引言

水(shui)(shui)是人(ren)類生(sheng)(sheng)命(ming)(ming)之(zhi)源,是人(ren)類賴(lai)以(yi)生(sheng)(sheng)存的(de)(de)(de)基本(ben)物質,人(ren)類的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)命(ming)(ming)活動和(he)生(sheng)(sheng)產活動都離(li)不開水(shui)(shui)。隨著世界人(ren)口增長和(he)社會經濟發(fa)展,人(ren)們(men)對水(shui)(shui)的(de)(de)(de)需求日(ri)益增長,同時(shi),用水(shui)(shui)的(de)(de)(de)浪(lang)費和(he)水(shui)(shui)資源的(de)(de)(de)污(wu)染(ran)使優質水(shui)(shui)資源日(ri)益短缺(que),已成為制約可持續發(fa)展的(de)(de)(de)重(zhong)要因素。由于工(gong)農業(ye)及人(ren)類自身(shen)的(de)(de)(de)需要,地(di)(di)表水(shui)(shui)域附近往往是人(ren)類聚居之(zhi)地(di)(di)。城市的(de)(de)(de)日(ri)益擴大和(he)工(gong)農業(ye)的(de)(de)(de)迅(xun)猛發(fa)展,導致周(zhou)圍水(shui)(shui)域的(de)(de)(de)污(wu)染(ran)加重(zhong)[1]。目(mu)前(qian),我國1/3以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)河段受到污(wu)染(ran),90%以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)城市水(shui)(shui)域污(wu)染(ran)嚴重(zhong),盡管已采取了一些控制措施,但(dan)因排入地(di)(di)表水(shui)(shui)體的(de)(de)(de)污(wu)染(ran)物生(sheng)(sheng)物降解性越(yue)來越(yue)差,造成污(wu)染(ran)物質在水(shui)(shui)體中(zhong)長期累積,超過(guo)了地(di)(di)表水(shui)(shui)的(de)(de)(de)自凈能力。

以往,人(ren)們過多(duo)(duo)關注嚴(yan)重(zhong)污(wu)(wu)染的(de)(de)(de)場合,而對于污(wu)(wu)染程度不是很(hen)嚴(yan)重(zhong)且常被(bei)忽視的(de)(de)(de)地表水體污(wu)(wu)染問(wen)題(ti)卻缺乏(fa)應有的(de)(de)(de)重(zhong)視,近年(nian)來(lai),世界各(ge)國環境保護科(ke)研工作(zuo)者(zhe)均開始對此展開專項研究(jiu),提出了各(ge)種控制對策(ce)和(he)治(zhi)理措(cuo)施,但限于地表水體的(de)(de)(de)復雜性(xing)和(he)龐(pang)大(da)的(de)(de)(de)治(zhi)理工程開支,研究(jiu)進展極其緩慢,可(ke)推廣的(de)(de)(de)成果不多(duo)(duo)。

地(di)(di)表(biao)(biao)水(shui)(shui)體是人類賴以生(sheng)(sheng)存的(de)(de)寶貴(gui)資源,其中(zhong)便(bian)于利(li)用的(de)(de)地(di)(di)表(biao)(biao)淡水(shui)(shui)資源僅占(zhan)淡水(shui)(shui)總量的(de)(de)0.014%,其珍貴(gui)之處不(bu)言自喻。然而,工(gong)農業的(de)(de)快速發(fa)展(zhan),導(dao)致大量復雜的(de)(de)污(wu)染物(wu)通過(guo)各種途徑輸入(ru)地(di)(di)表(biao)(biao)水(shui)(shui)體,有(you)限的(de)(de)地(di)(di)表(biao)(biao)水(shui)(shui)資源正在遭(zao)受(shou)著(zhu)(zhu)不(bu)同(tong)程度的(de)(de)污(wu)染,水(shui)(shui)體生(sheng)(sheng)態(tai)環(huan)境日趨(qu)惡化,生(sheng)(sheng)物(wu)多(duo)樣性遭(zao)到嚴重破壞,不(bu)僅影響(xiang)了人類正常生(sheng)(sheng)活(huo),還制約著(zhu)(zhu)經(jing)濟發(fa)展(zhan),污(wu)染地(di)(di)表(biao)(biao)水(shui)(shui)修復課題的(de)(de)研究(jiu)迫在眉(mei)睫。

1　受污染地表水(shui)特征及修復(fu)技術

1.1　受污染(ran)地表水(shui)特征

地(di)表(biao)水(shui)體(ti)不同于地(di)下水(shui)體(ti),同后者(zhe)相比(bi),前者(zhe)因完全(quan)裸(luo)露于外界環境中,因此更缺乏(fa)自(zi)(zi)然的(de)保護(hu)。河(he)流、湖泊(bo)和(he)濕(shi)地(di)等是由種群(qun)豐富(fu)的(de)土著微生(sheng)物(wu)、水(shui)生(sheng)植物(wu)和(he)水(shui)生(sheng)動物(wu)組成的(de)、具有強大自(zi)(zi)凈(jing)能(neng)力的(de)獨(du)特生(sheng)態系(xi)統。但由于種種原因,受到(dao)污染的(de)地(di)表(biao)水(shui)體(ti)遭受了(le)超越自(zi)(zi)身(shen)凈(jing)化能(neng)力的(de)不可(ke)恢復性破壞,需要人為干預,恢復其生(sheng)態原貌。

受污(wu)染地表水的(de)特(te)征主要有以下幾方面[1]。

(1)受污(wu)(wu)染途徑(jing)多,包括沿水(shui)區域生活污(wu)(wu)水(shui)、工業廠礦(kuang)廢水(shui)、居民生活垃圾(ji)排放(fang)、農(nong)業徑(jing)流、水(shui)路交通油品泄露以及雨水(shui)徑(jing)流匯水(shui)攜(xie)污(wu)(wu)等;

(2)流動性大,污(wu)染(ran)區域(yu)廣,分(fen)布范圍寬,難以(yi)異(yi)位集(ji)中處理(li);

(3)地(di)表水體中(zhong)顆粒物濃度較高,一(yi)些有(you)毒有(you)害有(you)機(ji)物附(fu)著其上,并隨之沉(chen)積(ji)于(yu)水底(di)底(di)泥中(zhong),有(you)可能引起水的二次污染;

 (4)污染程度和污染物(wu)分(fen)布受深度、流域、季節等多因(yin)素控(kong)制(zhi);

(5)具有晴儲雨暴的(de)污(wu)染特征;

(6)多(duo)數污染(ran)地(di)表水屬于微污染(ran)水體,污染(ran)物(wu)濃度較低,降解(jie)功(gong)能菌(jun)難以成為優勢菌(jun)群。

1.2　污染地表水體修復(fu)技術

在污(wu)染水(shui)環境修復(fu)技(ji)術(shu)方(fang)面,目前(qian)主要(yao)(yao)分(fen)為兩(liang)大部分(fen),對(dui)于富營養(yang)(yang)化(hua)湖泊(bo)水(shui)體,主要(yao)(yao)采用營養(yang)(yang)鹽控(kong)制,清淤挖泥,化(hua)學、機械等(deng)方(fang)法(fa)直接除(chu)藻,生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)調控(kong),水(shui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)高等(deng)植物(wu)修復(fu),物(wu)理(li)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)態工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu),固(gu)定化(hua)微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)技(ji)術(shu)等(deng);而對(dui)于污(wu)染河道(流)主要(yao)(yao)采用前(qian)置庫技(ji)術(shu),濕(shi)地系統(tong)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)(包(bao)括天然濕(shi)地和(he)人工(gong)濕(shi)地技(ji)術(shu)),土(tu)地滲(shen)濾處(chu)理(li)(包(bao)括土(tu)地慢速滲(shen)濾、土(tu)地快速滲(shen)濾、人工(gong)復(fu)合滲(shen)濾床),生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)態濾池技(ji)術(shu)以及生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)態混凝土(tu)技(ji)術(shu)等(deng)。總體上可以歸納(na)為化(hua)學修復(fu)法(fa)、物(wu)理(li)修復(fu)法(fa)、生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)態修復(fu)法(fa)和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)修復(fu)法(fa)。

化學修(xiu)復(fu)法的(de)實質是利用化學藥劑(ji)復(fu)雜的(de)化學及物(wu)(wu)(wu)化作用(包括中和(he)、絡合、生成氣體或沉淀、破乳(ru)化、膠體失穩、萃(cui)取、凝聚與絮(xu)凝等),將(jiang)污染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)從水相轉移到另一種(zhong)物(wu)(wu)(wu)相,污染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)的(de)物(wu)(wu)(wu)態雖(sui)然改(gai)變(bian),但并未從根本(ben)上(shang)消(xiao)滅污染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu),且投加(jia)化學藥劑(ji)易(yi)產生二(er)次污染(ran)(ran)。

物理(li)修(xiu)復法是指利(li)用阻隔(ge)物、過濾機、過濾池或大型沉(chen)淀池等(deng)(deng)方式去除(chu)水體中污染(ran)物的技術,修(xiu)復對象的主要(yao)特征(zheng)是懸浮物污染(ran),經常采(cai)取疏挖底泥、機械除(chu)藻、引水清淤等(deng)(deng)措施,因適用范圍的限制,往往與其他修(xiu)復技術配合應用。

生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)修(xiu)復是利用(yong)植物(wu)(wu)(wu)、動物(wu)(wu)(wu)及微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)對污(wu)染物(wu)(wu)(wu)的(de)富集(ji)、吸收降解等作用(yong)修(xiu)復水體(ti),修(xiu)復過程(cheng)可自然、原位地進(jin)行(xing),工程(cheng)投資僅為物(wu)(wu)(wu)理法(fa)(fa)、化學法(fa)(fa)修(xiu)復的(de)30%～50%。狹義的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)修(xiu)復主要(yao)指微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)修(xiu)復。

生(sheng)(sheng)態修(xiu)復法(fa)主(zhu)要采取塘(tang)、人工濕(shi)地(di)、岸邊帶水生(sheng)(sheng)植被恢復、水生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)系統恢復及河道保護等技術(shu),由(you)于生(sheng)(sheng)態修(xiu)復法(fa)的核心還是生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)吸收、降解技術(shu),因此常和生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)修(xiu)復聯(lian)合使用。

污染地(di)(di)表水(shui)體的(de)(de)特殊性質(zhi)增加了(le)物理法(fa)、化學法(fa)修(xiu)復的(de)(de)困難性。近(jin)年來(lai),隨著各種新(xin)型生(sheng)物載體(填(tian)料)的(de)(de)研發(fa),生(sheng)物膜技(ji)術(shu)得到了(le)發(fa)展,并被用于(yu)污染地(di)(di)表水(shui)的(de)(de)修(xiu)復。

2　生物膜技術在地表水修復中的應用

生(sheng)物(wu)膜(mo)技(ji)術(shu)是(shi)人(ren)(ren)們長期以(yi)來根(gen)據(ju)自(zi)然(ran)界中(zhong)水(shui)體(ti)自(zi)凈(jing)的(de)(de)現象,農田灌溉(gai)時土壤對(dui)(dui)污(wu)染物(wu)的(de)(de)凈(jing)化作用以(yi)及有機(ji)物(wu)的(de)(de)腐敗過(guo)程(cheng),總結、模擬而發(fa)展起來的(de)(de)一種污(wu)水(shui)處理(li)技(ji)術(shu)。它以(yi)天然(ran)材(cai)料(如(ru)卵石、礫石及天然(ran)河床等)或人(ren)(ren)工(gong)(gong)合(he)成接觸材(cai)料(如(ru)塑料、纖維等)為載(zai)體(ti),使微生(sheng)物(wu)群體(ti)呈(cheng)膜(mo)狀附(fu)著(zhu)于載(zai)體(ti)表(biao)(biao)面(mian)上(shang),通過(guo)與污(wu)水(shui)接觸,生(sheng)物(wu)膜(mo)上(shang)的(de)(de)微生(sheng)物(wu)攝(she)取(qu)污(wu)水(shui)中(zhong)的(de)(de)有機(ji)物(wu)作為營養并加以(yi)同化,從而使污(wu)水(shui)得到(dao)凈(jing)化。由(you)于載(zai)體(ti)比表(biao)(biao)面(mian)積大(da),可附(fu)著(zhu)大(da)量微生(sheng)物(wu),因此對(dui)(dui)污(wu)染物(wu)的(de)(de)降解能力很(hen)強。生(sheng)物(wu)膜(mo)接觸氧化法是(shi)生(sheng)物(wu)—生(sheng)態聯(lian)合(he)修復技(ji)術(shu)的(de)(de)一種主(zhu)要(yao)工(gong)(gong)藝,其核心構件是(shi)生(sheng)物(wu)填料,生(sheng)物(wu)填料的(de)(de)材(cai)質和外(wai)型直接關系(xi)到(dao)生(sheng)物(wu)膜(mo)量和處理(li)性能。

2.1　生物膜法修復地(di)表(biao)水的基本原理

地表(biao)(biao)水(shui)體砂(sha)礫表(biao)(biao)面(mian)一(yi)般都(dou)附(fu)著(zhu)有(you)一(yi)層微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)膜,當流水(shui)通過其表(biao)(biao)面(mian)時,其中(zhong)(zhong)的有(you)機物(wu)(wu)就會被生(sheng)物(wu)(wu)膜吸附(fu),進而氧化分解,因而,地表(biao)(biao)水(shui)體本身具有(you)一(yi)定的自凈能(neng)力(li)。通過填(tian)充(chong)填(tian)料來凈化地表(biao)(biao)水(shui)體,實質是對(dui)地表(biao)(biao)水(shui)體自凈能(neng)力(li)的一(yi)種(zhong)強化,即利用填(tian)料比(bi)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)大(da)(da),附(fu)著(zhu)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)種(zhong)類多、數量大(da)(da)的特(te)點(dian),人為加大(da)(da)河流中(zhong)(zhong)可降解污染物(wu)(wu)質的微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的種(zhong)類和(he)數量,從(cong)而使(shi)河流的自凈能(neng)力(li)成倍(bei)增(zeng)長(chang)[2-3]。

附著(zhu)在填料上生物膜降解污(wu)染(ran)物質的(de)過程一般可分為4個(ge)階段。

(1)污染(ran)物(wu)(wu)質向生物(wu)(wu)膜(mo)表面擴散;

(2)污(wu)染物(wu)(wu)在生物(wu)(wu)膜(mo)內部擴散;

(3)微生物分泌的(de)酵素與催化劑發(fa)生化學反應(ying);

(4)代謝(xie)生成物(wu)排(pai)出生物(wu)膜。

生物膜由于(yu)固著在(zai)填料上,因此能(neng)(neng)在(zai)其中生長世代(dai)時間較(jiao)長的微生物,如(ru)硝(xiao)化(hua)菌(jun)等,見圖(tu)1。另外,在(zai)生物膜上還(huan)(huan)可(ke)能(neng)(neng)大量出現絲狀菌(jun)、輪蟲、線蟲等,使生物膜凈化(hua)能(neng)(neng)力(li)增強的同時還(huan)(huan)有脫氮除磷(lin)的作用。該(gai)方法由于(yu)沒有引入(ru)外來菌(jun)種,所(suo)以沒有改(gai)變地表水(shui)體原有的生態系統,有利于(yu)污(wu)染水(shui)體的自我恢復(fu)。

2.2　生(sheng)物膜技術在(zai)地表水修復中的應用

用(yong)于(yu)微污染(ran)水(shui)體修復的(de)生物膜技術(shu)是(shi)(shi)近年來國內外為解決水(shui)域污染(ran)而研究(jiu)開發的(de)重點技術(shu)。許多(duo)發達國家,如日本、韓國等(deng)已經用(yong)于(yu)工程實踐,我國則剛剛起步,還只(zhi)是(shi)(shi)處于(yu)試驗階段,但發展較快。當前(qian),日韓等(deng)國用(yong)于(yu)凈化(hua)(hua)河流的(de)生物膜技術(shu)主要有礫間(jian)接觸氧化(hua)(hua)法、人(ren)工填料接觸氧化(hua)(hua)法、薄層流法和伏流凈化(hua)(hua)法等(deng)[4-5]。

2.2.1　礫間接(jie)觸氧(yang)化法(fa)

礫間接觸(chu)氧(yang)化(hua)法是(shi)根據河床生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)凈化(hua)河水(shui)(shui)的(de)(de)(de)原理設計而(er)(er)(er)(er)成,通過(guo)人工填充的(de)(de)(de)礫石,使水(shui)(shui)與(yu)生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)的(de)(de)(de)接觸(chu)面積增大數十(shi)倍(bei),甚(shen)至上百倍(bei)。水(shui)(shui)中(zhong)污染物(wu)(wu)在(zai)礫間流動(dong)過(guo)程中(zhong)與(yu)礫石上附(fu)著的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)接觸(chu)、沉淀,進而(er)(er)(er)(er)被生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)作為(wei)營養物(wu)(wu)質而(er)(er)(er)(er)吸附(fu)、氧(yang)化(hua)分解,從而(er)(er)(er)(er)使水(shui)(shui)質得到(dao)改善(shan)。該方法使用天然材料(liao)為(wei)填料(liao),花費(fei)少,凈化(hua)效果好,因此得到(dao)了廣(guang)泛(fan)的(de)(de)(de)應用。如(ru)日(ri)本(ben)野川凈化(hua)場、坂川古崎(qi)凈化(hua)場和(he)韓國(guo)良才川水(shui)(shui)質生(sheng)態-生(sheng)物(wu)(wu)修復設施[4,6-7]。

日本多摩川(chuan)(chuan)(chuan)支流(liu)野川(chuan)(chuan)(chuan)因大量的(de)(de)生(sheng)活(huo)污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)排(pai)入(ru)致使水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)惡(e)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua),BOD等各項指(zhi)標嚴(yan)重超(chao)標,水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)體(ti)污(wu)(wu)(wu)(wu)染嚴(yan)重,給人們的(de)(de)生(sheng)產和(he)(he)生(sheng)活(huo)帶來了(le)極大的(de)(de)不便。為(wei)(wei)此,設立了(le)野川(chuan)(chuan)(chuan)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang),使野川(chuan)(chuan)(chuan)的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)先進入(ru)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang),經(jing)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)再(zai)注入(ru)多摩川(chuan)(chuan)(chuan)。凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang)設立在野川(chuan)(chuan)(chuan)一側的(de)(de)河(he)灘(tan)地(di)帶,為(wei)(wei)地(di)下(xia)構(gou)造(zao)式,自(zi)建成投(tou)入(ru)使用后(hou),大約經(jing)過6年的(de)(de)運行(xing)結果觀測,進入(ru)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)槽污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)BOD和(he)(he)SS的(de)(de)平均值為(wei)(wei)12.7mg/L和(he)(he)9.0mg/L,經(jing)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)槽凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)BOD和(he)(he)SS的(de)(de)平均值為(wei)(wei)5.2mg/L和(he)(he)3.3mg/L,去除率分別(bie)為(wei)(wei)59.1%和(he)(he)63.3%[4].此外(wai),該(gai)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang)所需(xu)的(de)(de)填料卵(luan)石(shi)是(shi)現場(chang)(chang)(chang)取(qu)自(zi)多摩川(chuan)(chuan)(chuan)的(de)(de)高水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位河(he)床,省工(gong)省錢;取(qu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位也是(shi)利用野川(chuan)(chuan)(chuan)的(de)(de)自(zi)然水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位差設計,不需(xu)動(dong)力;凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang)由于采用地(di)下(xia)構(gou)造(zao)式,上覆(fu)土砂,還可做(zuo)為(wei)(wei)居民(min)游憩的(de)(de)公園(yuan)或廣場(chang)(chang)(chang)。日本江(jiang)戶川(chuan)(chuan)(chuan)支流(liu)坂川(chuan)(chuan)(chuan)古(gu)崎凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)場(chang)(chang)(chang)也是(shi)以卵(luan)石(shi)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)填料,利用生(sheng)物(wu)膜(mo)技術對水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)體(ti)進行(xing)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。污(wu)(wu)(wu)(wu)染物(wu)在接觸(chu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)槽內通過接觸(chu)沉淀、吸附和(he)(he)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)分解作(zuo)(zuo)用實現凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua),自(zi)1993年投(tou)入(ru)運行(xing)以來,系列觀測結果表(biao)明,河(he)道微污(wu)(wu)(wu)(wu)染水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)體(ti)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)有明顯(xian)改善(shan)[6]。韓國良(liang)才(cai)川(chuan)(chuan)(chuan)于1995年實施(shi)(shi)卵(luan)石(shi)接觸(chu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)生(sheng)物(wu)-生(sheng)態(tai)治(zhi)理工(gong)程,凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)設施(shi)(shi)日處理能力為(wei)(wei)32000t/d。河(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)經(jing)攔河(he)橡(xiang)膠壩攔截(jie)后(hou)引入(ru)帶攔污(wu)(wu)(wu)(wu)柵的(de)(de)進水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)口,水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)經(jing)過進水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)自(zi)動(dong)閥,經(jing)污(wu)(wu)(wu)(wu)物(wu)濾網進入(ru)污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管流(liu)入(ru)接觸(chu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)槽,氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)槽中(zhong)放(fang)置卵(luan)石(shi),污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)通過氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)槽得到凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou),再(zai)匯集到清水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管中(zhong),由清水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)出(chu)(chu)口排(pai)入(ru)橡(xiang)膠壩下(xia)游側。設施(shi)(shi)建成至今已穩定運行(xing)多年,治(zhi)污(wu)(wu)(wu)(wu)效果顯(xian)著[7]。

2.2.2　人工填料接(jie)觸氧(yang)化法

人工填料接(jie)觸氧(yang)化(hua)(hua)法(fa)是(shi)在(zai)(zai)小(xiao)型河(he)道、排水溝(渠(qu))內(nei)或外設置凈(jing)化(hua)(hua)設施,在(zai)(zai)設施內(nei)填充粒狀、細線狀、墊(dian)子狀、波(bo)板狀填料等(deng),利用填料比表(biao)面(mian)積大、空隙(xi)率高的(de)特點,使大量(liang)的(de)微生物(wu)(wu)附(fu)著(zhu)在(zai)(zai)其(qi)表(biao)面(mian),形成生物(wu)(wu)膜。當污水流(liu)(liu)(liu)(liu)過凈(jing)化(hua)(hua)裝置時,其(qi)中的(de)污染物(wu)(wu)質與生物(wu)(wu)膜接(jie)觸被吸附(fu)、沉淀,進而(er)被分解(jie)。這樣(yang),污水在(zai)(zai)排入河(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)之前就能(neng)得(de)到充分的(de)凈(jing)化(hua)(hua),減(jian)少(shao)了(le)河(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)污染的(de)發生源。同時,還能(neng)對污染的(de)河(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)起(qi)到稀釋作用。近年(nian)來,該方(fang)法(fa)因其(qi)投資省(sheng)、凈(jing)化(hua)(hua)效果好,所以在(zai)(zai)河(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)直接(jie)凈(jing)化(hua)(hua)中應用較多,日(ri)本建(jian)設省(sheng)已(yi)建(jian)成使用的(de)采用該方(fang)法(fa)凈(jing)化(hua)(hua)中小(xiao)河(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)處(chu)理設施就有150多個。如(ru)日(ri)本千(qian)葉縣排水溝和(he)廣(guang)島(dao)縣福山市排水渠(qu)[4,8],我國太湖流(liu)(liu)(liu)(liu)域(yu)小(xiao)河(he)道修復(fu)試驗研究[9]。

福山市排(pai)水渠寬3.5m,水深(shen)約65cm;進(jin)水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)BOD值為(wei)(wei)2.8～8.1mg/L,COD值為(wei)(wei)7.5～10.8mg/L,SS為(wei)(wei)7.0～19.0mg/L;流(liu)量為(wei)(wei)2328～10368m3/d。渠內布(bu)置(zhi)細(xi)繩狀生(sheng)物(wu)填(tian)(tian)料(liao),采用(yong)(yong)6段(duan)式設置(zhi),共延長(chang)32m。經4年的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing),其BOD的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)11%～46%;COD的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)2%～32%;SS有去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)16%～53%,進(jin)一步提高了(le)(le)(le)排(pai)水渠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水質(zhi)。千葉縣排(pai)水溝凈化(hua)設施設置(zhi)于(yu)溝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一側(ce),采用(yong)(yong)新型(xing)不織布(bu)為(wei)(wei)填(tian)(tian)料(liao),其特點是比表面(mian)積大(da)、孔隙多、通(tong)氣性好。該凈化(hua)設施自1996年開始運(yun)行(xing)以來(lai),凈化(hua)效果十分明顯,SS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)凈化(hua)效率(lv)(lv)(lv)達到了(le)(le)(le)97%,BOD和(he)COD的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)也分別達到了(le)(le)(le)88%和(he)70%。大(da)大(da)減少了(le)(le)(le)進(jin)入河(he)(he)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)污染物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量,使河(he)(he)流(liu)污染得(de)到了(le)(le)(le)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)控制[8]。河(he)(he)海大(da)學田偉(wei)君(jun)等[9]利用(yong)(yong)仿生(sheng)填(tian)(tian)料(liao)在太湖林莊港(gang)進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)120m長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)河(he)(he)道(dao)修復試驗(yan),穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)期間填(tian)(tian)料(liao)上附著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)膜厚(hou)度(du)可達0.8～1.1mm,對(dui)(dui)CODMn的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)穩(wen)定(ding)在10%左右,對(dui)(dui)NH4+2N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)穩(wen)定(ding)在40%左右,對(dui)(dui)TN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)達到了(le)(le)(le)20%,而對(dui)(dui)TP的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)也在25%左右。王(wang)淑梅等[5]在深(shen)圳市福田河(he)(he)一420m長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)河(he)(he)段(duan)進(jin)行(xing)原位(wei)綜(zong)合(he)凈化(hua)試驗(yan),經過3個月(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing),CODCr,BOD5,NH+42N,TN,TP和(he)SS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)(lv)(lv)分別達到67.4%、8717%、34.3%、30.3%、53.3%和(he)39.7%,該技(ji)術能夠改善污染相(xiang)對(dui)(dui)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)城(cheng)市河(he)(he)流(liu)水質(zhi)。

2.2.3　薄層(ceng)流法(fa)

河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)自(zi)(zi)凈(jing)(jing)主要(yao)通過附著(zhu)在河(he)(he)床(chuang)及水生(sheng)植(zhi)物(wu)上的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)膜以(yi)達(da)到凈(jing)(jing)化(hua)有機污染物(wu)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。薄(bo)層流(liu)(liu)(liu)凈(jing)(jing)化(hua)法著(zhu)眼于此,采(cai)用(yong)增(zeng)(zeng)大生(sheng)物(wu)膜的(de)(de)(de)附著(zhu)面(mian)積(ji),以(yi)減少單位生(sheng)物(wu)膜的(de)(de)(de)處理水量而提高河(he)(he)床(chuang)的(de)(de)(de)自(zi)(zi)凈(jing)(jing)能力。具體方法是增(zeng)(zeng)加河(he)(he)面(mian)的(de)(de)(de)寬(kuan)度使(shi)水深(shen)(shen)變淺,增(zeng)(zeng)大河(he)(he)水與河(he)(he)床(chuang)的(de)(de)(de)接(jie)觸面(mian)積(ji),工程建設可(ke)使(shi)河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)凈(jing)(jing)化(hua)能力增(zeng)(zeng)強數倍到數10倍[10]。例如,河(he)(he)寬(kuan)為(wei)(wei)原(yuan)河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)2倍,水深(shen)(shen)為(wei)(wei)原(yuan)河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)1/2,河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)凈(jing)(jing)化(hua)能力就為(wei)(wei)原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)2倍;如河(he)(he)寬(kuan)為(wei)(wei)原(yuan)河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)4倍,水深(shen)(shen)為(wei)(wei)原(yuan)河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)1/4,河(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)凈(jing)(jing)化(hua)能力就變成原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)4倍。

2.2.4　伏流(liu)凈化法(fa)

伏流(liu)(liu)(liu)凈化(hua)(hua)法(fa)主(zhu)要是利用(yong)(yong)(yong)(yong)河(he)(he)(he)床(chuang)向(xiang)地(di)(di)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)滲(shen)透(tou)(tou)作用(yong)(yong)(yong)(yong)和伏流(liu)(liu)(liu)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)稀釋(shi)作用(yong)(yong)(yong)(yong)來凈化(hua)(hua)河(he)(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)[10]。所謂伏流(liu)(liu)(liu)即(ji)從河(he)(he)(he)床(chuang)向(xiang)地(di)(di)下(xia)(xia)滲(shen)入(ru)沿(yan)地(di)(di)下(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)脈(mo)流(liu)(liu)(liu)動的(de)(de)(de)地(di)(di)下(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)(liu)。經泥沙過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)后(hou)的(de)(de)(de)伏流(liu)(liu)(liu)水(shui)(shui)(shui)(shui)相對(dui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)良好。伏流(liu)(liu)(liu)凈化(hua)(hua)法(fa)是將伏流(liu)(liu)(liu)水(shui)(shui)(shui)(shui)用(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)泵抽出(chu)并送回河(he)(he)(he)流(liu)(liu)(liu),以降(jiang)低地(di)(di)下(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)位來促使(shi)地(di)(di)下(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)加速滲(shen)透(tou)(tou),該(gai)方法(fa)可(ke)被看作是一(yi)種緩(huan)速過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)法(fa)(微生物(wu)膜(mo)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)),整(zheng)個(ge)河(he)(he)(he)床(chuang)是一(yi)個(ge)大的(de)(de)(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)池,由河(he)(he)(he)床(chuang)上附著的(de)(de)(de)生物(wu)膜(mo)構成緩(huan)速過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)池的(de)(de)(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)膜(mo),污染的(de)(de)(de)河(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)經過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)膜(mo)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)作用(yong)(yong)(yong)(yong)緩(huan)慢(man)地(di)(di)向(xiang)地(di)(di)下(xia)(xia)擴散,成為(wei)清(qing)(qing)潔的(de)(de)(de)地(di)(di)下(xia)(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)。用(yong)(yong)(yong)(yong)于稀釋(shi)的(de)(de)(de)伏流(liu)(liu)(liu)水(shui)(shui)(shui)(shui)是滲(shen)入(ru)地(di)(di)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)清(qing)(qing)潔水(shui)(shui)(shui)(shui),人為(wei)用(yong)(yong)(yong)(yong)泵提升到地(di)(di)面(mian)來稀釋(shi)河(he)(he)(he)流(liu)(liu)(liu),使(shi)河(he)(he)(he)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)自凈作用(yong)(yong)(yong)(yong)進一(yi)步增強。

3　生物膜技術在應用中存在的問題及發展前景

人工生物膜(mo)強(qiang)化凈化技術(shu)的研究與應用(yong)雖(sui)然取得了(le)很大的成功,但仍(reng)存在一些尚(shang)需解決(jue)的問題。

(1)實際應(ying)用范圍較窄(zhai)。該類技術(shu)目前大(da)都應(ying)用在小(xiao)的(de)(de)水(shui)體中,對整個(ge)水(shui)域(yu)系統自我恢(hui)復能力的(de)(de)強化應(ying)用還沒有。

(2)應用(yong)(yong)(yong)(yong)過程中會對水域生態系(xi)統的(de)結構和(he)使用(yong)(yong)(yong)(yong)功能造(zao)成一定(ding)影響(xiang)。如生物膜技術(shu)應用(yong)(yong)(yong)(yong)時的(de)攔壩及在污染水體中使用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)載體會影響(xiang)到水域的(de)航(hang)運和(he)泄洪等功能。

(3)耗資較(jiao)大。目前生物膜(mo)技術在基(ji)建及運行方面所需費用較(jiao)高,每(mei)凈化一條小河流就相當于建了一個(ge)污水(shui)處(chu)理廠。因此(ci),該技術還(huan)需進(jin)一步完善(shan)。

從(cong)我(wo)國經濟條件和各種(zhong)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)應用(yong)情況(kuang)來(lai)看,生物(wu)-生態(tai)(tai)聯合(he)修(xiu)復技(ji)(ji)(ji)(ji)術將是今后研究的(de)(de)重點。該聯合(he)技(ji)(ji)(ji)(ji)術綜(zong)合(he)了生物(wu)凈(jing)化技(ji)(ji)(ji)(ji)術凈(jing)化效(xiao)果好的(de)(de)優點以及生態(tai)(tai)修(xiu)復技(ji)(ji)(ji)(ji)術強化水域(yu)生態(tai)(tai)系統自我(wo)恢復能(neng)力的(de)(de)優點,提高(gao)水域(yu)的(de)(de)自凈(jing)能(neng)力,恢復水域(yu)生態(tai)(tai)系統的(de)(de)原來(lai)面貌。人工生物(wu)膜技(ji)(ji)(ji)(ji)術是生物(wu)-生態(tai)(tai)聯合(he)修(xiu)復技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)一種(zhong)主要(yao)工藝(yi),它在日韓等(deng)國的(de)(de)成功應用(yong)為我(wo)國開展(zhan)污染地表(biao)水體修(xiu)復治(zhi)理提供了典(dian)范,隨(sui)著我(wo)國環境保護力度的(de)(de)加強以及環境污染治(zhi)理技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)發(fa)展(zhan),諸(zhu)如生物(wu)膜技(ji)(ji)(ji)(ji)術等(deng)一批(pi)生物(wu)、生態(tai)(tai)修(xiu)復技(ji)(ji)(ji)(ji)術將被廣泛(fan)應用(yong)于(yu)污染地表(biao)水體的(de)(de)治(zhi)理。

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作者簡介:陳(chen)　航(1969-),男,浙江(jiang)永康人,工(gong)程師.主要從事水資源監測(ce)、評價與管(guan)理工(gong)作.

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