黑臭水體主要為居民生活污水和垃圾處理場(chǎng)滲濾液。

2 試驗(yàn)材料與方法

生態(tài)浮島凈化黑臭水體技術(shù)通過(guò)建造人工浮島或浮動(dòng)濕地，利用植物和微生物生態(tài)系統(tǒng)來(lái)改善污染嚴(yán)重的水體，其原理是通過(guò)浮島上的植物吸收廢水中的養(yǎng)分和有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)微生物在根系和水中進(jìn)行生物降解，從而凈化水體。浮島還可為鳥(niǎo)類(lèi)和水生生物提供棲息地，促進(jìn)生態(tài)平衡恢復(fù)，改善水質(zhì)和水體異味，實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性治理。為對(duì)比傳統(tǒng)生態(tài)浮島與新型生態(tài)浮島對(duì)黑臭水體的凈化效果及作用機(jī)制的差異，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)置兩組生態(tài)浮島，其中傳統(tǒng)生態(tài)浮島采用相同比例的陶粒和火山灰，將其覆蓋率控制為20%，記作D1，新型生態(tài)浮島采用等比例的陶粒火山灰并添加彈性立體填料，控制其覆蓋率為20%，記作D2。將80L黑臭水體放置在容積為100L的塑料水箱中進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比兩組浮島的凈化效果，黑臭水體水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

試驗(yàn)總觀測(cè)時(shí)間為30d，每隔1d對(duì)水體進(jìn)行取樣并測(cè)定各指標(biāo)的濃度，水體測(cè)定指標(biāo)包括DO、TP、COD、TN、pH、NO2--N、NO3--N、NO3-N。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 pH、DO變化

黑臭水體pH變化如圖1所示，觀察圖1可知，黑臭水體的pH隨著試驗(yàn)時(shí)間增加呈現(xiàn)先升高后逐漸降低的趨勢(shì)，由于生態(tài)浮島中的微生物和水生植物會(huì)通過(guò)光合作用吸收二氧化碳，產(chǎn)生氧氣，提高了水體中的氧氣含量，促進(jìn)了水中的氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致水體中的氧氣濃度上升，從而提高水體的氧化性，因此pH升高。生態(tài)浮島中的微生物和水生植物會(huì)吸收水體中的有機(jī)物質(zhì)和氨氮等污染物質(zhì)，降低了水體中的有機(jī)物質(zhì)濃度和酸性物質(zhì)的濃度，pH升高。隨著生態(tài)浮島運(yùn)行時(shí)間增加，微生物代謝產(chǎn)物積累，氧氣供應(yīng)不足導(dǎo)致水體中的還原反應(yīng)增加，逐漸降低了水體的氧化性，最終導(dǎo)致pH呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖2是試驗(yàn)過(guò)程中黑臭水體中DO濃度變化，從圖2中可以看出，隨著試驗(yàn)時(shí)間的持續(xù)增加，黑臭水體中DO濃度逐漸上升。由于生態(tài)浮島內(nèi)的水生植物和微生物群落逐漸適應(yīng)了環(huán)境，并開(kāi)始積極進(jìn)行光合作用和生物降解有機(jī)廢物，初始階段，水體中的有機(jī)物質(zhì)和廢棄物較多，消耗了大量的溶解氧，因此導(dǎo)致DO濃度較低。然而，隨著時(shí)間的推移，水生植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，微生物降解廢物也減少了有機(jī)物的含量，從而水體中的DO濃度升高，表明采用生態(tài)浮島技術(shù)可有效改善黑臭水體的水質(zhì)。因?yàn)橛袡C(jī)廢物在缺氧的條件下會(huì)發(fā)生腐敗，釋放出惡臭氣味，所以水體中DO濃度降低體將會(huì)導(dǎo)致惡臭現(xiàn)象，說(shuō)明生態(tài)浮島中水生植物可以抑制水體中藻類(lèi)的爆發(fā)。

3.2 COD及TP降解效果

圖3是黑臭水體中COD濃度隨生態(tài)浮島運(yùn)行時(shí)間的變化趨勢(shì)，由圖3可知，D1及D2兩組生態(tài)浮島凈化的黑臭水體中COD濃度隨著運(yùn)行時(shí)間的推移呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，原因包括生態(tài)浮島技術(shù)利用懸浮在水體中的微生物群落，特別是藻類(lèi)和細(xì)菌，來(lái)分解和代謝水中的有機(jī)物質(zhì)，隨著生態(tài)浮島技術(shù)運(yùn)行時(shí)間的增加，微生物群落逐漸適應(yīng)了水體中的環(huán)境條件，并提高了其生物降解能力；生態(tài)浮島技術(shù)還提供了友好的生態(tài)環(huán)境，增加了水體中生物的多樣性，進(jìn)一步促使有機(jī)物質(zhì)降解。在試驗(yàn)結(jié)束后，采用D1和D2浮島凈化的水體中的COD濃度分別為43±2mg/L和24±1mg/L，去除率分別為77.6%和97.6%。與傳統(tǒng)浮島相比，新型浮島對(duì)黑臭水體中COD的去除率提高了約20%。與傳統(tǒng)生態(tài)浮島，相比新型生態(tài)浮島引入了彈性立體填料，這些填料具有較大的表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，為微生物提供了更多的附著表面，有助于形成生物膜和利于微生物生長(zhǎng)，提高了水體中COD的降解能力，使更多的COD有機(jī)物質(zhì)可以被微生物分解，從而改善了黑臭水體的水質(zhì)，使其去除效率比傳統(tǒng)浮島更高。

黑臭水體中的TP濃度變化如圖4所示，由圖4可知，隨著生態(tài)浮島運(yùn)行時(shí)間增加，水體中TP濃度逐漸降低，生態(tài)浮島上的濕地植被具有強(qiáng)大的吸附能力，可以吸附水體中的磷元素，從而降低了水中的TP濃度。其次，浮島上的微生物群落可以分解有機(jī)廢物和氮磷化合物，降低水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，進(jìn)一步凈化水質(zhì)。浮島減少了水體中底泥懸浮物和懸浮物沉積，從而改善了水體的透明度和水質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)束后，在D1生態(tài)浮島黑臭水體中，TP含量約為0.27mg/L，D2組TP含量為0.11±0.05mg/L，對(duì)TP的去除率達(dá)到93.05%，表明新型生態(tài)浮島對(duì)TP的降解效果優(yōu)于傳統(tǒng)生態(tài)浮島。

3.3 NH4+-N、TN、NO3--N和NO2--N降解效果

圖5是黑臭水體在凈化過(guò)程中NH4+-N和TN的濃度變化，從圖5可以看出，在試驗(yàn)結(jié)束后，兩組生態(tài)浮島對(duì)NH4+-N和TN均有顯著的去除效果，生態(tài)浮島上生長(zhǎng)的水生植物具有出色的吸收能力，能夠吸收水體中的NH4+-N并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，從而降低NH4+-N的濃度，浮島上的微生物群落可以分解有機(jī)物質(zhì)，降解TN，使其更易被水體中的生物吸收和利用。浮島本身的構(gòu)造提供了生態(tài)位，為水體中的微生物和植物提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)一步去除氨氮和總氮。當(dāng)運(yùn)行時(shí)間為30d時(shí)，D1組水體的NH4+-N濃度約為4.36mg/L，TN濃度約為5.97mg/L，去除率分別為73.37%和67.42%，D2組水體NH4+-N濃度為1.96±0.17mg/L，TN濃度為2.67±0.05mg/L，去除率分別為87.88%和84.63%，表明新型生態(tài)浮島對(duì)NH4+-N和TN的降解效果更顯著。D2組TN濃度的降低速率明顯快于D1組。

黑臭水體中NO2--N和NO3--N的濃度變化如圖6所示，由圖中數(shù)據(jù)可知，D1組NO2--N和NO3--N濃度隨著運(yùn)行時(shí)間增加均沒(méi)有明顯變化，在D2組中，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，NO2--N濃度呈現(xiàn)先升高再降低后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，NO3--N濃度呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)，在D2組中，NO2--N和NO3--N的濃度均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。由于彈性立體材料及基質(zhì)為微生物的生長(zhǎng)提供了附著點(diǎn)與生長(zhǎng)環(huán)境，因此使NH4+-N濃度降低和NO2--N濃度升高，同時(shí)，硝化作用導(dǎo)致NO3--N濃度有所升高。

4 結(jié)論

本研究基于曲靖市某黑臭水體治理項(xiàng)目，對(duì)傳統(tǒng)及新型生態(tài)浮島技術(shù)對(duì)黑臭水體中各水質(zhì)指標(biāo)的降解效果進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。1）隨著生態(tài)浮島運(yùn)行時(shí)間增加，黑臭水體pH呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，DO濃度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。2）新型生態(tài)浮島對(duì)COD及TP降解效果均優(yōu)于傳統(tǒng)生態(tài)浮島，對(duì)COD和TP的去除率分別為97.6%和93.05%。3）與傳統(tǒng)生態(tài)浮島相比，新型生態(tài)浮島對(duì)NH4+-N和TN的降解效果更顯著，去除率分別為87.88%和84.63%，隨著生態(tài)浮島運(yùn)行時(shí)間增加，采用傳統(tǒng)生態(tài)浮島凈化的水體NO2--N和NO3--N濃度沒(méi)有明顯變化，采用新型生態(tài)浮島技術(shù)的水體總體上NO2--N和NO3--N濃度呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]畢遠(yuǎn)新，苗航，王惠杰，等.基于孢子黏附功能的大型海藻生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[J].水生生物學(xué)報(bào)，2022，46（2）：160-167.

[2]孫磊，馬巍，吳金海，等.城市黑臭水體治理進(jìn)展及水利措施研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2021（8）：23-28.

[3]戴有華，吳丹，金文忻，等.河道黑臭水體原位修復(fù)無(wú)人船設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2021，42（6）：202-207.

[4]張玲玲，特日格樂(lè)，李婧男，等.超微氣泡富氧+生物活化技術(shù)在黑臭水體治理中的工程應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2020，38（11）：66-71，156.

[5]陳麗娜，黃志心，白健豪，等.微納米曝氣—微生物活化技術(shù)在黑臭水體治理中的應(yīng)用[J].給水排水，2019，55（12）：18-23.

[6]盛倩，陳惠珍，黃志心，等.城市黑臭水體水質(zhì)提升技術(shù)及應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2019，35（20）：72-77.