成 豪

(重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400015)

前 言

近年來我國城鎮(zhèn)化率不斷提高，截至2018年末已達(dá)到59.58%[1]，伴隨而來的是越來越多的天然水體被納入城市建成區(qū)，在開發(fā)建設(shè)過程中如未施以適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，極易發(fā)生水質(zhì)惡化，形成黑臭水體，給人民生活和自然生態(tài)帶來不利影響。水體的致黑現(xiàn)象與帶色類有機(jī)化合物經(jīng)吸附絡(luò)合形成的懸浮顆粒有關(guān)，致臭現(xiàn)象則與水中有機(jī)污染物分解過程中耗氧速率超過復(fù)氧速率引發(fā)的水體缺氧存在聯(lián)系[2]。針對上述黑臭成因，本文采用碳素纖維生態(tài)草構(gòu)建微生物強(qiáng)化凈化系統(tǒng)，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)分析其凈化效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

生態(tài)浮島采用耐候性強(qiáng)的輕質(zhì)高分子材料制作(單個(gè)浮島直徑2m)，浮島下方懸掛碳素纖維生態(tài)草作為微生物載體，其比表面積可達(dá)約2 000m2/g，單根尺寸65cm×40cm，設(shè)置密度為每m3水體6.4根。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)湖灣位于重慶市主城區(qū)，水域面積約2 300m2。試驗(yàn)時(shí)間為7～11月,6月進(jìn)行設(shè)施安裝及調(diào)試；系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定后，于7～11月每月下旬進(jìn)行定期水質(zhì)采樣監(jiān)測。水樣由有機(jī)玻璃采水器采集，采樣深度0.5m。

1.3 測定指標(biāo)及方法

DO、pH、T：帶DO和pH探頭的哈希HQ40d便攜檢測儀；CODMn：酸性法；TN：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；NH3-N：納氏試劑分光光度法；TP：鉬銻抗分光光度法；浮游植物樣品處理及計(jì)數(shù)按照國家環(huán)保局《水生生物監(jiān)測手冊》相關(guān)內(nèi)容[3]執(zhí)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 DO質(zhì)量濃度變化情況

DO質(zhì)量濃度在監(jiān)測期內(nèi)總體呈先升后降趨勢(如圖1)，均值為(8.31±1.36)mg/L。8月出現(xiàn)最大值的原因與浮游植物種群密度增加有關(guān)，適宜的水溫和較低的水體流動性為浮游植物生長繁殖創(chuàng)造了良好條件，通過光合作用釋放的氧氣也更多[4]；8月以后隨著日照時(shí)間縮短、水溫降低、浮游植物種群密度減小，ρ(DO)也隨之逐月下降。

圖1 DO質(zhì)量濃度變化情況Fig.1 Monthly variation of the mass concentration of DO

2.2 CODMn質(zhì)量濃度變化情況

試驗(yàn)期間CODMn質(zhì)量濃度總體呈先降后升趨勢(如圖2所示)，均值為(6.20±1.38)mg/L，其中9～11月下降幅度較大，10～11月有小幅回升，總體去除率為39.5%，對比小試中71%的去除率[5]有所降低，其原因是多樣的：首先，試驗(yàn)湖灣屬于景觀水體，湖底沉積的底泥和周邊的人類活動會產(chǎn)生一定的內(nèi)源和外源污染；其次，本試驗(yàn)碳素纖維生態(tài)草設(shè)置密度低于小試(小試設(shè)置密度為每m3水體20根)[5]；此外，試驗(yàn)湖灣與湖泊其他水域之間仍存在一定的水體流動，并非小試中的完全封閉狀態(tài)；同時(shí)，湖畔植物的枯葉枯枝掉落或沖入水體以及風(fēng)向等因素[6]都可能對去除率造成一定影響。

圖2 CODMn質(zhì)量濃度變化情況Fig.2 Monthly variation of the mass concentration of CODMn

2.3 TN、NH3-N質(zhì)量濃度變化情況

圖3 TN質(zhì)量濃度變化情況Fig.3 Monthly variation of the mass concentration of TN

圖4 NH3-N質(zhì)量濃度變化情況Fig.4 Monthly variation of the mass concentration of NH3-N

2.4 TP質(zhì)量濃度變化情況

如圖5所示，試驗(yàn)期間TP質(zhì)量濃度均值為(0.08±0.02)mg/L，其中11月達(dá)到0.11 mg/L，對應(yīng)地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，其余月份均在地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。該變化趨勢可能與微囊藻具有較高的吸收和儲藏磷能力[10]有關(guān)：試驗(yàn)期間僅在11月的水樣中檢出微囊藻，種群密度為5.1×104ind./L，在上層水體中磷缺乏時(shí)具有偽空胞的微囊藻可從較深的水層中獲取更多的磷[10]，從而提高上層水體的ρ(TP)。試驗(yàn)期間TN/TP均值為(26.99±4.35)根據(jù)Guildford等提出的水中營養(yǎng)物限制性分類標(biāo)準(zhǔn)[11]，試驗(yàn)湖灣主要受磷素限制。

圖5 TP質(zhì)量濃度變化情況Fig.5 Monthly variation of the mass concentration of TP

2.5 浮游植物種群密度變化情況

試驗(yàn)期間浮游植物種群密度先升后降(如圖6)，最大值出現(xiàn)在8月，各月均值為(1.17×108±1.78×108)ind./L。有研究表明浮游植物比增長率與水溫存在下表中的對應(yīng)關(guān)系。

表 不同水溫下藻類比增長率[12]Tab. The specific growth rates of phytoplankton at different water temperatures

對比本試驗(yàn)中水溫變化曲線(如圖6)，8月水溫為27.1℃，處于25℃～30℃區(qū)間，浮游植物比增長率的提高導(dǎo)致8月種群密度增大，其中藍(lán)藻占比達(dá)95.4%。

圖6 水溫及浮游植物種群密度變化情況Fig.6 Monthly variation of water temperature and the population density of phytoplankton

3 結(jié) 論

3.1 試驗(yàn)條件下，CODMn和NH3-N的總體去除率分別為39.5%、54.6%，TN和TP無明顯去除效果，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)除TN外均在地表水V類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。較之小試，凈化效果有所下降，其原因可能與試驗(yàn)湖灣內(nèi)碳素纖維生態(tài)草設(shè)置密度、湖體及周邊環(huán)境因素等有關(guān)。

3.2 試驗(yàn)湖灣主要受磷素限制，針對其內(nèi)外源含磷污染物采取有效控制措施對于黑臭防治尤為重要。

3.3 在注重控源截污的同時(shí)，微囊藻等生物因子對水體ρ(TP)也存在一定的影響，在治污實(shí)踐中亦不容忽視。