笔者以深圳市宝安区内茅洲河某黑臭河道的一段区域作为研究对象，针对该试验区水体流动性差、溶解氧低、土著生物少等特点，结合以往工程经验，采用控源截污、曝气增氧、造流循环和生物膜降解组合工艺进行处理。
1 工程概况
该工程段位于深圳市茅洲河某支流下游，总河道长约90 m，宽约48 m，水深约1.5 m，总面积约4 320 m2。治理前水质如表1所示。
表1 黑臭水体治理前水质
| 点位 | pH | 透明度/cm | ORP/mV | DO/(mg·L-1) | NH3-N/(mg·L-1) |
| 1 | 6~9 | 9.83 | -180.5 | 0.15 | 12 |
| 2 | 6~9 | 9.96 | -180.0 | 0.14 | 15 |
针对该工程段现状，治理后河道水质要求达到水面洁净，具有较好透明度，无藻类等漂浮物。指标要求见表2。
2 工艺设计
根据工程段水体水质特点与场地情况，采用控源截污、造流循环、曝气增氧与生物膜降解组合技术进行黑臭水体净化与恢复，平面流程见图1。
图1
2.1 控源截污系统
由于河道上游处有2个显著的工业废水排放口和生活污水排放口，故用隔水布将工程段围挡封闭。将工业废水、生活污水与试验区水体隔离后进行导流，尽量保证工程段水质不受外界影响。
2.2 造流循环系统
黑臭水体由于其自身的封闭性，局部形成死水区，导致水体溶解氧含量低，厌氧微生物大量生长，产生臭气〔8〕。为提高河道流动性，采用3 m长、2 m深的PP隔水板连接组合方式，将河道中间分别隔成宽15~20 m左右的河道，并用隔水布在两端进行围挡，利用射流曝气机的推力造流形成内循环，提高水体流速，以提高水体复氧能力和自净能力，改善水体水质。
2.3 曝气增氧系统
针对水体缺氧严重的情况，采用曝气增氧技术提高水体溶解氧含量。连续曝气使水体由缺氧状态转变为富氧状态，给好氧微生物提供良好的生长环境，抑制厌氧微生物的厌氧分解，提高水体自净能力。同时，曝气能增加水体紊动，提高水体自然复氧能力，抑制藻类生长〔9〕。
沿内循环水流方向布设6台推流曝气机，功率为1.0 kW，电压为380 V，增氧能力1.86 kg/h；河道中部垂直水流方向布置3台射流曝气机，功率为2.5 kW，电压为380 V，进气量22 L/min；河道四周沿河岸布置4台微纳米曝气机，功率7.5 kW，电压380 V，气泡发生量18~20 m3/h。
2.4 生物膜降解系统
为使河道所接纳污染物得到强化降解，采用原位生物膜降解技术。生物膜降解是以天然材料或人工合成材料为生物载体，为参与污染物净化的微生物提供附着生长环境，通过膜上微生物的吸附或降解作用，达到污水净化的目的〔10〕。
选取比表面积大、性能稳定的3种生物载体：碳素纤维草、阿科蔓生态基、生物飘带组成生物膜降解系统。
碳素纤维草：长为0.65 m、宽为0.4 m，安装间距2 m，下沉式悬挂。生物飘带：长为1 m、直径为0.08 m，安装间距1 m，上浮式悬挂。阿科蔓生态基：长为0.75 m、宽为0.31 m，安装间距0.9 m，上浮式悬挂。填料距离水面、水底均预留0.1~0.2 m，其上部采用绳索悬挂，并采用适量浮球对其进行水面纵向固定，避免沉入水底，影响挂膜，同时下部用绳索串联，防止打结。
设置生物载体后，投加由生物膜形成菌、硝化菌、反硝化菌等多种细菌组成的复合微生物制剂，促使载体上形成大量生物膜，进而降解水中污染物。
3 运行效果
在2017年11月~2018年1月工程实施期间对河道水质进行定期监测，每星期采样1次。根据水流方向沿岸设置2个取样点，用采水器定点在水深1 m处取样。
3.1 透明度
透明度是衡量水质的直观指标之一，试验区水体透明度的变化情况如图2所示。
图2
由图2可以看出，水体透明度由初始的10 cm分别增加到63、61 cm，高于透明度25 cm的要求。河道采取治理措施前淤泥较厚且有断流现象，透明度在10 cm左右。前期控源截污过程中底泥搅动对水体透明度有影响，导致数值有所波动。控源截污完成后，曝气造流使水体循环流动，在微生物的降解作用下透明度逐渐上升，分别从13、16 cm上升到58、62 cm，后期稳定在60 cm左右。可见该组合工艺对提升河道透明度有明显作用。
3.2 DO
试验区水体DO变化情况如图3所示。
图3
由图3可以看出，DO由治理前的0.16、0.14 mg/L分别增加到4.30、4.46 mg/L，河道平均DO>2 mg/L，达到河道水质要求。前期DO数值波动可能是由于疏浚过程中底泥上浮，其中的耗氧污染物重新释放到水体中，污染物的耗氧速率大于水体的复氧速率，导致DO下降。随着水体不断充氧，微生物作用增加，DO后期稳定在4 mg/L左右。说明控源截污后，曝气增氧加上微生物降解作用能稳定提升河道中的溶解氧含量。
3.3 NH3-N
试验区水体NH3-N变化情况如图4所示。
图4
由图4可以看出，NH3-N由初始的14、15 mg/L分别降到5.4、5.0 mg/L，达到NH3-N < 8 mg/L的水质要求。前期由于底泥中的污染物释放到水体中，氨氮呈现不规则波动，随着治理时间延长，生物膜降解系统作用增强，水体中的NH3-N快速下降，后期稳定在5 mg/L左右。综上可见，生物膜对水体中氨氮的降解有显著效果。
3.4 ORP
试验区水体ORP变化情况如图5所示。
图5
图5显示，ORP由最初的-104.2、-89.4 mV增加到173.2、172.8 mV，总体呈上升趋势，其中前期增长速度较快。随着曝气过程的进行，ORP在100 mV附近波动，最后＞100 mV，达到ORP>50 mV的水质要求。可见该组合工艺对提升河道ORP有显著作用。
3.5 生物膜生长情况
挂膜期间，生物膜的颜色从浅黄色逐渐变为棕褐色，黏度逐渐增加，填料无裸露。生物膜厚度约为1 cm，光学显微镜检测可见大量钟虫、变形虫、草履虫、累枝虫和轮虫等微生物，种群丰富，结构完整。综合以上因素可认为挂膜成功〔11〕。
4 结论
控源截污、生物膜降解、曝气复氧、造流循环等技术组合经过近3个月的调试运行，最终使黑臭水体水质提升效果达到预期要求。该工程耗时短、成本低，黑臭水体得到有效治理，黑臭消除，水面洁净，增加了河道的生物多样性，提高了水体自净能力。工程的成功运行说明采用该组合技术对黑臭河道进行治理，技术路线可行，运行效果稳定，为同类河道治理的工艺设计及运行提供了参考。
参考文献
城市河道水质恢复技术及发展趋势
[J].DOI:10.3969/j.issn.1003-6504.2007.08.036 [本文引用: 1]
Solar water treatment:principles and reactors
[J].DOI:10.2166/wst.1997.0105 [本文引用: 1]
津公网安备 12010602120337号
