應(yīng)用微生物技術(shù)對城市黑臭河道進行生態(tài)修復(fù)的試驗研究

1、應(yīng)用微生物技術(shù)對城市黑臭河道進行生態(tài)修復(fù)的試驗研究衛(wèi)明1馮坤范2 趙政3 汪定華4 汪洋4 陸衛(wèi)安3張久蔚2游振輝2 朱向宇2摘要本文全面敘述了應(yīng)用微生物技術(shù)對長寧區(qū)新漁浦臨空經(jīng)濟園區(qū)黑臭河段進行生態(tài)修復(fù)的試驗研究方法、結(jié)果和分析。該工程的生態(tài)修復(fù)試驗自2002年3月起,至2004年9月止,歷時二年半。在試驗期間,受其上游周家浜調(diào)水污染沖擊月均一次,以及遭遇五次高負荷污染沖擊的條件下,水體黑臭消除,水質(zhì)指標改善,抗擊高污染負荷沖擊的彈性逐漸加強,水體遭受污染沖擊后的返清周期逐漸縮短。試驗結(jié)果證明應(yīng)用微生物技術(shù)對城市黑臭河道進行生物修復(fù),在技術(shù)上是切實可行的,同時,也證明了強化水生態(tài)系統(tǒng)的抗污染

2、負荷沖擊的彈性,以增強水體的自凈能力是水生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。這一試驗研究成果為上海在近階段無法完全截污的邊界條件下,實現(xiàn)中小河道消除黑臭的目標,提供了行之有效的工程技術(shù)手段,具有良好的社會和環(huán)境效益。關(guān)鍵詞生態(tài)修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)抗污染負荷沖擊彈性返清周期底泥礦化水體黑臭前言新漁浦是長寧區(qū)天山西路南側(cè)的一條東西走向的骨干河道,東起新涇港,西接周家浜,其中,淞虹路以西河段貫穿長寧區(qū)的虹橋臨空經(jīng)濟園區(qū)。在該園區(qū)內(nèi),沿河有美標、北大青鳥、神州數(shù)碼等知名企業(yè)入駐,臨空經(jīng)濟園區(qū)辦公樓亦依河而立。該河道雖幾經(jīng)疏浚、防汛墻改造等整治,但由于排水系統(tǒng)不配套,以及受周邊環(huán)境條件的制約,水質(zhì)黑臭問題始終未能得到解決,嚴重損

3、壞了虹橋臨空經(jīng)濟園區(qū)的環(huán)境,并直接影響了園區(qū)的“ISO14001”認證進程和“總部型經(jīng)濟園區(qū)”戰(zhàn)略目標的實施。為此,受長寧區(qū)虹橋臨空經(jīng)濟園區(qū)的委托,由長寧區(qū)河道管理所牽頭組成聯(lián)合攻關(guān)組,應(yīng)用微生物技術(shù)對新漁浦在虹橋臨空經(jīng)濟園區(qū)范圍內(nèi)的黑臭河段開展生態(tài)修復(fù)的試驗研究。一、工程概況本工程范圍為新漁浦在凇虹路以西的河段,即由凇虹路向西,穿過福泉路、協(xié)和路、廣順路后,向南與周家浜相連。全長約1km,河口寬平均約12m,平均水深約1.6m。圖1是新漁浦工程段平面示意圖。 圖1 新漁浦工程段平面示意圖1 上海市水務(wù)局 2上海玉凰生態(tài)環(huán)境工程有限公司3上海市河道(水閘管理處 4上海市長寧區(qū)河道管理所根據(jù)調(diào)查

4、,工程范圍內(nèi)的主要排污口有:1#點:位于外環(huán)林帶拐角東側(cè)北岸,口徑80,連續(xù)排放。該排污口主要受納天山路北側(cè)楊家宅自然村的混合污水,其中,生活污水占53%、工業(yè)廢水占47%,主要有旗蓬廠高色度染色廢水、洗衣廠高磷洗滌廢水及五金廠、機械廠的含油廢水等。2#點:位于外環(huán)林帶北岸拐角處,口徑100,間歇排放。該排污口主要受納外環(huán)線A20高架的雨水,雨水中富含汽車尾氣沉積物、道路粉塵及路面泄漏廢棄物,該雨水管道中還混有部分生活污水。3#點:位于外環(huán)林帶拐角河底,口徑100,連續(xù)排放。該排污口絕大多數(shù)為生活污水和屠宰廢水。4#點:位于中心東側(cè)北大青鳥工地,口徑60,以生活污水為主。5#點:位于福泉路凇虹

5、路段南岸,口徑60。該排污口主要排放宅基、臨房的生活污水。二、水生態(tài)修復(fù)試驗方法1.水質(zhì)污染狀況調(diào)查治理前,河道水質(zhì)、底質(zhì)本底數(shù)據(jù)見表1。據(jù)表分析,該水體水質(zhì)屬于劣類,底質(zhì)嚴重污染,并有黑臭。表1 新漁浦河道水體、底泥本底值 注:1.表中數(shù)據(jù)由上海市環(huán)境科學研究院提供;2.采樣日期為2002年3月12日。2. 污染成因分析點源污染尚未控制如上所述,在工程范圍內(nèi)尚有4個主要的排污口尚未得到控制,仍在不斷地向新漁浦排污,這是河道污染的主要原因。河道交叉污染無法控制新漁浦是周家浜到新涇港的水系溝通的主要通道,而周家浜的水質(zhì)一年中絕大多數(shù)時間是黑臭的,每次開閘通水,都將給新漁浦帶來高負荷污染沖擊。內(nèi)源

6、污染難以根除該河道雖幾經(jīng)疏浚,但由于截污治污工作滯后,污染源得不到控制,導(dǎo)致底泥仍處于重污染狀態(tài),而且,污染程度遠高于上覆水體,污染物持續(xù)向上釋放。面源污染嚴重該河段兩岸基本為直立式漿砌塊石擋墻結(jié)構(gòu),既阻擋了水陸兩大生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性和相互溝通,又大大削弱了濱河植被帶對地表徑流中的污染物的過濾作用,加劇了面源污染。水體食物鏈嚴重缺失由于污染嚴重和生境條件惡劣,以致水體食物鏈中最重要、最基礎(chǔ)的一環(huán),即底端腐食群落食物鏈極度缺損,造成水體自凈能力消失殆盡,導(dǎo)致進入水體的有機污染物無法得到及時有效地分解,從而加劇了污染的累積。3. 試驗方法水體污染和惡劣的立地條件造成水生植物、動物無法生存,同時,因水

7、生態(tài)系統(tǒng)無法建立則導(dǎo)致污染物輸出通道堵塞,又進一步加劇了水污染。以工業(yè)級馴化型活性生物復(fù)合劑YL 劑-H 15為先鋒種群,投撒至工程段底泥,以啟動生物修復(fù)進程,建立缺損的腐食食物鏈,促進底質(zhì)礦化,帶動上覆水體的好轉(zhuǎn)。本次YL 劑-H 15投放量,在靠近周家浜的南北向河段為100g/ m 2;其它東西向河段為50g/m 2。并在排污口處局部增加投放量。同時,在整個工程段補投YL 劑-K 40(高濃度污水分解菌。(*以上微生物菌劑由上海玉凰生態(tài)環(huán)境工程有限公司生產(chǎn),并獲上海市環(huán)境保護局使用許可。在臨周家浜閘口內(nèi)側(cè)等重污染段,安裝立體生物膜凈化裝臵,強化上覆水體的生態(tài)修復(fù)效果。在主要排污口,安裝8套

8、預(yù)培式生物膜排口預(yù)處理裝臵,大幅削減進入水體的污水濃度。該河除局部岸段外,基本上不具備構(gòu)筑自然生態(tài)護岸的條件,故當?shù)踪|(zhì)、水質(zhì)達到消除黑臭目標后,因地制宜,以生態(tài)浮島技術(shù)解決營養(yǎng)鹽過剩問題,豐富生物鏈和食網(wǎng)。本次布臵了生態(tài)浮島2100m 2,種植水生植物,同時,在西閘門和拐角排污口段種植鳳眼蓮等水生植物。當水體污染濃度隨生物修復(fù)的進程而逐漸降低,水生植物的種植又使溶解氧趨于高位,開始批次式投放適量水生動物(魚類、底棲動物,完善和延長食物鏈。逐步完善截污納管,2003年7月完成了1#、3#、4#暗管排污的截污工程,減輕進入水體的外源性污染負荷。在有條件的區(qū)域,例如,本次在淞虹路福泉路段南岸改建了3

9、00m 長的自然生態(tài)型護岸,為水生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造良好的立地條件。三、試驗結(jié)果1. 檢測內(nèi)容自2002年6月6日開始,每周檢測二次,主要觀察水體色度變化,由此判斷生態(tài)修復(fù)進程的強弱。自2002年6月6日開始,間隔采集水樣、底樣,檢測水質(zhì)、底質(zhì)數(shù)據(jù)變化。2. 試驗結(jié)果 水體主要指標 02-3-12本底02-6-602-12-603-6-1103-12-1504-3-1204-9-22驗收日期C OD c r 濃度(m g /L 圖2 新漁浦水體COD cr 濃度變化圖注:圖中本底檢測值由上海市環(huán)境科學研究院提供,驗收檢測值由上海師范大學環(huán)境與生命科學學院提供,其余檢測值由上海玉崙應(yīng)用微生物研究所提供。

10、 注:圖中驗收檢測值由上海師范大學環(huán)境與生命科學學院提供;其余檢測值由玉崙應(yīng)用微生物研究所提 注:圖中各檢測值由玉崙應(yīng)用微生物研究所提供。從圖表一、二、三可知,本次試驗結(jié)果是:水體CODCr 濃度下降80.0%,水體NH3-N濃度下降87.76%,水體透視度提高了3.3倍。底泥主要指標 注:圖中各檢測值由玉崙應(yīng)用微生物研究所提供。從圖5可知,通過本次試驗,底泥滲出液COD 濃度下降了82.7%。 表2是底泥總氮、總磷和有機質(zhì)指標本底值和驗收值的對比。表2 底泥有機質(zhì)、總氮和總磷指數(shù)指標對比表 從表2可知,通過本次試驗,底泥氮、磷、有機質(zhì)的平均去除率分別為52.76%、48.03%、61.76%

11、。水質(zhì)、底質(zhì)檢測表3是水質(zhì)、底質(zhì)試驗結(jié)果值匯總。表3 水質(zhì)、底質(zhì)試驗結(jié)果表 注:表中BOD 5、NH 3-N 屬加測項目。試驗結(jié)果表明,所有指標均達到并超過項目規(guī)定的驗收標準。返清周期變化自2003年6月起,課題組對該河實施跟蹤監(jiān)測,主要監(jiān)測河水被外源污染后的返清周期變化,以研究該河的水生態(tài)系統(tǒng)抗污染負荷沖擊的彈性。表4是河道水體在受到外源污染負荷沖擊后返清周期變化。表4 返清周期變化 四、分析和討論1.水質(zhì)、 1.水質(zhì)、底質(zhì)變化分析 水質(zhì) 從圖表一看出，在初始階段，水體CODCr曾出現(xiàn)較大程度的反彈，即2002年6月6日水體 CODCr達到260mg/L，這是因為投放YL劑后，在菌種的快速分

12、解下，水體有機物大量轉(zhuǎn)化成無 機鹽所致，通過一定周期又恢復(fù)正常，并且污染物指數(shù)呈明顯下降趨勢，水質(zhì)明顯改善。曲 線中的小幅波動，則是受外源性污染物濃度影響而變化，但曲線的總體趨勢呈下降趨勢，充 分表明YL劑對水體有機污染的分解效率。 對底泥的跟蹤監(jiān)測表明， 由于YL劑的生物修復(fù)作用， 黑臭底泥中的有機膠狀物充分降 解，使底泥由黑色逐漸恢復(fù)成黃褐色的自然河床底泥。在工程實施前，臨空經(jīng)濟園區(qū)曾多次 種植荷花、睡蓮，都因爛根而告失敗，如今滿河的荷花、睡蓮、水蔥和菖蒲郁郁蔥蔥，生機 勃勃，充分驗證了YL劑促進底泥礦化的有效性。 在消除臭味方面效果明顯。 根據(jù)對周邊居民及園區(qū)內(nèi)員工的調(diào)查問卷統(tǒng)計反映，

13、當年 夏天高溫異常，但該河段未象往年那樣散發(fā)出濃烈的異臭味，滿意度達到94%，證明了YL劑 對氨氮的去除效果。 工程期間開閘放水頻率為平均兩周一次， 平時水流基本處于靜止狀態(tài)， 自2002年4月3 日投放 YL劑后，整個水體呈黑色綠色淡黃色變化，水體平均透視度從18提高至近 80cm。進入2004年后，觀測到的水清見底的天數(shù)超過60天，但與其它指數(shù)相比，其變化幅度 仍然不夠理想， 主要原因是外環(huán)線A20的雨水口與工程河段相接， 暴雨時大量的道路污染物、 汽車尾氣沉積物及揚塵隨地表徑流進水體，影響了水體透視度。 2. 水體生物相的變化分析 在生態(tài)修復(fù)的過程中， 水生態(tài)系統(tǒng)趨于平衡也體現(xiàn)在生物多樣

14、性的恢復(fù)上， 從本工程水 體生物相的變化看，與水質(zhì)、底質(zhì)的變化趨勢是吻合的。 投放YL劑110天后（2002年7月13日）觀察到浮游動物出現(xiàn)；在2003年下半年起出現(xiàn)中等 數(shù)量的野生河鯽魚、串條魚等耐污性較強的魚種及螺螄，但投放的紅鯉魚生長不甚理想，表 明水體的修復(fù)程度仍未能滿足清水型觀賞魚的理想生長條件；2004年3月12日后，隨著楊家 宅拆遷工程竣工，進入工程段的工業(yè)廢水污染源基本杜絕，對水體自凈功能、食網(wǎng)和生物鏈 的恢復(fù)創(chuàng)造了極佳的邊界條件。 由于水質(zhì)的好轉(zhuǎn)， 到2004年工程段內(nèi)除野生河鯽魚等耐污魚 種外，還出現(xiàn)了大量白魚、花鰱和河蚌，引來垂釣愛好者的頻頻光顧，水體生物相多樣性的 出現(xiàn)

15、證明了修復(fù)工程的效果。 3、水生態(tài)系統(tǒng)的抗污染負荷沖擊彈性 案例背景 2004年9月18日5時30分左右，外環(huán)線A20天山西路匝道口一輛吳涇化工廠的槽罐車被集 卡追尾，造成罐底凹陷，并裂開一個直徑約為2的孔洞。車上運載的9.5噸氯磺酸無色液體 全部泄漏在道路及下水道中。長寧區(qū)環(huán)保、消防、人防部門于6時50分趕到現(xiàn)場后，采取了 黃沙鋪墊和大量水沖洗路面的措施， 沖洗過程中由于和水的反應(yīng)， 現(xiàn)場產(chǎn)生大量白色煙霧并 伴有刺激性氣味彌漫。 由于外環(huán)線A20雨水收集自成體系，就近排放，導(dǎo)致上述泄漏液體和沖洗水全部進入新 漁浦本工程段河道。 現(xiàn)場檢測結(jié)果 排水口處有輕度白色煙霧并伴有中度刺激性氣味， 現(xiàn)場

16、開始沖洗后， 煙霧和氣味加重， 持續(xù)15分鐘后煙霧逐漸減輕，但氣味滯留時間較長。 pH值測定 西閘口：6.5 中心橋：6.8 6 排口處：5.25.7（7：0010：00） 感觀性狀 事發(fā)后6小時左右，排水口向南到西閘門、向東到西區(qū)中心段河水變成深褐色，帶黃， 有明顯的酸性及其他刺激氣味，并有死魚現(xiàn)象，透視度明顯降低至1015cm；9月19日監(jiān)測， 感觀性狀無明顯好轉(zhuǎn)，死魚增多，廣順路涵洞口約100的鳳眼蓮有明顯枯萎跡象。監(jiān)測結(jié) 果表明，本次突發(fā)性高負荷污染沖擊對本工程河段造成了明顯的不良后果。 為檢驗該河段生態(tài)系統(tǒng)的抗污染沖擊的彈性及自我修復(fù)能力， 攻關(guān)組決定不采取任何強 化措施，加強監(jiān)測，

17、靜觀其變。 9月20日：水體透視度恢復(fù)到2530cm，pH值為6.06.2，死魚現(xiàn)象被抑制； 9月21日：透視度恢復(fù)到4550cm,pH值為6.26.5。鳳眼蓮重現(xiàn)生機； 9月22日：透視度恢復(fù)到6080cm，中心橋兩側(cè)120150cm，基本清澈見底，水色恢復(fù) 到深綠色，pH值達到6.87.0； 從檢測結(jié)果看，通過實施生態(tài)修復(fù)工程，該河段的水生態(tài)系統(tǒng)已構(gòu)筑得較為完善，其抗 污染負荷沖擊的彈性較強，自我修復(fù)能力已基本具備。從2004年9月22日驗收采樣檢測的結(jié) 果來看， 各項指標均達到并超過工程驗收標準。 上述突發(fā)性高負荷污染沖擊對該河的負面影 響， 在短短的三天內(nèi)便被具有較強抗污染負荷沖擊彈性的水生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)， 亦是一次很 好的證明。 結(jié)語 本課題已正式通過驗收。試驗結(jié)果證明應(yīng)用微生物技術(shù)對城市黑臭河道進行生物修復(fù)， 在技術(shù)上是切實可行的，同時，也證明了強化水生態(tài)系統(tǒng)的抗污染負荷沖擊的彈性，以增強 水體的自凈能力是水生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。 這一實驗研究的成功對上海在近階段無法完全截污的 邊界條件下，實現(xiàn)中小河道基本消除黑臭的目標，提供了行之有效的工程技術(shù)手段，具有良 好的社會和環(huán)境效益。 參考文獻： 參考文獻： 1金相燦主編，湖泊富營養(yǎng)化控制和管理技術(shù)，化學工業(yè)出版社，2001 2汪松年主編， 上海水生態(tài)修復(fù)調(diào)查與研究上?？茖W技術(shù)出版社，2005 3史家樑、徐亞同，環(huán)境微生