摘要：农村生活水平的不断提高，农村生活污水的排放量逐渐增加。部分农村生活污水直排入纳污坑塘，形成了蚊蝇滋生，散发恶臭的黑臭水体。以雄安新区《雄县纳污坑塘及重点支干渠水质净化工程项目设计施工总承包（纳污坑塘类）第4标段》为研究对象，对坑塘环境采用了原位修复措施，包括生态恢复（水生植物栽种）、水体曝气、微生物菌剂。经过连续30天监测分析发现，坑塘水质在两周内达到地表五类水标准，并持续达标。
关键词：纳污坑塘；黑臭水体；人工曝气；微生物菌剂；水生植物
引言
农村坑塘水系是农村生态环境系统的重要组成部分。多年来，在人类生产活动和气候环境的共同作用下，农村坑塘活水补给量少、塘面萎缩严重，逐步成为垃圾堆放和污水排放的场所，污染问题突出，严重影响了农村生态环境。位于雄安新区雄县的纳污坑塘是坑塘水系的典型代表，水体可生化性差，氮磷等污染物浓度高，富营养化严重，透明度低，表观黑臭。
针对该坑塘水质特征，采取投加微生菌剂，种植水生植物，辅以太阳能光伏曝气进行水体原位修复。载体生物膜技术虽然存在明显优势，但在自然水体修复中设备化及工程化应用较少。本研究以雄安新区某坑塘为考察区域，采用以载体生物膜为核心技术的治理方案对坑塘水体进行原位修复，解决了液态菌剂反复投加导致工程成本高、见效慢等问题，同时对载体生物膜技术的处理效果、经济成本及适用性进行综合评价。
1项目介绍
本研究依托《雄县纳污坑塘及重点支干渠水质净化工程项目设计施工总承包（纳污坑塘类）第 4 标段》，以马务头南大窑坑，106，107号道务二村东北角三处坑塘为例。该三处坑塘面积2000~10000平方不等，平均水深1.5~3米。
表1 治理前水质
2主要措施
2.1微生物菌剂
微生物菌剂治理技术是通过向水中投加生物净水剂，构建优势微生物群落。生物净水剂分为三种：一种为改底型生物酶制剂，投加后沉底能够快速改善水体黑臭状态，降低水体中各项污染指标，改善水底缺氧状态，逐渐消解水底污泥；一种为复合菌剂，通过定期向水中投加，维持水体中菌群的平衡，持续消解不断流入水体中的污染物，实现水体自净，消除黑臭；一种为生物制剂，通过向水体投加。
2.2水生植物栽种
水生植物栽种，是一种可以用于湖泊、水库等风浪大的水体以及北方农村地区纳污坑塘的绿植，一般以荷花、睡莲、香蒲、芦苇为主。一方面植物通过水下根系不断吸收水中的N、P等营养，另一方面密集的根系为微生物的生长繁殖提供天然场所；当水流经水生植物群落时，植物群落中的好氧菌、厌氧菌对水中物质不断降解、转化，植物根系不断吸收N、P等营养物质，从而达到净化水体的目的。
2.3人工曝气
人工曝气采用太阳能光伏曝气机。太阳能光伏曝气机，以太阳能作为设备运转的直接动力，设置独特的旋切提拉曝气叶轮，通过叶轮旋转提升作用，将底部缺氧水提升到空中，与空气中的氧气混合，提高水体的含氧量，提高水体自净能力。曝气机喷出的水花，可以作为坑塘景观，提升坑塘的整体环境。
3试验方法
在纳污坑塘未进行清淤的情况下，将曝气机固定在水体中，使得水体循环起来，在不断循环过程中，水体不断流经植物群落。根据现场坑塘水质情况和微生物菌剂的种类差异，控制曝气时间、投加时间和投加浓度如下：
第1天按照8ppm投加生物酶制剂，厌氧两天；第3天按照3ppm投加生物制剂，厌氧三天；第6天按照5ppm投加复合菌剂，曝气两天；第八天按照8ppm投加生物酶制剂，厌氧三天；第11天按照3ppm投加生物制剂，厌氧两天；第13天按照5ppm投加复合菌剂，曝气两天，第15天开始进行间歇性曝气
3.1试验结果.
通过外加微生物菌剂、人工曝气增氧、水生植物群落三项主要措施，15天后水质优于《地表水环境质量标准》GB3838-2002中Ⅴ类水标准。后期通过定时开启太阳能曝气机向水中曝气充氧，可以改善水底厌氧环境，抑制厌氧微生物的活动，减少水体中恶臭气体的产生，减轻对周边大气的污染，改善周边居民的生活环境。曝气充氧能够提高水下植物表面附着微生物的活性，抑制水中藻类的爆发，促进鱼类生长，有利于人工生态系统的长效稳定运行，从而使得水体水质持久达标。
纳污坑塘内单纯曝气充氧会在坑塘中形成死角区域，该区域内水体中的DO（溶解氧）质量浓度会急剧下降，使得厌氧型微生物成长为优势菌群，臭气产生，水体发黑，水体产生富营养化。该纳污坑塘内放置的曝气机同时能够使水不断循环，保证坑塘中的水1.5小时内循环一遍。水体由原来的静止状态变为流动状态，水中的物质不断得到交换，使得进入坑塘中的原水迅速得到稀释，水体中的DO含量分布均匀，消除了死水区域。
纳污坑塘治理过程中，通过15天的微生物技术治理，水质改善明显，后通过半个月的持续监测，其中COD、氨氮、总磷的指标数值（以马务头南大窑坑为例）优于《地表水环境质量标准》GB3838-2002中Ⅴ类水标准。其中，COD、氨氮、总磷在治理过程中数值变化见图5。
图5 投撒复合菌剂
由图5、可以看出，纳污坑塘中COD由开始的380mg/L下降到27mg/L，氨氮由开始的29mg/L下降到1.41mg/L，总磷由开始的1.96mg/L下降到0.11mg/L。在纳污坑塘治理初期，纳污坑塘中DO（溶解氧）的质量浓度为0.2mg/L，后期通过曝气充氧技术DO的质量浓度提升到2.9 mg/L。治理后的纳污坑塘，坑塘中黑臭现象消失，水体透明度增加，水质得到改善，纳污坑塘内植物生长良好，人工生态系统运行正常，水体的自净能力得到恢复。
结论
本研究纳污坑塘的治理思想是通过微生物治理技术、光能曝气充氧技术、人工种植水生植物等组合措施，将纳污坑塘中的水体进行污染防治同时使得水体的自净能力得到恢复。
通过15天的治理和15天的维护观察，纳污坑塘（马务头南大窑坑）中COD由开始的380mg/L下降到27mg/L，氨氮由开始的29mg/L下降到1.41mg/L，总磷由开始的1.96mg/L下降到0.11mg/L。在纳污坑塘治理初期，纳污坑塘中DO（溶解氧）的质量浓度为0.2mg/L，后期通过曝气充氧技术DO的质量浓度提升到2.9 mg/L。治理后的纳污坑塘，坑塘中黑臭现象消失，水体透明度增加，水质优于《地表水环境质量标准》GB3838-2002中Ⅴ类水标准。
1.该综合治理技术是基于生态系统的运行原理，设置人工曝气充氧和预生物处理技术作为辅助，最大限度减少对自然环境的影响，使得纳污坑塘水质持续符合标准；
2.在清淤的条件下，经过实施微生物治理技术15d后，纳污坑塘水体中COD、氨氮、总磷的去除率分别达到92.9%、95.1%、94.4%，透明度有5.5cm提升至70cm，使得水体的黑臭现象得到快速消除，证明了该人工生态系统具有很强的自净能力。
论文作者:李振1,刘测2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
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