基于一体化修复设备的府河底泥原位修复技术

2022-01-06霍兴阳张家兴孙红林宋绚臻李九智

农业工程 2021年10期

霍兴阳，杨星，张家兴，孙红林，宋绚臻，李九智

(华北地质勘查局五一九大队，河北保定071000)

0 引言

府河是白洋淀尤其是西部淀区主要污染来源，府河水质状况直接关系白洋淀水质安全。府河下游河段底泥淤积严重，底泥持续释放污染物，导致府河下游水质较差，为改善府河水质，需要对府河河道底泥进行治理。项目工程范围内，有光缆横穿府河河道，位于河底，为保护现状河道下光缆安全，避免清淤开挖造成光缆破损。在现状管线位置上下游各20 m范围内，禁止使用机械设备，避免破损光缆，故对于污染底泥采用原位生态的修复方式进行治理。

1 底泥原位生态修复技术

1.1 技术介绍

底泥原位生态修复是一个综合系统工程，其原理在于恢复河流的原有生态系统，通过人工辅助建立生态环境，诱导土著微生物回归，通过生物的生长与代谢分解转换污染物质，当原生动物相继生成，污染物质会持续降解，原有的微生态环境逐步恢复[1-2]。通过向目标水体及底泥交界处投加经过筛选和驯化可降解污染物的微生物菌剂降解底泥中污染物，强化微生物对底泥中污染物的分解消纳作用，促进了底泥有机物的降解及氮磷元素的固定，以达到改善水体及底泥生境，降低污染物浓度的目的[3-4]。本项目采用一体化修复设备来实现底泥原位生态修复的目的。

1.2 一体化修复设备介绍

针对府河底泥原位生态修复项目，自主研发出一体化集成设备，该设备是集过滤、曝气增氧、生物菌剂投加和生物挂膜等功能于一体化的调控设备。通过物理过滤(砂石、活性炭、沸石)、曝气增氧、复合微生物菌剂投放(光合细菌、乳酸菌、酵母等)和生物挂膜等多种工艺的组合利用，能够实现对污染水域水体和底泥的原位修复(图1)，改善微生物种群结构，完善微观生态系统，优化水生态环境，从根本上解决水体污染问题[5]。本装置实现局部水域的水体循环，实现对水体的过滤、增氧；对底泥的活化、改良，改善微生物栖息环境，完善微观生态系统。

图1 一体化设备原理

一体化修复装置为组合式设备，每套设备由3种子装置组成，分别为生物催化箱、组合填料箱和诱导反应箱。可根据河道形态、流域大小等实际情况随时调整各个子装置的大小、形状、数量等，便于拆卸，灵活性高。

一体化修复设备的核心为微生物修复。微生物修复技术的关键在于如何保障和增强微生物的修复效率[6]。调节底泥机理：好氧时以芽孢杆菌、硝化细菌等好氧型活菌为主，对底泥进行改良，将难分解的大分子物质分解成可利用的小分子物质，产生多种有机酸、酶、生理活性等物质及其他多种容易被利用的养分，抑制有害菌、病原菌等有害微生物的的生长繁殖；厌氧时以光合细菌、乳酸菌、酵母菌等厌氧菌为主，能够分解大分子有机物，去除水体中的氨、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质[7]。其过程以酶促反应为基础，通过土著微生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为催化剂，净化污水、分解底泥、消除恶臭，在修复中期通过实验室筛选出土著微生物中的高效有益菌群，进行特定的扩繁、调控，从而迅速提高污染水体中的有益土著微生物的浓度，在短期内提高污染物的降解速率[8]。

2 一体化设备应用及结果分析

2.1 一体化设备应用

考虑到府河上游来水量大，军用光缆段底泥实行区域治理，首先在沿着水流的方向上将试验段河道一分为二，河道中央采用帆布围挡将河道划分，整个帆布将治理区水域隔成相对独立的单元，降低流速，减小流量，保证治理范围内水体相对静止，为后续底泥修复提供良好的环境[9]。在水流较缓的一侧安装一体化设备，其安装示意如图2所示，现场设备照片如图3所示。

图2 一体化设备安装示意

图3 一体化设备现场

2.2 设备应用结果分析

府河光缆试验段位于河北省保定市安新县安州断面处，试验段长约30 m，水面宽度平均为30 m，水深约3 m。针对此试验段水面、水质等参数，一体化修复设备采用一组式，即生物催化箱、组合填料箱、诱导反应箱各1个。设备内部主要机电参数如表1所示。

表1 主要机电设备参数

2020年6月15日开始进场治理，至9月15日治理期结束，后期还有2年的维护期。经过3个月的围挡分段原位治理，项目范围内府河底泥表观治理效果明显改善，污染底泥层(A层)厚度基本消减灭失，底泥性状由稀浆—软流塑状，黑色底泥改善为软塑状，黄—灰黑色底泥，效果理想。治理前后底泥对比如图4所示。

图4 治理前后底泥对比

治理前后底泥检测数据如表2所示。经过本次治理，底泥中总磷由1 163 μg/g降低至748 μg/g，削减比例为35.68%；总氮由2 156 μg/g降低至891 μg/g，削减比例为58.67%；有机质由6.54%降低至1.66%，削减比例为74.62%；同时，重金属含量也有不同程度的削减，底泥得到明显改善。