邓文澜

(上海博优测试技术有限公司，上海 201108)

1 引言

河道黑臭严重影响了生态环境和周边居民的身心健康。导致河道黑臭的2个重要原因是水体富营养化和河流底泥污染[1,2]。根据修复原理的不同，污染河道水体修复技术可分为生物、化学及物理3大类[3]。物理法主要指通过曝气或者引水换水的方法增加水体溶解氧等[4]。曝气复氧需要通过风机向河水中曝气，因此存在运行成本较高等问题；引水换水具有见效快的特点，但对于水力停留时间长、初期雨水未得到截留的半封闭水体而言，依然存在长效管理困难的局限性[5]。污染水体的化学处理方法主要有絮凝沉淀、氧化剂氧化及底泥污染物掩蔽等方法[6,7]。化学法一般用于河道突发污染事件，一般通过沉淀或者化学氧化的方式将污染物从水体去除，但化学法使用成本较高、长效管理难，并易对环境造成二次污染。污染水体的生物治理是指利用微生物对水体中的污染物进行降解或者利用特定的植物对水体中的污染物进行吸收转化[8]，该措施一般还辅以生态护坡、修建人工湿地、重塑浅滩、修复水边湿地沼泽地森林、修复池塘等处理手段，但尽管这类技术对于缓流水体修复具有效果好、运行成本较为低廉的优点，然而也存在较易受到底泥污染物浓度高时影响植物生长、暴雨及来水水质冲击等问题[9]。可见，如何选择既可以有效地清除或者减弱河流底泥中有机物对河水的污染，又能对污染河水进行治理的技术是需要慎重考虑的。

微生物修复与植物联合修复的方法是污染河道水体常见的修复技术[10]，但该技术适用范围有限。对于底泥厚度大及底泥污染物浓度高、水体发生黑臭且某些河段水深达2.0 m以上的水体，其环境条件难以支持沉水植物的生长；而常见的浮岛技术，则因对污染物去除有限，适用性较差。本文以上海某黑臭河道治理为目标，不以植物修复为主，而是结合目前引水、换水工程措施下，采用微生物活性激发和生物过滤等联用的技术对污染河道水体进行修复。

2 修复河流污染情况分析

2.1 河流形态分析

污染河流长度约1100 m，河流断面呈倒梯形，河底宽约8 m，平均水深为2.5～2.8 m。该河流不仅可为周边小区提供生态景观作用，而且承担着该区域生活小区的雨水泄洪功能。

2.2 水质情况

表1 修复前河道水体水质 mg/L

2.3 河道污染成因分析

该河流共流经2个小区，因此不可避免地会有部分小区居民的生活污水直接排入河道。降雨时，初期雨水中污染物浓度较高，这部分雨水不能及时地排入雨水管网而直接进入河流。因此，该河道水体水质指标差，污染严重的主要原因有以下几点：

(1)河流流经区域住户较多，居民排放的生活污水会有部分直接进入河流，而引起河流污染。

(2)河道附近居民和餐饮店较多，直接进入河流的初期雨水中污染物的含量较多。

(3)该河流常年处于静止状态，进入河道的悬浮物质在河道底泥中累积，这些沉积在底泥中的悬浮物质在底泥的缺氧环境中得不到完全降解，即在降解过程中会不断向河水中释放污染物[11]，而引起河流污染。

(4)河水静止导致河水缺少流动复氧，河水中溶解氧常年低于2 mg/L，从而导致河水水质恶化。

3 污染河道修复技术方案

微生物修复与植物联合修复的方法是污染河道水体常见的修复技术[12]，然而，该技术适用范围局限。对于底泥厚度大及底泥污染物浓度高、水体发生黑臭且某些河段水深达2.0 m以上的水体，其环境条件难以支持沉水植物的生长；而常见的浮岛技术，则因对污染物去除有限，适用性较差。因此，本方案将不以植物修复为主，而是结合目前引水、换水工程措施下，采用土著微生物活性激发并与曝气生物过滤等联用的技术对污染河道进行修复。具体工艺流程如图1所示。

图1 水体修复工艺路线

3.1 底泥原位稳定

通过人工向河道中投加生物激发剂，通过该激发剂激发河道底泥中微生物的活性，加快底泥中微生物对底泥中有机污染物的降解。此外，生物激发剂中的无机组分可将底泥中可溶性的氮、磷转化为不溶态，消除了底泥中氮、磷对河水的污染。

3.2 生物曝气过滤系统

本工程采用开放式生物曝气过滤系统，将生物曝气过滤装置置于河道中，使河道水体从过滤床内部和顶部通过，因此，该生物曝气过滤系统不会影响河道原有的功能。河道内水体经过生物曝气过滤系统后，水体中的悬浮物被截留，同时水体中的有机物通过微生物被部分降解。

3.3 水利推流系统

此外，在河道中还增加了水利推流系统，不仅可以改变河水的静止状态，增加河水的流动速度，而且可以通过水利搅动将河水定向导入生物过滤系统，加快了河水的净化过程。

4 工程实施情况

项目的具体实施主要分为2个阶段，分别为生物激发剂投加和生物曝气过滤系统的安装，具体情况如下。

4.1 生物激发剂投加及推流系统的安装

通过人工投加的方式将生物激发剂直接投加至河道中，运用人工手段，在河水中混入生物激发剂，通过该激发剂激发河道底泥中微生物的活性，加快底泥中微生物对底泥中有机污染物的降解。此外，生物激发剂中的无机组分可将底泥中可溶性的氮、磷转化为不溶态，消除了底泥中氮、磷对河水的污染。生物激发剂首次投加时间在2021年4月，第二次投加在2021年5月，总共投加2次。同时在2021年5月安装了水利推流系统，不仅可以改变河水的静止状态，增加河水的流动速度，而且可以通过水利搅动将河水定向导入生物过滤系统，以加快河水的净化过程。

4.2 曝气生物过滤系统的安装

如图2所示，在河流的一端安装了曝气生物过滤系统。河道水体从滤床内部和顶部通过，水体中的悬浮物被截留在过滤系统中，同时水体中的有机物通过微生物被部分降解，从而使水体得到净化。

图2 生物曝气过滤系统实物装置

5 污染河道治理结果与分析

5.1 水体水质指标变化分析

图3 修复过程中及TP浓度的变化

5.2 水体水质评价分析

为进一步了解河道水质的具体变化情况，采用水污染指数法对水体水质进行进一步的评价。以水质单因子评价法为基础，采用内插方法计算水体水质的水污染指数(Water Pollution Index, WPI)[13]。WPI的计算公式如式(1)、式(2)所示，I～V类水质限值时，采用式1计算WPI值；水质劣于V类水时，采用式2计算WPI值，并采用最高WPI值作为水体水质评价参数[14,15]。WPI值与水质类别对应表如表2所示[16]。

表2 WPI值与水质类别对照

[C(i)-Ci(i)]

(1)

(2)

式(1)、(2)中，C(i)为第i个评价指标的浓度值；

Ci(i)为第i个评价指标的下限标准浓度值；Ch(i)为第i个评价指标的上限标准浓度值；WPIl(i)为第i个评价指标下限浓度值所对应的指数值；WPIh(i)为第i个评价指标上限浓度值所对应的指数值；WPI(i)为第i个评价指标所对应的指数值；C5(i)为第i个评价指标的Ⅴ类标准限值。

计算得到原黑臭水体(2020年12月份)、第一次投加生物激发剂(2021年4月份)、第二次投加生物激发剂(2021年5月份)及增加生物曝气系统后(2021年7月份)河水水质的最高WPI值，如图4所示。由图4可知，修复前，河道水体属于黑臭水体，第一次投加生物激发剂后，WPI值从425迅速降低至155，河道水体水质为劣Ⅴ类，第二次投加生物激发剂后，WPI值进一步降低至115，但仍为劣Ⅴ类水体，增加生物曝气系统后，WPI值降低至86，河道水体水质为Ⅴ类水。

图4 修复过程中WPI值的变化过程

6 结论