钱昌平、王东奇、陈振楼、黄民生、吴琳琳

(华东师范大学资源与环境科学学院 上海 200062)

摘要:从微生物、水生植物净化修复、生物生态工程技术等方面,综述了生物修复技术在黑臭河道治理中的研究进展,为持续治理黑臭河道提供有价值的参考。我国的河流。

关键词:生物学; 生态; 修复技术; 河流污染; 黑色气味

CLC 分类号:X522 文档识别码:A 文章编号:1000-3770(2009)04-013-05

城市河流黑臭主要是水体过度污染造成供氧与耗氧失衡的结果。 在水体缺氧甚至厌氧条件下,污染物发生转化,产生氨氮、硫化氢、挥发性有机酸等恶臭物质以及铁、锰。 硫化物等黑色物质。 生活污水是造成城市河道黑臭的最常见和主要污染源。 其他污染源包括:生活垃圾、有机工业废水、合流管网溢流污水、污水厂尾水、畜禽养殖场粪便污水等。消除城市河道黑臭,改善城市水环境质量极为重要。对于保障城镇居民健康、促进社会和谐和经济可持续发展具有现实意义。

生物修复是指利用特定生物体吸收、转化、去除或降解环境污染物,使受污染的环境部分或完全恢复到原来状态的生物措施。 目前,污染水体的修复技术主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。 生物修复技术具有环境友好、生态节能等优点,是最有前途的主要修复技术。 本文总结了城市黑臭河道治理中常用的几种生物修复技术,以期为我国正在进行的城市黑臭河道治理提供有价值的参考。

1 水生生物修复基础技术

1.1 微生物强化纯化

用于处理黑臭水体的微生物修复主要有三种类型:一是直接向受污染的河水中添加一种或多种经过培养和筛选的微生物菌株; 另一种是在受污染的河水中添加微生物生长促进剂(营养物质),促进“本土”微生物的生长[1]; 三是生物膜技术。

生物强化技术实际上是一种添加外源微生物的技术,已广泛应用于水产养殖、农业等领域。 在水体中添加一定量的微生物制剂,可以加速水体中污染物的降解,增强水体的自净功能[2]。 我国城市水环境治理中,使用的微生物菌剂主要有美国的Clear-Flo系列微生物、LLMO(Liquid liveMicrobis)生物活性液、日本的Effectivemicrobial(EM)、日本的光合细菌等。中国。 (光合细菌,PSB)、硝化细菌等,取得了一定的处理效果。 上海市水务部门采用水下充氧与引入微生物相结合的方式对西双泾河进行治理,实现了黑臭的全面消除[3]。 上海宇蕾环境生物科技有限公司利用“东江放线菌”修复苏州河底泥,效果明显。 此外,放线菌对枣河黑臭水体也有良好的治理效果[4]。 采用生物复合酶污水净化器修复黑臭水体。 对水体黑臭污染物去除率较高,可提高水体的复氧功能,消除水体黑臭[5]。

生物促生长技术促进自然界污染物降解者——本土微生物的生长,创造一个能够顺利完成自然降解功能的环境[6],增强污染环境的自净能力,加速去除有机污染物。污染物。 分解。

利用生物促生长技术,取得了上海奥塘、遂塘河、遂宁河、广州朝阳涌、古寮涌、上海静安公园、南京总统府公园等城市河湖治理的众多成功案例。

生物膜技术是指使一群微生物以薄膜的形式粘附在某些载体的表面。 通过与污水接触,生物膜上的微生物将污水中的有机物作为营养物质摄取并同化,从而净化污水。 从国内外具体工程实例来看,生物膜技术在中小河流净化中具有净化效果好、管理方便等优点。 针对我国目前环保设施建设资金短缺、技术落后、废水处理率低,且大部分城市地区污水废水仍呈分散、溢出、渗透或汇入周围水体的情况,生物膜技术已在我国中小河流广泛应用。 在综合修复中具有广阔的应用前景。

1.2 水生植物净化

水生植物净化法利用水生植物的自然净化原理来净化污水,减少污染负荷。 利用水生植物净化水质是利用其消化吸收污染物的能力和承受一定环境胁迫的能力来实现的[7]。 然而,水生植物有其自身的耐受极限。 如果水质过度恶化超过限度,水生植物将无法生存。 [8]因此,在黑臭河道治理中,由于水质条件极其恶劣,在选择植物品种时必须进行一定的预培养试验。 一般大型水生植物分为挺水植物、沉水植物、浮水植物和浮叶植物。 植物,其中水葫芦、香蒲、水芹、莎草、水葱、莎草等水生植物对黑臭河道有明显的净化作用[9]。 以操控水生植物为主的修复技术目前广泛应用于生态浮床或生态浮岛、人工湿地和水生植物氧化池等。 生态浮床或生态浮岛以水生植物为主体,应用无土栽培技术原理,以能漂浮于水面的材料为载体和基质,采用现代农艺和生态工程措施,将无土植物综合集成。水面种植技术。 它运用物种间共生关系的原理,充分利用水体的空间生态位和营养位,建立高效的人工生态系统,以减少水体的污染负荷。 目前,国内已有不少采用生态浮床技术的示范项目。 采用生态浮床修复技术治理福州市白马支流。 河中设置了面积2 352 m 2 的浮岛。 浮岛上种植着近40种植物,还栖息着多种昆虫、两栖动物和鸟类。 实验河每天排放污水约5000吨。 进水BOD 5 为80~120mg·L -1 。 处理后的BOD 5 小于11mg·L -1 。 旧臭味已经消失。 基本消失[10]。

人工湿地净化污水的研究始于20世纪70年代末[11]。 在人工湿地技术的应用中,所选择的水生植物的抗污染和净化性能是该技术能否适当发挥其治污效能的关键。 主要净化原理有:接触沉淀、水生植物根系对氮磷的吸收、土壤反硝化、土壤中矿物质的吸附和离子交换等[12]。 蒋跃平利用人工湿地治理水体富营养化,发现植物对氮、磷的去除率分别贡献了46.8%和51%。 德国采用水平流和垂直流湿地芦苇床系统处理富营养化水体中​​的营养盐(N、P等),并进行了比较。 结果表明,90%以上的有机污染和N、P等污染被去除[13]。 加拿大地下芦苇床湿地系统在植物生长旺季平均TN去除率为60%,TKN为53%,TP为73%,磷酸盐平均去除率为94%[14]。 采用英国芦苇床垂直流中试系统处理高氨氮废水,平均去除率达93.4%[15]。 日本为渡良濑水库修建的人工芦苇湿地,不仅显着改善了水库水质,还恢复了水体的生物多样性。 深圳石岩河人工湿地显着降低了污水污染物含量[16]。 它们不仅用于处理生活污水,还开始用于处理工业废水、硫化合物和重金属[17-19]。

2 综合生态工程修复技术

2.1 河流曝气与生态净化

河流曝气生态净化系统以水生生物为主体,适当人工曝气为辅,建立人工模拟生态处理系统,有效降解水体中的污染负荷,改善或净化水质。 它是人工净化和生态净化的结合。 工艺。 河流曝气生态净化系统的氧气主要来源包括人工曝气复氧、大气复氧以及水生生物通过光合作用转移部分氧气。 利用曝气生态净化系统,在黑臭河道中形成细菌、真菌、霉菌、藻类、原生动物、后生动物、地栖动物、原水动物等多种微生物和水生动物共存的复杂生态系统。 动物等通过各类微生物和水生生物之间的物理吸附、生物吸收、生物降解以及功能协同作用去除污染物,并形成食物链,达到去除污染物的目的。 该技术自20世纪60年代以来已在一些国家使用。例如英国泰晤士河[20]、德国

柏林[21]和美国哈姆伍德河[22]均安装了曝气和再曝气装置,水质得到明显改善。 上海市环境科学研究院对苏州支流新泾港进行水体曝气复氧生物修复试验后,黑臭水体基本消除。

2.2 污水稳定池(氧化池)处理技术

稳定塘(氧化塘)处理技术利用重力沉淀、微生物分解转化、水生动植物吸收等作用来净化被污染的河水。 在美国称为稳定池,我国习惯称为氧化池。 稳定池塘国内外已有多年的研究和实践。 目前,在原有稳定塘技术的基础上,开发了许多新型池塘和组合式稳定塘技术,如美国先进的综合稳定塘[23-24]、我国的串联结构一体化生物塘、生物氧化池对黑臭水体处理效率高。 在黑臭水体预处理的基础上,通过底泥生物氧化、水体充氧、水体生态修复等技术手段对河道进行生物修复,可有效消除水体黑臭,提高自净能力河流水体状况得到改善。

2.3 生物砂修复技术

生物围栏是按照生态学原理和强化水质净化要求而构建的近自然水环境治理和生态修复装置[25]。 生物围栏技术是生态修复技术之一。 它利用植物、微生物、水生动物、底栖动物等生态要素的协同效应,实现生态修复功能,在有限的空间内丰富巨大的生物量。 实现快速高效的处理效果[26]。 生物屏障系统具有由植物根系和组合填料形成的巨大表面积,对固体物质、胶体物质、NH 3 -N等具有一定的沉降、拦截和吸附作用。黄民生等。 等对两类生物屏障在上海黑臭富营养化中小河流治理中的应用进行了实验和实践研究,取得了良好效果[27]。

2.4 多功能河流生态工程修复

多功能河流生态工程修复是将城市河流设计成具有多种自然景观和生物群落、景观与净化功能并存的河流净化系统。 它是利用多功能河流净化水中污染物的生态工程技术[28]。 近年来,生态河流的概念逐渐开始被人们接受。 生态河岸防护工程是生态河流建设的关键。 自然护岸主要是利用种植植被来保护河堤,提升城市自然景观,为人们提供放松身心、亲近自然的好去处。 多功能河流生态工程修复技术最早于20世纪80年代末兴起于瑞士、德国等国家,后于90年代在日本迅速发展。 这种生态工程污水净化技术常采用有效附着或固定微生物的载体来代替混凝土护坡,并有效利用河流中的可用空间培育水生生物,以确保河流有效净化水中的污染物。

2.5 底泥生物氧化技术

沉积物生物修复是通过定向扩增本土微生物,就地大量繁殖本土微生物,利用本土微生物、各种电子受体、共代谢底物等生物氧化组合技术生产药物,直接利用靶向给药技术对沉积物进行生物修复。将药物注入河道沉积物表面,对黑臭河道沉积物进行生物氧化,可有效降低沉积物的有机物含量和耗氧率,提高沉积物对上覆水体的生物降解能力,促进沉积物中微量营养素和藻类的释放。 增长[29]。 例如,在广州市朝阳涌治理中,采用底泥生物修复,有效减轻了河流的污染负荷,增强了河流的自净能力[30]。 冯启修利用河流底泥接种专业培养基,研发出高效底泥生物氧化配方,制成复合制剂,可促进河流底泥氧化层的形成,强化底泥分解有机污染物的能力,沉积物对上覆水体的影响。 生物氧化能力也逐渐增强[31]。

3 生物生态联合修复技术

由于黑臭水体污染条件复杂,单一的修复方法往往无法达到预期效果[32]。 雷恒逸采用底泥曝气、底泥稳定、本土微生物活化三种技术相结合,通过氧化底泥中的硫化物、稳定底泥中的重金属和磷、修复底泥和水体微生物来消除河道黑臭。 33]。 金成祥将曝气增氧技术、微生物净水技术、植物净化技术和生物促生长技术相结合,应用于上海市中心区黑臭水体的污染治理和生态修复。 黑臭水体COD净化率可达80%。 BOD 5 和NH 3 -N可达到90%左右,可实现黑臭水体生态系统的快速恢复[34]。 熊万勇采用曝气生物池和人工湿地相结合的生物生态组合技术,基本消除了福州白马支流的黑臭。 近一年的监测结果表明,该系统净化效果良好,能够达到景观水的水质目标[35]。

在苏州河支流睢宁河治理中,通过曝气和复氧联合应用,添加高效微生物菌剂和生物促长液,以及水生植物的放养等,河水中的臭味已被消除。 河道分区监测结果证实,单一工程措施的处理效果不如组合技术[27]。 利用生物氧化池进行预处理后,通过底泥生物氧化、水体生物修复、河流生态修复等技术,广州市古寮涌黑臭水体得到有效治理[36]。 采用厌氧生物膜床结合水生植物池工艺处理温州北山河黑臭河水,COD高达1 550 mg·L -1 。 不仅黑臭彻底消除,而且河水具有一定的自净能力[5]。 采用人工曝气、稳定塘、模拟天然河道、渗滤坝净化、湿地、水生植物等物理-生物-生态技术相结合的组合工艺,对清河下游污染水体进行治理,有效去除污染物。水中的有机物。 污染和黑臭[37]。 利用底泥曝气、底泥稳定、本土微生物活化等综合技术,基本消除了污染严重的潮汐河道黑臭现象[33, 38]。

根据目前河口的污染状况,河道附近的低洼池塘以及人工曝气与生态湿地相结合的工艺可以有效去除水中的有机物和黑臭[39]。

4 展望

生物修复技术已广泛应用于城市黑臭河道治理,但其本身是一个极其复杂的系统工程。 此外,目前我国小河流域污染状况较为严重。 在借鉴国外成功治理经验的基础上,笔者认为,今后生物修复技术在城市河道黑臭治理中的应用需要注意以下问题。

黑臭水体治理首先要因地制宜。 只有根据水污染的实际情况,结合一定的物理和化学修复技术,才能实施有效的生物修复措施。 同时,应加强原位生物修复与异位生物修复相结合的生物修复技术试验,探索有效的城市河道黑臭治理通用修复技术。 城市黑臭水体属于重度污染水体。 选择进行生物修复的微生物、植物或水生动物的特性是决定其污染控制的关键。 因此,加强高效生物物种的筛选和开发是该领域的重要任务。

目前,尚缺乏城市河道黑臭治理过程中生物修复技术的运用对整个区域环境的影响和风险评估。 在今后的工作中,应加强生物修复技术利用的区域环境生态风险评估方法、评价标准和评价体系的研究。

参考:

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