城市河流污染治理与原位修复技术探讨
  

城市河流污染治理与原位修复技术探讨

中国环境学会  2011年 03月31日


  李晓粤1  奚健2
  (2.河北工程技术高等专科学校,河北 沧州 061001,2.上海巨景生物科技有限公司,上海 201702)


  摘要:随着城市的经济发展和人口的增长,大量的生活污水和工业废水排入河道,污染了城市水环境,产生了巨大危害性,日益引起社会关注。目前所采取的传统河流治理方法耗资巨大,污染容易复发,是典型的资金推动型治理措施,而原位生物修复技术是河流水质治理领域中非常具有生命力的技术。本文重点介绍了生物复合酶污水净化剂的作用机理及工程实践。
  关键词:城市河流,污染治理,原位生物修复,生物复合酶
   
  城市河流是我国水环境的重要组成部分,是广大城市居民生活生产的水资源基础,也在社会经济发展中发挥着巨大的作用。由于人类的工农业生产及生活产生的大量废水和固体废弃物等随处堆放、任意排入城市河道中,严重污染河流水质,超过河流的环境容量,污染的河流反过来影响着人们的身体健康和生产生活供水。目前,城市河流问题突出表现为水质恶化乃至黑臭、水生态严重退化甚至破坏、堤岸人工化、河流形态几何化、城市水灾频发、河流景观极大伤害,成为我国水环境污染中的重灾区。对受污染的河流进行修复,已成为社会经济发展及生态环境建设的迫切需要。


  城市河流往往是整条河流的某一河段,作为自然流域的一部分,它参与整个水文循环过程。城市河流的污染源以点污染为主,但由于污染源数量多、密度高,彼此既相独立,又互联成网,虽以点污染形式出现,实际上形成与河系相应的网络状面污染。与非城市化地区相比,城市河流的污染十分严重。我国目前所采取的传统河流治理方法耗资巨大,污染容易复发,是典型的资金推动型治理措施,大量的投资都花在工程建设上,很少带动起新的高科技环保技术的诞生。而生物修复技术则是最具发展前景的主体修复技术。生物修复技术是利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)吸收、转化、清除或降解环境污染物,实现环境净化、生态效应恢复[1,2]。目前,生物修复技术被划分原位生物修复和异位生物修复两种。原位生物修复技术是在受污染区域直接进行污染水体的原位处理,不需要搬运或输送污染水体(包括底泥和岸边受污染的土壤),直接采用微生物、酶与载体的自固定化技术对污染水体就地处理的净化处理。此类技术在保证原有水体功能的同时实现了水质的净化处理,为被污染的水体提供了一个可靠的、卓有成效的修复方法,具有治理费用低、环境无影响、最大程度降解污染等特点。异位生物修复则需把污染介质(土壤、水体)搬动或输送到它处进行生物修复处理[3]。针对城市河流污染的特点和治理技术工程实施的可行性,采用原位生物修复技术更具经济和技术合理性。本文将重点介绍生物复合酶污水净化剂在城市河流污染治理及原位生物修复技术领域的开发及应用。


  1.生物复合酶污水净化剂作用机理


  1.1 生物复合酶污水净化剂产品特征
  生物复合酶污水净化剂是一种含多种生物酶、表面活性剂以及多种营养元素的液态修复剂,在美国去除河流黑臭中应用很多。上海巨景生物科技有限公司在引进美国高科技公司研发生产的生物复合酶技术产品基础上,自主研发了相关的应用技术及配套设施,从而在中国形成了一流的水环境保护生物修复治理技术体系。该技术可以克服传统治理的诸多不足,采用“原位修复、标本兼治”的治理方法,不但可以使水质迅速达标而且同时还使被治理过的水质可以不断自检并保持清洁的功能。此项技术的主要产品包括:
  (1)生物复合酶(BZ)
  生物复合酶是一种结合多种酶类、非离子型表面活化剂、蛋白质和无机营养物的生物激活剂,它通过激活和提高土著微生物种群的生理活性,增强水体的自净能力,促进水环境良性生态系统的建立,从而改善水体。由于它不含任何菌体,是生物酶的组合体,所以具有以下特点:
  ①一步脱去氨氮、亚硝基氮、硝基氮。
  ②分解不溶于水的油性污染物和其它水溶性物质中的碳。
  ③原位处理,迅速降低COD、BOD5、氨氮等污染指标,恢复水生生物多样性。
  ④快速有效地促进污染水体由黑臭缺氧状态向良性富氧的生态系统转变。
  ⑤治理成本较低。
  ⑥无毒、无公害、绿色环保,不产生二次污染和污染物转移等环境问题。
  (2)生物水净化剂(WCA)
  生物水净化剂是一种含99%的芽孢杆菌的粉粒状微生物制剂,是一种无公害、无污染、无激素的绿色环保产品,它含有六种不同的细菌小种,能发挥氧化、氨化、硝化等作用,能将河道中的污秽物如有机污染物、过量氨氮等,进行生物性降解,消解有机废物,净化水质。该产品具有以下特点:
  ①消耗水藻生长所需氮源,抑制水藻形成,提高水体能见度。
  ②降解有机物,消除河道底部污泥、消除异味。
  ③将水中含氮有机物经分解及氮素的转化等反应使氨态氮、硝态氮减少,达到无臭味,提高水体自身净化能力。
 

  1.2 生物复合酶污水净化剂工作原理
  生物复合酶污水净化剂能刺激加速微生物的反应,促进污水中的大分子化合物分解成小分子化合物,同时释放出结合氧,增强水体复氧功能,这些简单化合物又很容易被微生物所利用,在有机物被降解的同时,又有利于细菌的多样性,提高细菌的活性和繁殖能力,达到一种微生态平衡。
  在大多数环境中存在着许多土著微生物进行的自然净化过程,但该进程很慢,其原因是溶解氧(或其它电子受体)、营养盐的缺乏,而另一个限制因子是有效微生物常常生长缓慢。生物复合酶可有效地刺激和加速自然的生物反应,激发土著微生物的活性,加速微生物的生长和繁殖,同时对浮游生物和环境无害。从而可以快速有效地促进受污染水体向良性生态系统演替,使得水体中的DO得以恢复,COD、BOD5、NH3-N等污染指标迅速下降,水体的黑臭、异味现象得以快速消除。生物复合酶还可有效地促进有机物在水体中乳化和溶解,直接攻击水体中污染物。生物复合酶不仅能够应用于好氧环境,也可应用于厌氧环境,水体中无机还原性物质主要有H2S、HS-、FeS2 等,在生物复合酶的催化作用下,硫细菌将还原性物质氧化,从氧化中获取能量。


  1.3 生物复合酶污水净化剂治理目标及适用条件
  采用生物复合酶污水净化剂对污染水体进行原位生物修复的方法是:根据污水库容量和污染物总量以及外源生活污水和工业废水的排放量确定生物复合酶的投加剂量和投加方式,其工作流程包括:考察污染水体,分析污水库容量和污染物总量,制定修复计划、确定生物复合酶投加剂量和投加方式的工作流程;建立操作平台,确定进入修复强化期、修复巩固期和修复维护期的工作流程。该技术分期治理治理目标为:
  (1)第一年修复强化期。消除水体黑臭,清除水体油污,根除水体富营养化,通过治理的原水体可以用于城市景观用水、工业用水和农业用水。同时消除河道底泥黑臭,快速培养底栖生物群,恢复生物多样化,为底泥恢复其活性打下了基础。使河道的水质主要指标达到Ⅲ—Ⅳ类水标准。
  修复强化期分三个阶段来实施:①强化治理阶段,需持续工作2至3个月的时间,根据水质污染程度不同,每天投加生物复合酶,加速降解河道水体及底泥中有机物的分解,转化无机营养盐;在此基础上,对水体进一步修复;②调整修复阶段,需持续工作3至4个月的时间,每周投加生物水净化剂;③平稳修复阶段,需持续工作6个月的时间,根据水体的变化不定时地投加生物复合酶与生物水净化剂,投加量根据水质变化的实际情况控制其用量。维护底泥及水体中微生物的活性及有效生物量。
  (2)第二年修复巩固期。使底泥恢复活性,达到河道自净能力。在治理水体中培养了大量的原始生物,使水体进入了一个良性循环状态。无需人为的种植水生动植物。
  (3)第三年修复维护期。巩固上述各项成果,维护好上述各项指标。
  该公司研发的生物复合酶污水净化剂产品的优点是:通过恢复水体的自净能力来治理污水,恢复自然生态环境;由于生物复合酶不含微生物,对水体无毒,因而生态风险低;修复中无需人工曝气,无需再调配修复剂,现场操作简单,无需复杂昂贵的仪器;综合治理费用低,适合于城市缓流型、封闭型黑臭河道或富营养化河道、以及大面积受污染水域的环境治理。


  2.生物复合酶在城市河流污染治理及修复中的应用


  从2003年开始上海巨景生物科技有限公司采用生物复合酶技术先后对全国数十个省市黑臭、富营养化、蓝藻暴发河流进行了生物治理,连续五年对北京城市河流,奥运主要场所水环境进行修复,均得到当地政府,专家一致好评,取得了较好的效果。
 

  2.1 北京市小月河生物修复治理工程 

  北京市小月河横贯通往08奥运场馆的多条主干道,小月河的水质好坏将关系国际形象。小月河治理段河道长5880米,正常库容7.3万立方米,最大水域面积11万平方米,此河段平时无清水汇入,水体流动性较差,水质一般为劣Ⅴ类,氨氮达到65.6,高锰酸盐指数达到35.6。上游段暗沟出口水体呈黑、灰色,异味较重。
  经过90天的生物治理后,黑臭消除,水质指标恢复——氨氮降为0.23,高锰酸盐指数降为6.9;治理后河流黑臭消除、能见度提高,表观恢复。小月河治理前后水质变化情况见表2-1。

 

治理前(07.6.14

治理后(07.9.6

 

 

 

 

1

pH

7.7

9.1

2

氨氮

65.6

0.23

3

高锰酸盐指数

35.6

6.9

4

总磷

6.59

0.36

5

总氮

70.4

12.0

6

叶绿素

0.2184

0.03276

   
  
  2.2 北京市西护城河(二热闸—大观园)生物修复治理工程 

  北京市西护城河(二热闸—大观园)河段全长约3688米,水域面积12.9万平方米,水体容量13万立方米。治理前,水体呈现严重黑臭现象,每天有一定量的生活污水排入该段河道,白纸坊桥中游COD最高达906。
  经过40多天的治理,水体黑臭现象基本消除,水质改善明显,白纸坊中游COD降低至109,河道的生态系统结构显著改善。西护城河治理前后水质变化情况见表2-2。

 

治理前(05.6.17

治理后(05.8.1

1

pH

7.4

7.3

2

COD

906

109

3

氨氮

4.33

11.5

4

总磷

5.11

1.25

5

叶绿素

0.31668

0.01638

   
  2.3北京市西土城河生物治理水体修复底泥治理项目
  西土城河段全长约3800米,水域面积5.7万平方米,水体容量9.52万立方米,最大容量11.1万立方米。该河段上游污水较多,污染物长期的超负荷排放,使得水体呈黑灰色,淤泥疏松呈黑色,并伴有恶臭,治理后底泥恢复活性呈灰白色。
  2005年北京水务专家委员会对该公司采用生物复合酶污水净化剂治理北京黑臭水体与防止水华的技术进行了鉴定,会上对该项成果经济效益(每立方米治理价)的论证结论是:在北京用传统的治水方法(把黑臭水抽掉,污泥挖掉填埋,再补清水)每吨水的治理费126元人民币,而采用该公司该项治理技术,每吨水治理费用比传统治理方法要节约90%以上。


  3.结论


  中国目前所采取的传统河流治理方法耗资巨大,而且污染容易复发,应加强城市河流原位生物修复技术的科研和实践工作,并敦促河道管理部门积极实践和采用生物修复的新技术,摆脱高投入低效益的现状,使城市河流迅速走出污染困境具有重要的意义。
  利用生物复合酶污水净化剂治理污染的城市河流,由于生物修复作用,治理后河流中的有益细菌大量繁殖,有机物含量逐渐降低,藻类逐渐增多,以细菌和藻类为饵料原生动物也大量繁殖,食物链中各种生物与它们的生存环境之间通过能量转移和物质循环,保持生态平衡。同时复合酶激活了土著微生物,内循环供氧系统机能得到了有效开发和利用,溶氧随着紫外光线的强弱和时间的变化而增加或减少,为河流的自净提供了必要的保障,有效地促进了受污染河流向良性生态系统的演替。
  生物复合酶作为辅助手段甚至核心技术在黑臭河流的治理和底泥修复中的推广应用前景广阔,而且在河流的藻类控制、水产养殖、污染底泥原位修复的应用中有很好的效果。利用生物复合酶污水净化剂对已严重污染的河道进行原位生物修复是安全、经济、合理和长效的,并且符合我国的国情和国力。
   
  参考文献:
  [1] 周怀东,彭文启.水污染与水环境修复[M].化学工业出版社.2005:185-191
  [2] 张甲耀等.生物修复技术研究进展[J].应用与环境生物学报.1996.2(2):193—196
  [3] 孙铁珩,周启星.污水生态处理技术体系与展望.院士论坛.24卷4期
  [4] 董哲仁,曾向辉.受污染水体的生物-生态修复技术[J].水利水电技术.2002.33(2):1-3
  [5] ranald M1Atlas.Bioremediation of petroleum biodegradation.Bio.Sci.1995,45(5):332~338
  作者简介 李晓粤(1965-),女,满族,1986年毕业于河北师范大学地理系,硕士学位,现就职于河北工程技术高等专科学校,教授,(联系地址)河北工程技术高等专科学校水利系,(邮编)061001,(电子信箱)lixiaoyue1965@263.net
   

 
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