河道黑臭水体生态修复技术研究——以曲靖市某黑臭水体治理为例.pdf

中国新技术新产品2024 NO.4（上）-116-生 态 与 环 境 工 程随着城市化和工业化进程的不断加速，城市污水排放量逐渐增加，许多城市的河道水体出现了严重的黑臭问题1。黑臭水体是指河道水体出现异味、污浊、富营养化和藻类爆发等问题2，黑臭水体的形成和持续存在是由多种复杂因素引起的，包括工业废水排放、城市污水排放、生活垃圾倾倒、土地利用变化、气候变化等3。为了解决河道黑臭问题，许多学者已经进行了研究和实践工作，张玲玲等4以重度黑臭河道为例，采用两阶段的原位生态修复方法，经过近 4 个月的治理，COD、NH3-N 和TP 去除率分别为 45%，98%和 85%以上。陈丽娜等5提出了一系列工程方案，以确保项目实施后能够消除水体黑臭问题并恢复城市良性生态系统。盛倩等6以福州市某黑臭河道治理项目为例，结合实际水域特点分段采取生态修复措施，提出有效的水质提升办法。在现有研究中，缺乏既能净化水质又能修复生态环境的黑臭水体修复技术，基于此，本文根据曲靖市农村黑臭水体治理项目，对生态浮岛技术在净化黑臭水体中的应用进行研究，研究成果可为城市水环境的改善和可持续发展提供科学指导。1 工程概况本研究以曲靖市某黑臭水体治理项目为例，该项目治理范围内包括 25 条黑臭水体。本项目涉及的黑臭水体位于珠江流域，流量小、流速较缓，是当地生产生活用水的主要来源。河流沿线多为村庄，农田临近河流，河流缓冲带较窄。周边排污口的黑臭水体主要为居民生活污水和垃圾处理场渗滤液。2 试验材料与方法生态浮岛净化黑臭水体技术通过建造人工浮岛或浮动湿地，利用植物和微生物生态系统来改善污染严重的水体，其原理是通过浮岛上的植物吸收废水中的养分和有机物质，同时微生物在根系和水中进行生物降解，从而净化水体。浮岛还可为鸟类和水生生物提供栖息地，促进生态平衡恢复，改善水质和水体异味，实现环境可持续性治理。为对比传统生态浮岛与新型生态浮岛对黑臭水体的净化效果及作用机制的差异，通过室内试验设置两组生态浮岛，其中传统生态浮岛采用相同比例的陶粒和火山灰，将其覆盖率控制为20%，记作 D1，新型生态浮岛采用等比例的陶粒火山灰并添加弹性立体填料，控制其覆盖率为 20%，记作 D2。将 80L黑臭水体放置在容积为 100L 的塑料水箱中进行试验，对比两组浮岛的净化效果，黑臭水体水质检测结果见表 1。试验总观测时间为 30d，每隔 1d 对水体进行取样并测定各指标的浓度，水体测定指标包括 DO、TP、COD、TN、pH、NO2-N、NO3-N、NO3-N。3 试验结果分析3.1pH、DO 变化黑臭水体 pH 变化如图 1 所示，观察图 1 可知，黑臭水体的 pH 随着试验时间增加呈现先升高后逐渐降低的趋势，由于生态浮岛中的微生物和水生植物会通过光合作用吸收二氧化碳，产生氧气，提高了水体中的氧气含量，促进了水中的氧化还原反应，导致水体中的氧气浓度上升，从而提高水体的氧化性，因此 pH 升高。生态浮岛中的微生物和水生植物会吸收水体中的有机物质和氨氮等污染物质，降低了水体中的有机物质浓度和酸性物质的浓度，pH 升高。随着生态浮岛运行时间增加，微生物代谢产物积累，氧气供应不足导致水体中的还原反应增加，逐渐降低了水体的氧化性，最终导致 pH 呈现下降趋势。图 2 是试验过程中黑臭水体中 DO 浓度变化，从图 2 中可以看出，随着试验时间的持续增加，黑臭水体中 DO 浓度逐渐上升。由于生态浮岛内的水生植物和微生物群落逐渐适河道黑臭水体生态修复技术研究以曲靖市某黑臭水体治理为例冯杰（上海金铎禹辰水环境工程有限公司，上海 201400）摘 要：探究黑臭河道生态修复技术对恢复河流生态系统的健康状态，降低黑臭水体对生态环境和居民带来的不利影响，改善城市水环境和可持续发展至关重要。本文以曲靖市某黑臭水体治理项目为例，采用生态浮岛水体净化技术，通过室内试验探究了传统生态浮岛及新型生态浮岛对黑臭水体中各项污染物质的去除效果。结果表明，随着生态浮岛运行时间增加，黑臭水体的 pH 先升高后降低，DO 浓度逐渐升高。与传统生态浮岛相比，新型生态浮岛对 COD、TP、TN 及 NH4+-N 的去除效果更显著。关键词：黑臭水体；生态修复技术；生态浮岛技术中图分类号：X52文献标志码：A表 1 水质检测结果检测指标pHCODDOTPTNNH3-N浓度（mg/L）6.937.26811030.931.461.221.9415.1622.0613.2118.13平均值（mg/L）7.06961.331.5218.1615.04标准差（mg/L）0.1611.650.140.063.232.11中国新技术新产品2024 NO.4（上）-117-生 态 与 环 境 工 程应了环境，并开始积极进行光合作用和生物降解有机废物，初始阶段，水体中的有机物质和废弃物较多，消耗了大量的溶解氧，因此导致 DO 浓度较低。然而，随着时间的推移，水生植物通过光合作用产生氧气，微生物降解废物也减少了有机物的含量，从而水体中的 DO 浓度升高，表明采用生态浮岛技术可有效改善黑臭水体的水质。因为有机废物在缺氧的条件下会发生腐败，释放出恶臭气味，所以水体中 DO 浓度降低体将会导致恶臭现象，说明生态浮岛中水生植物可以抑制水体中藻类的爆发。3.2 COD 及 TP 降解效果图 3 是黑臭水体中 COD 浓度随生态浮岛运行时间的变化趋势，由图 3 可知，D1 及 D2 两组生态浮岛净化的黑臭水体中 COD 浓度随着运行时间的推移呈现降低趋势，原因包括生态浮岛技术利用悬浮在水体中的微生物群落，特别是藻类和细菌，来分解和代谢水中的有机物质，随着生态浮岛技术运行时间的增加，微生物群落逐渐适应了水体中的环境条件，并提高了其生物降解能力；生态浮岛技术还提供了友好的生态环境，增加了水体中生物的多样性，进一步促使有机物质降解。在试验结束后，采用 D1 和 D2 浮岛净化的水体中的 COD 浓度分别为 432mg/L 和 241mg/L，去除率分别为 77.6%和 97.6%。与传统浮岛相比，新型浮岛对黑臭水体中 COD 的去除率提高了约 20%。与传统生态浮岛，相比新型生态浮岛引入了弹性立体填料，这些填料具有较大的表面积和孔隙结构，为微生物提供了更多的附着表面，有助于形成生物膜和利于微生物生长，提高了水体中 COD 的降解能力，使更多的 COD 有机物质可以被微生物分解，从而改善了黑臭水体的水质，使其去除效率比传统浮岛更高。黑臭水体中的 TP 浓度变化如图 4 所示，由图 4 可知，随着生态浮岛运行时间增加，水体中 TP 浓度逐渐降低，生态浮岛上的湿地植被具有强大的吸附能力，可以吸附水体中的磷元素，从而降低了水中的 TP 浓度。其次，浮岛上的微生物群落可以分解有机废物和氮磷化合物，降低水体中的营养物质含量，进一步净化水质。浮岛减少了水体中底泥悬浮物和悬浮物沉积，从而改善了水体的透明度和水质。试验结束后，在 D1 生态浮岛黑臭水体中，TP 含量约为 0.27mg/L，D2组 TP 含量为 0.110.05mg/L，对 TP 的去除率达到 93.05%，表明新型生态浮岛对 TP 的降解效果优于传统生态浮岛。3.3 NH4+-N、TN、NO3-N 和 NO2-N 降解效果图 5 是黑臭水体在净化过程中 NH4+-N 和 TN 的浓度变化，从图 5 可以看出，在试验结束后，两组生态浮岛对NH4+-N 和 TN 均有显著的去除效果，生态浮岛上生长的水生植物具有出色的吸收能力，能够吸收水体中的 NH4+-N 并将其转化为有机氮，从而降低 NH4+-N 的浓度，浮岛上的微生物群落可以分解有机物质，降解 TN，使其更易被水体中的生物吸收和利用。浮岛本身的构造提供了生态位，为水体中的微生物和植物提供了适宜的生长环境，进一步去除氨氮和总氮。当运行时间为 30d 时，D1 组水体的 NH4+-N 浓度约为4.36mg/L，TN 浓度约为 5.97mg/L，去除率分别为 73.37%和67.42%，D2 组水体 NH4+-N 浓度为 1.960.17mg/L，TN 浓度为 2.670.05mg/L，去除率分别为 87.88%和 84.63%，表图 2 黑臭水体 DO 浓度变化图 3 黑臭水体中 COD 浓度变化图 1 黑臭水体 pH 变化COD浓度/（mg/L）DO浓度/（mg/L）pH值中国新技术新产品2024 NO.4（上）-118-生 态 与 环 境 工 程明新型生态浮岛对 NH4+-N 和 TN 的降解效果更显著。D2 组TN 浓度的降低速率明显快于 D1 组。黑臭水体中 NO2-N 和 NO3-N 的浓度变化如图 6 所示，由图中数据可知，D1 组 NO2-N 和 NO3-N 浓度随着运行时间增加均没有明显变化，在 D2 组中，随着运行时间增加，NO2-N 浓度呈现先升高再降低后趋于稳定的趋势，NO3-N浓度呈现先升高后降低再升高的趋势，在D2组中，NO2-N和NO3-N 的浓度均呈现升高趋势。由于弹性立体材料及基质为微生物的生长提供了附着点与生长环境，因此使 NH4+-N浓度降低和 NO2-N 浓度升高，同时，硝化作用导致 NO3-N浓度有所升高。4 结论本研究基于曲靖市某黑臭水体治理项目，对传统及新型生态浮岛技术对黑臭水体中各水质指标的降解效果进行研究，得出以下结论。1）随着生态浮岛运行时间增加，黑臭水体 pH 呈现先升高后降低的趋势，DO 浓度呈现逐渐升高的趋势。2）新型生态浮岛对 COD 及 TP 降解效果均优于传统生态浮岛，对 COD 和 TP 的去除率分别为 97.6%和 93.05%。3）与传统生态浮岛相比，新型生态浮岛对 NH4+-N 和 TN 的降解效果更显著，去除率分别为 87.88%和 84.63%，随着生态浮岛运行时间增加，采用传统生态浮岛净化的水体 NO2-N和 NO3-N 浓度没有明显变化，采用新型生态浮岛技术的水体总体上 NO2-N 和 NO3-N 浓度呈现升高趋势。参考文献1 毕远新，苗航，王惠杰，等.基于孢子黏附功能的大型海藻生态修复技术研究 J.水生生物学报，2022，46（2）：160-167.2 孙磊，马巍，吴金海，等.城市黑臭水体治理进展及水利措施研究 J.中国农村水利水电，2021（8）：23-28.3 戴有华，吴丹，金文忻，等.河道黑臭水体原位修复无人船设计 J.中国农机化学报，2021，42（6）：202-207.4 张玲玲，特日格乐，李婧男，等.超微气泡富氧+生物活化技术在黑臭水体治理中的工程应用 J.环境工程，2020，38（11）：66-71，156.5 陈丽娜，黄志心，白健豪，等.微纳米曝气微生物活化技术在黑臭水体治理中的应用 J.给水排水，2019，55（12）：18-23.6 盛倩，陈惠珍，黄志心，等.城市黑臭水体水质提升技术及应用 J.中国给水排水，2019，35（20）：72-77.图 4 黑臭水体中 TP 浓度变化图 5 黑臭水体中 NH4+-N 和 TN 浓度变化图 6 黑臭水体中 NO2-N 和 NO3-N 浓度变化/（mg/L）/（mg/L）COD浓度/（mg/L）