沈 宇

(廣東河海工程咨詢有限公司深圳市分公司,廣東 深圳 518000)

1 概述

由于人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的干預(yù)，眾多種類的營(yíng)養(yǎng)鹽逐漸進(jìn)入水體并聚集，最終導(dǎo)致水體黑臭。黑臭水體中的溶解氧含量不斷降低，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)的不斷惡化形成厭氧區(qū)，嚴(yán)重影響水體中好氧生物的生存，進(jìn)而對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成比較嚴(yán)重的危害[1]。在自然河道和湖泊中，污染物可以分為外源性和內(nèi)源性兩大來源，而內(nèi)源性污染物主要來自河道底泥。由此可見，在河道生態(tài)修復(fù)工程中，不僅要控制好外源性污染物的排放，還應(yīng)該控制好底泥的內(nèi)源性釋放，這也是當(dāng)前河湖水體治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。

底泥作為河湖的沉積物，是自然水域的重要組成部分，其最上層一般呈黑色或深黑色，含有大量的營(yíng)養(yǎng)鹽和腐殖質(zhì)、重金屬等有害物質(zhì)。在河道黑臭底泥修復(fù)方面，主要有異位修復(fù)和原位修復(fù)兩個(gè)主要思路[3]。其中，異位修復(fù)就是將河道的黑臭底泥取出運(yùn)輸?shù)狡渌胤竭M(jìn)行固化填埋，這種方式由于操作難度高，且容易造成二次污染，因此運(yùn)用并不廣泛。原位修復(fù)技術(shù)主要有物理、化學(xué)和生物三類修讀方法。其中，生物修復(fù)技術(shù)具有很高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景，特別是生物促生技術(shù)在國(guó)外研究較早，應(yīng)用也比較廣泛。我國(guó)的生物促生技術(shù)目前尚處于起步階段，部分大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)做了許多試驗(yàn)，藥劑也基本是選用國(guó)外的產(chǎn)品[4]。另一方面，當(dāng)前的生物促生劑修復(fù)技術(shù)研究主要針對(duì)河道水體展開，對(duì)河道黑臭底泥修復(fù)效果的研究不多?；诖?，此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討生物促生劑對(duì)河道黑臭底泥的修復(fù)效果，以便為生物促生技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供支持和借鑒。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

此次試驗(yàn)中使用的黑臭底泥采自某典型黑臭水體河道。采樣使用的是自制采樣器，取自河道河床以下10cm部位的黑臭底泥。將獲得的樣本去除浮渣和石塊，然后放在陰涼處自然風(fēng)干備用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，底泥樣品的pH值為7.80，略偏堿性，含水率為45%，有機(jī)質(zhì)含量為4%。

試驗(yàn)用生物促生劑為某公司生產(chǎn)的BE(Bio-energizer)生物促生劑。該生物促生劑為酒紅色液體，比重為1.28kg/L，是一種集多項(xiàng)剪斷生物技術(shù)和生態(tài)原理為一體的生物治污技術(shù)的前沿產(chǎn)品，具有使用簡(jiǎn)單、無基建、無動(dòng)力消耗、經(jīng)濟(jì)成本低廉的優(yōu)勢(shì)。將其用于污染的水體，可以促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，恢復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)的可生化性特點(diǎn)，提高系統(tǒng)的處理效率。

2.2 試驗(yàn)方法

此次試驗(yàn)使用的試驗(yàn)裝置的總反應(yīng)體積為600ml。試驗(yàn)中首先取100ml的黑臭底泥樣品平鋪于圓柱形反應(yīng)容器的底部，厚度約2.5cm，然后加入生物促生劑反應(yīng)至規(guī)定時(shí)間，在反應(yīng)過程中要進(jìn)行微曝氣充氧，以便改變黑臭底泥的厭氧環(huán)境[5]。在試驗(yàn)結(jié)束之后，對(duì)黑臭底泥中的有機(jī)質(zhì)、蛋白質(zhì)以及多糖含量的變化，探究生物促生劑對(duì)黑臭底泥的修復(fù)效果[6]。同時(shí)，通過對(duì)不同生物促生劑摻加量試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，為實(shí)際工程應(yīng)用中的生物促生劑摻加量提供參考。

將生物促生劑處理完畢的底泥風(fēng)干研磨過篩，然后向其中添加0.1g石灰和1g硫酸鈉并反應(yīng)14d，然后將樣品放在密封袋中冷藏保存用于后續(xù)試驗(yàn)測(cè)定。

試驗(yàn)中利用蒽酮-硫酸比色法對(duì)消解后底泥樣品中的多糖進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)先將消解后的底泥樣品過濾放在比色管中，然后加入蒽酮試劑，在搖勻后立即利用沸水水浴加熱15min，在冷卻后測(cè)定其吸光度值，并計(jì)算獲取多糖含量[7]。蛋白質(zhì)的測(cè)定利用lowry法。試驗(yàn)中將消解后的底泥樣品放入200ml試管，加入3.5ml硫酸銅溶液和0.5ml福林酚試劑搖勻，然后在650nm處測(cè)定吸光度值，并計(jì)算獲取蛋白質(zhì)含量。底泥的有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用灼燒法[8]，首先將坩堝灼燒至恒重，然后取一定量的烘干底泥放入坩堝中灼燒3h冷卻至室溫，根據(jù)灼燒前后樣品的質(zhì)量差，計(jì)算出樣品中的有機(jī)質(zhì)含量。

2.3 試驗(yàn)方案

此次試驗(yàn)的主要目的是探究生物促生劑對(duì)河道黑臭底泥的修復(fù)效果，為工程應(yīng)用提供必要的支持。因此，研究中結(jié)合生物促生劑修復(fù)黑臭水體的相關(guān)研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，確定0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL和1.0mL等5種不同的摻加劑量。同時(shí)，為了進(jìn)行對(duì)比研究，以不摻加生物促生劑的方案(摻加劑量為0mL)作為對(duì)比方案。試驗(yàn)中的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)設(shè)置5d、15d和25d等3種方案。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 有機(jī)質(zhì)含量

有機(jī)質(zhì)是造成水體和底泥黑臭的主要因素，而有機(jī)質(zhì)含量較高的底泥的再懸浮還會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重危害。因此，消減黑臭底泥中的有機(jī)質(zhì)含量具有重要的工程意義和價(jià)值。根據(jù)試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，整理獲取如表1所示的有機(jī)質(zhì)含量試驗(yàn)結(jié)果。為了直觀呈現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量的變化規(guī)律，以表1中的數(shù)據(jù)為依據(jù)繪制出有機(jī)質(zhì)含量變化曲線，結(jié)果如圖1所示。由表1和圖1可以看出，在未摻加生物促生劑的情況下，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出下降的態(tài)勢(shì)，但是下降的幅度十分有限。由此可見，有機(jī)質(zhì)的自然分解對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響微乎其微，可以忽略不計(jì)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，加入生物促生劑方案的有機(jī)質(zhì)含量明顯小于未摻加方案，這說明摻入生物促生劑有助于降低黑臭底泥中的有機(jī)質(zhì)含量。從不同生物促生劑摻加劑量方案對(duì)比來看，隨著生物促生劑摻加劑量的增大，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì)(個(gè)別不符合規(guī)律的數(shù)據(jù)可能是試驗(yàn)誤差所致)，且當(dāng)使用劑量為0.6mL時(shí)的有機(jī)質(zhì)含量最低。此外，隨著試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的增加，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，但是15d和20d的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比較接近。由此可見，利用生物促生劑處理15d即可獲得理想的工程效果。

表1 有機(jī)質(zhì)含量試驗(yàn)結(jié)果

圖1 有機(jī)質(zhì)含量變化曲線

3.2 多糖含量

根據(jù)多糖試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同試驗(yàn)方案下底泥樣品多糖含量數(shù)據(jù)，結(jié)果如表2所示。以表2中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，繪制出如圖2所示的多糖含量變化曲線。由表2和圖2可以看出，多糖含量的變化規(guī)律和有機(jī)質(zhì)類似。首先，試驗(yàn)中的其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響微乎其微；其次，加入生物促生劑方案的多糖含量明顯小于未摻加方案，這說明摻入生物促生劑有助于降低黑臭底泥中的多糖含量；再次，隨著生物促生劑摻加劑量的增大，多糖含量呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì)，且使用劑量為0.6mL時(shí)的多糖含量最低；最后，多糖含量隨著試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的增加而減小，超過15d后的減小幅度有限，說明利用生物促生劑處理15d即可獲得理想的工程效果。

表2 多糖含量試驗(yàn)結(jié)果

圖2 多糖含量變化曲線

3.3 蛋白質(zhì)含量

根據(jù)蛋白質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同試驗(yàn)方案下底泥樣品蛋白質(zhì)含量數(shù)據(jù)，結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)繪制出蛋白質(zhì)含量變化曲線，結(jié)果如圖3所示。由表3和圖3可以看出，蛋白質(zhì)的含量的變化規(guī)律和有機(jī)質(zhì)與多糖類似，當(dāng)生物促生劑的使用劑量為0.6mL時(shí)的蛋白質(zhì)含量最低，這里不再敷述；當(dāng)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為3d時(shí)，生物促生劑的修復(fù)效果并不明顯，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為15d時(shí)可獲得十分顯著的工程修復(fù)效果。

表3 蛋白質(zhì)含量試驗(yàn)結(jié)果

圖3 蛋白質(zhì)含量變化曲線

4 結(jié)論

此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式探討了生物促生劑對(duì)修復(fù)黑臭底泥的工程效果，獲得的主要結(jié)論如下：

(1)試驗(yàn)中的自然分解等其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較小，可以保證此次試驗(yàn)的可信性。

(2)加入生物促生劑方案的有機(jī)質(zhì)含量、多糖含量以及蛋白質(zhì)含量明顯小于未摻加方案，這說明摻入生物促生劑可以獲得顯著的黑臭底泥修復(fù)效果。

(3)隨著生物促生劑摻加劑量的增大，多糖含量呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì)，且使用劑量為0.6mL時(shí)的多糖含量最低。

(4)生物促生劑處理黑臭底泥的最佳時(shí)長(zhǎng)為15d。