以生態(tài)治理推動(dòng)美麗中國(guó)建設(shè)

胡蓉 黃煒

摘 要：近年來(lái)，生態(tài)環(huán)境加速惡化，尤其是黑臭水體治理已刻不容緩。在習(xí)近平生態(tài)文明思想的指導(dǎo)下，加快生態(tài)治理，推進(jìn)美麗中國(guó)建設(shè)。本文應(yīng)用LifeSys高效微生物系統(tǒng)對(duì)上海月浦鎮(zhèn)步溝頭黑臭池塘進(jìn)行生態(tài)治理，局部生物接觸強(qiáng)化、曝氣增氧、微生態(tài)建設(shè)、生態(tài)浮床等技術(shù)對(duì)該水體進(jìn)行綜合治理修復(fù)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)2個(gè)月的調(diào)試和運(yùn)行，該池塘水質(zhì)有了明顯改善。水體透明度從15cm增加到80cm，氨氮、總氮、總磷和CODCr都已達(dá)標(biāo)。該工藝可以就地凈化所有污水和淤泥，不外送任何污染。修復(fù)后，無(wú)需補(bǔ)充魚(yú)群，魚(yú)類可以自然棲息，重建已破壞的微生物系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的自凈能力。治理期投放的微生物可長(zhǎng)效養(yǎng)護(hù)水體，后期只需簡(jiǎn)單養(yǎng)護(hù)，就可以長(zhǎng)效維持生態(tài)系統(tǒng)不受破壞。

關(guān)鍵詞：黑臭池塘;生態(tài)修復(fù);LifeSys高效微生物

改革開(kāi)放四十年的高速發(fā)展，不僅帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的騰飛，更帶來(lái)了環(huán)境的惡化。目前我國(guó)正處在轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為當(dāng)今社會(huì)面臨的最大挑戰(zhàn)和制約瓶頸。習(xí)近平總書(shū)記在十九大報(bào)告中指出，從現(xiàn)在到2020年，是全面建成小康社會(huì)的決勝期，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新時(shí)代，如何用生態(tài)文明的理念來(lái)引領(lǐng)和推進(jìn)各領(lǐng)域的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，成為全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵所在。生態(tài)文明建設(shè)關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來(lái)，事關(guān)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)和中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)。其中水體污染治理是生態(tài)文明建設(shè)中非常重要的一環(huán)。

隨著城市化進(jìn)程地不斷發(fā)展，一些河湖成了生活污水和工業(yè)污水的排放聚集地。黑臭水體已經(jīng)成為我國(guó)大部分城市亟待解決的污染問(wèn)題[1-3]。對(duì)于黑臭水體的治理一般分為三種方法：物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生態(tài)修復(fù)[4-6]。工程實(shí)踐表明，單純的物理和化學(xué)修復(fù)很難從根本上解決水體黑臭問(wèn)題，而生態(tài)修復(fù)技術(shù)是目前認(rèn)為行之有效的治理技術(shù)，具有很大的發(fā)展前景[7-8]。

自然界存在著豐富的微生物種群，這些微生物雖然個(gè)體微小，但在環(huán)境污染凈化中卻扮演著不容忽視的重要作用。微生物由于自身的生理特性，以各種污染物尤其是有機(jī)污染物為營(yíng)養(yǎng)源，通過(guò)吸收、代謝等一系列反應(yīng)，將環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無(wú)害的無(wú)機(jī)物。因而，在生物圈中微生物充當(dāng)著分解者的角色。大約90%的陸地生產(chǎn)者都要通過(guò)分解者作用最終形成無(wú)機(jī)物歸還大地。以污水的生物處理為例，可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。好氧生物處理利用好氧在有氧條件下的代謝作用，將污水中復(fù)雜的有機(jī)物分解成二氧化碳和水。這一過(guò)程需要在一定的處理構(gòu)筑物內(nèi)完成，其重要條件是保證充足的氧氣供應(yīng)、穩(wěn)定的溫度及水質(zhì)。厭氧生物處理是利用在無(wú)氧條件下生長(zhǎng)的厭氧或兼性微生物的代謝作用處理污水，其主要降解產(chǎn)物是甲烷和二氧化碳等。厭氧處理也需要在一定的處理構(gòu)筑物內(nèi)完成，一般需要保證溫度、無(wú)氧或低溶解氧濃度。當(dāng)今，微生物技術(shù)已成為污水處理中的主流方法。

有益微生物通過(guò)生物降解將污染物分解為下列主要產(chǎn)物：水、二氧化碳、氮?dú)狻⒁约坝幸嫔锪浚ㄎ⑸锏鞍祝┑?。這些都是對(duì)環(huán)境無(wú)毒害作用的。水留在現(xiàn)場(chǎng)作為寶貴的資源;二氧化碳和氮?dú)庾鳛闅怏w釋放入空氣;有益生物量被作為營(yíng)養(yǎng)物，很容易被低等動(dòng)物或水生植物吸收;不可溶性磷也可輕松進(jìn)入水生動(dòng)物的食物鏈脫離水體，從而抑制藻類及赤潮的爆發(fā)。

LifeSys高效微生物系統(tǒng)的治理過(guò)程就是微生物系統(tǒng)重建過(guò)程，在原有生態(tài)系統(tǒng)上進(jìn)行修正強(qiáng)化，生物多樣性得到保護(hù)和強(qiáng)化。無(wú)需大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，僅需使用水下曝氣系統(tǒng)。不外送任何污染，就地降解淤泥，基本消除有害淤泥，適當(dāng)保留健康活性污泥層

一、工程概況

上海屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海氣候溫和濕潤(rùn)，春秋較短，冬夏較長(zhǎng)。2016年，全市平均氣溫17.6℃，日照1885.9小時(shí)，降水量1173.4毫米。全年60%以上的雨量集中在5月至9月的汛期。

步溝頭位于上海市寶山區(qū)月浦鎮(zhèn)大路口宅。步溝頭池塘為近似圓形水塘，東西長(zhǎng)度約104m，南北寬約18-22m，水深約3m，底部污泥厚度超過(guò)50cm。河流兩岸基本為土坡。步溝頭池塘水體初春已明顯發(fā)綠，藻類大量滋生，池塘常年發(fā)臭。

沿著步溝頭池塘周邊分布有一個(gè)暗管和7個(gè)污水管，近旁有旱廁和化糞池出水于池塘。主要的外源污染來(lái)自于：長(zhǎng)春村總?cè)丝冢?1000人）的生活污水;居民大量翻建房屋的建筑垃圾;食品加工小作坊污水;小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中造成農(nóng)藥化肥殘留物進(jìn);降雨降塵輸入污染。雖然2016年進(jìn)行過(guò)清淤，但是由于系統(tǒng)消納污染能力弱，新生污泥生長(zhǎng)速度很快，踏勘發(fā)現(xiàn)局部已有20cm的淤積。大量建筑垃圾持續(xù)釋放無(wú)機(jī)鹽，嚴(yán)重改變水環(huán)境pH，破壞微生態(tài)環(huán)境。滋生的藻類過(guò)冬死亡，造成有機(jī)物持續(xù)釋放。這些是主要的內(nèi)源污染。步溝頭池塘呈現(xiàn)出嚴(yán)重黑臭，透明度為0cm，無(wú)基本生態(tài)系統(tǒng)，無(wú)自凈能力。

1.步溝頭輸入污染量分析

（1）靜態(tài)容積=4*105 L

（2）每日排入污染水量：2*105 L/d

（3）生活污水排入污水指標(biāo)：CODcr=350mg/L，NHx-N=50mg/L，TP=5mg/L

（4）每日平均增加氨氮量（NHx-N）：25mg/L/d

（5）每日平均增加CODcr：175mg/L/d

（6）每日平均增加總磷：25mg/L/d

2.針對(duì)池塘的污染現(xiàn)狀、水體功能定位和管理目標(biāo)，制定本方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下

（1）清除池底淤積的污泥，快速消除黑臭現(xiàn)象;

（2）抑制藻類爆發(fā)，防止發(fā)生水華;

（3）提高水體透明度，增加水體自身供氧能力;

（4）構(gòu)建初級(jí)水生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)水生態(tài)持續(xù)繁衍;

（5）提高抗污染沖擊能力;

（6）創(chuàng)造良好的水系景觀。

3.按照消除黑臭水體的要求，具體工程目標(biāo)如下

（1）氨氮小于5mg/L，無(wú)明顯異味

（2）透明度不低于40cm，水體清亮

（3）溶解氧不低于2mg/L

二、工藝流程

池塘體積太小，納污能力有限。污水日排放量占總靜態(tài)蓄水量的30%，日換水率遠(yuǎn)高于一般水體自然消納污染能力。池塘內(nèi)底部被建筑垃圾覆蓋，釋放大量無(wú)機(jī)鹽，嚴(yán)重破壞微生態(tài)生長(zhǎng)條件，也破壞了水生植物生長(zhǎng)的基本條件，給構(gòu)建全生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)河道該段的污染現(xiàn)狀，該段生態(tài)治理工程采用如下技術(shù)路線（圖1），構(gòu)建LifeSys生態(tài)體系。

LifeSys生態(tài)治理技術(shù)是純天然標(biāo)本兼治的污水治理技術(shù)。區(qū)別于“換水清淤”、“投撒活性炭”等物理療法，不轉(zhuǎn)移任何污染，所有污染就地降解，并且不使用任何化學(xué)制劑，不轉(zhuǎn)變污染的形式，不產(chǎn)生二次污染。施工簡(jiǎn)單，能耗較低（在無(wú)需曝氣的情況下，甚至不需要能耗），由表面到湖底淤泥的全方位立體治理。治理綜合污染的能力特別強(qiáng)，特別適合復(fù)雜多變的污水條件，而且在治理期，絲毫不影響景觀的使用。

1.局部生物接觸強(qiáng)化

生物接觸氧化是由浸沒(méi)在水中的填料和人工曝氣系統(tǒng)構(gòu)成的生物處理工藝。利用吸附在填料上的生物膜和充分供應(yīng)的氧氣，通過(guò)生物氧化作用，將水體中的有機(jī)物氧化分解，達(dá)到凈化目的。生物接觸氧化法特點(diǎn)是在設(shè)置填料，底部曝氣對(duì)水體進(jìn)行充氧，并使水體處于流動(dòng)狀態(tài)，以保證污水與水中的填料充分接觸。該法中微生物所需氧由曝氣機(jī)供給，生物膜生長(zhǎng)至一定厚度后，填料壁的微生物會(huì)因缺氧而進(jìn)行厭氧代謝，產(chǎn)生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會(huì)造成生物膜的脫落，并促進(jìn)新生物膜的生長(zhǎng)。該處理方法具有高效節(jié)能、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)。

針對(duì)該河道治理修復(fù)工藝路線，采用的填料為人工纖維材料，其優(yōu)點(diǎn)是具有既能掛膜又能有效切割氣泡，提高氧的轉(zhuǎn)移速率和利用率，具有彈性，阻力小，布水、布?xì)庑阅芎?，易長(zhǎng)膜。

2.曝氣增氧

曝氣指的是用向水中充氣或機(jī)械攪動(dòng)等方法增加水與空氣接觸面積，是污水需氧生物處理的中間工藝。曝氣裝置實(shí)現(xiàn)氣水之間的充分混合;同時(shí)攜帶氧分子的水和微小氣泡在水流的推動(dòng)下以一定的角度向前推進(jìn)，從而使氧氣得到充分的溶解，使作用水體中的溶解氧大幅度升高。這為微生物對(duì)污染物的生物降解和同化，使污水凈化和污泥消解減量提供了保證條件。

LifeSys系統(tǒng)的微生物在3mg/L以上的溶解氧環(huán)境下工作會(huì)達(dá)到更佳的效果，安裝曝氣系統(tǒng)是必需的，特別是在消減底泥過(guò)程中至關(guān)重要。本項(xiàng)目建議采用“渦輪風(fēng)機(jī)+水下曝氣盤”的曝氣系統(tǒng)。該曝氣系統(tǒng)具有充氧快、防堵塞、抗老化、自沉、便于安裝管護(hù)、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

3.微生物菌劑

生化分解過(guò)程將有機(jī)物等分解成水、二氧化碳、氮?dú)?，以及有益生物量等。其中約50 %的物質(zhì)以二氧化碳和氮?dú)庖詺怏w的方式釋放出水體，約10-20%以水的形式留在水體中，約15%左右的物質(zhì)以有益生物量的方式進(jìn)入上級(jí)生態(tài)鏈。通過(guò)硝化和反硝化過(guò)程快速向水體外轉(zhuǎn)移N元素，通過(guò)固磷作用減少水溶性磷，可有效控制藻類生長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)控藻的目的。微生物降解水體中的懸浮固體物質(zhì)，抑制藻類生長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)提高水體透明度的目的，為沉水植物的繁衍創(chuàng)造條件。

LifeSys系統(tǒng)微生物出廠灌裝濃度達(dá)到1011 CFU/mL，是同類產(chǎn)品的1000倍以上。多達(dá)數(shù)十種菌屬或菌種的微生物聯(lián)合工作，確保達(dá)到最佳分解效果。常溫下保質(zhì)期達(dá)到5年，同類產(chǎn)品通常需要在低溫下（4℃）冷藏保存，保質(zhì)期僅一年。

針對(duì)河道該段治理修復(fù)工藝路線，確定投加三種LifeSys高效復(fù)合工程菌：LSR-H、LSR-G（除油除污菌）和LSR-N（脫氮除磷菌）。

4.生態(tài)浮床

微生物是水體凈化污水的主要“執(zhí)行者”，水生植物的根系常形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，在附件形成好氧、缺氧和厭氧的不同環(huán)境，為微生物的吸附和代謝提供了良好的生存環(huán)境，為微生物提供了更大的接觸表面積，也為水體處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。有植物的水體系統(tǒng)，微生物數(shù)量顯著高于無(wú)植物系統(tǒng)，且植物根部的分泌物還可以促進(jìn)某些嗜磷、氮細(xì)菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)氮、磷釋放、轉(zhuǎn)化、從而間接提高凈化率。

生態(tài)浮床，利用浮床的浮力承托水生植物，讓水生植物得到一個(gè)固定的區(qū)域生長(zhǎng)，由此水生植物通過(guò)發(fā)達(dá)的根系吸收水體中富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低COD;修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到自然生態(tài)的平衡。生態(tài)浮床通過(guò)與其他環(huán)保設(shè)備配合使用能形成一個(gè)凈水能力更加強(qiáng)大的生態(tài)浮島系統(tǒng)。大大降低治水效果的反復(fù)風(fēng)險(xiǎn)。

5.底棲動(dòng)物

一般情況下，生態(tài)河道的生物群落主要由微生物、水生植物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類等組成，底棲動(dòng)物和魚(yú)類分布在生態(tài)溝渠的各個(gè)層次，其中不少種類是雜食性的，除了攝食食物鏈上的低等生物以外，還以水域中隨污水進(jìn)入的大量的有機(jī)碎屑作為食物，消耗分解釋放出簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，起到去除有機(jī)污染物凈化水體的功能，它們的分布范圍很廣。

6.后期養(yǎng)護(hù)

水面的日常維護(hù)工作主要由人員巡視完成，主要工作為保證水面的清潔。人員巡視的工作包括：檢查曝氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常;對(duì)水體內(nèi)固體垃圾物（雜物、樹(shù)葉、動(dòng)物殘尸等）進(jìn)行清理和打撈;觀察指標(biāo)性生物是否正常;發(fā)現(xiàn)突發(fā)性污染事件。

（1）水質(zhì)特征檢測(cè)

根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），定期對(duì)河道水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果能快速判斷水質(zhì)變化趨勢(shì)，以便提前采取相應(yīng)措施保障水質(zhì)。

檢測(cè)指標(biāo)：CODcr、BOD5、溶解氧、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、部分重金屬離子等。

（2）微生物的補(bǔ)種工作

依據(jù)治理后水體情況，根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)和來(lái)水量變化相應(yīng)的補(bǔ)種微生物，以保持水體的長(zhǎng)效自凈能力。

（3）生態(tài)浮床和人工水草的維護(hù)

對(duì)浮床做必要的除險(xiǎn)加固，及時(shí)割除浮床內(nèi)枯萎的水生植物，適時(shí)補(bǔ)種浮床植物，避免入侵性或外來(lái)性植物影響水生植物的生長(zhǎng)，維持浮床基本景觀需要。

三、治理效果

經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的調(diào)試和運(yùn)行，透明度提升到80cm，沉水植物大量生長(zhǎng)，魚(yú)群爆發(fā)式生長(zhǎng)，大批魚(yú)苗已生長(zhǎng)到6cm，生態(tài)系統(tǒng)消納內(nèi)外源污染能力大幅度提升，進(jìn)入持續(xù)健康繁衍階段。在一個(gè)很小的水體空間內(nèi)攔截了大量污染，實(shí)現(xiàn)了流域污染內(nèi)部消化的基本目標(biāo)，流域內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)也持續(xù)向好，達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)（圖2），為保護(hù)下游流域奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

從透明度的變化趨勢(shì)可清晰判斷出水生態(tài)構(gòu)建的三個(gè)階段（圖3）

1.微生態(tài)啟動(dòng)期：快速消除黑臭。

2.微生態(tài)優(yōu)勢(shì)成長(zhǎng)期：微生物大量消除內(nèi)外源污染物，提高水體透明度，為動(dòng)植物生態(tài)的全面繁育創(chuàng)造條件。

3.生態(tài)系統(tǒng)初步構(gòu)建期：微生態(tài)-低等植物生態(tài)-高等植物生態(tài)-低等動(dòng)物生態(tài)-高等動(dòng)物生態(tài)全面繁衍，水生態(tài)景觀持續(xù)改善，抗污染沖擊能力持續(xù)提升，水生態(tài)效應(yīng)充分展現(xiàn)。

工程治理前、后的水體圖片對(duì)照見(jiàn)圖a和圖b。

a 治理前

四、結(jié)論

1.步溝頭的水力停留時(shí)間（HRT）不到3天。依CODcr和氨氮下降趨勢(shì)線判斷，如果適當(dāng)延長(zhǎng)治理范圍，延長(zhǎng)HRT至10天，CODcr指標(biāo)可嚴(yán)格穩(wěn)定在25以下，屬于地表IV類，甚至達(dá)到III類水標(biāo)準(zhǔn)，氨氮指標(biāo)可繼續(xù)下降到5 mg/L以下。在更大的水體環(huán)境里，由于可構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的空間更為良好，系統(tǒng)水質(zhì)可全面達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.MPA?生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)具有快速（3-7天）解決黑臭的能力。

3.MPA?生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)可在不徹底（或無(wú)法）截污的情況下，充分利用環(huán)境內(nèi)坑、塘、溝、渠等自然水體空間，快速構(gòu)建以微生態(tài)為基礎(chǔ)的全生態(tài)系統(tǒng)，不僅能恢復(fù)其自身的基本景觀，還能改造為“天然污水處理廠”，從源頭攔截治理污染，為全流域治理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.應(yīng)堅(jiān)持“流域上下游一體化、陸地水域一體化、城鄉(xiāng)一體化、水質(zhì)與生態(tài)一體化”的治理理念，推動(dòng)全流域“1個(gè)月消除黑臭，3個(gè)月構(gòu)建全生態(tài)系統(tǒng)，6-9個(gè)月基本實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)”的目標(biāo)。

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