生物膜技术在地表水修复中的应用

　　2.2.1　砾间接触氧化法

　　砾间接触氧化法是根据河床生物膜净化河水的原理设计而成,通过人工填充的砾石,使水与生物膜的接触面积增大数十倍,甚至上百倍。水中污染物在砾间流动过程中与砾石上附着的生物膜接触、沉淀,进而被生物膜作为营养物质而吸附、氧化分解,从而使水质得到改善。该方法使用天然材料为填料,花费少,净化效果好,因此得到了广泛的应用。如日本野川净化场、坂川古崎净化场和韩国良才川水质生态-生物修复设施[4,6-7]。

　　日本多摩川支流野川因大量的生活污水排入致使水质恶化,BOD等各项指标严重超标,水体污染严重,给人们的生产和生活带来了极大的不便。为此,设立了野川净化场,使野川的水先进入净化场,经净化场净化后再注入多摩川。净化场设立在野川一侧的河滩地带,为地下构造式,自建成投入使用后,大约经过6年的运行结果观测,进入净化槽污水的BOD和SS的平均值为12.7mg/L和9.0mg/L,经净化槽净化后出水BOD和SS的平均值为5.2mg/L和3.3mg/L,去除率分别为59.1%和63.3%[4].此外,该净化场所需的填料卵石是现场取自多摩川的高水位河床,省工省钱;取水位也是利用野川的自然水位差设计,不需动力;净化场由于采用地下构造式,上覆土砂,还可做为居民游憩的公园或广场。日本江户川支流坂川古崎净化场也是以卵石作为填料,利用生物膜技术对水体进行净化。污染物在接触氧化槽内通过接触沉淀、吸附和氧化分解作用实现净化,自1993年投入运行以来,系列观测结果表明,河道微污染水体水质有明显改善[6]。韩国良才川于1995年实施卵石接触氧化生物-生态治理工程,净化设施日处理能力为32000t/d。河水经拦河橡胶坝拦截后引入带拦污栅的进水口,水流经过进水自动阀,经污物滤网进入污水管流入接触氧化槽,氧化槽中放置卵石,污水通过氧化槽得到净化后,再汇集到清水出水管中,由清水出口排入橡胶坝下游侧。设施建成至今已稳定运行多年,治污效果显著[7]。

　　2.2.2　人工填料接触氧化法

　　人工填料接触氧化法是在小型河道、排水沟(渠)内或外设置净化设施,在设施内填充粒状、细线状、垫子状、波板状填料等,利用填料比表面积大、空隙率高的特点,使大量的微生物附着在其表面,形成生物膜。当污水流过净化装置时,其中的污染物质与生物膜接触被吸附、沉淀,进而被分解。这样,污水在排入河流之前就能得到充分的净化,减少了河流污染的发生源。同时,还能对污染的河流起到稀释作用。近年来,该方法因其投资省、净化效果好,所以在河流的直接净化中应用较多,日本建设省已建成使用的采用该方法净化中小河流的处理设施就有150多个。如日本千叶县排水沟和广岛县福山市排水渠[4,8],我国太湖流域小河道修复试验研究[9]。

　　福山市排水渠宽3.5m,水深约65cm;进水的BOD值为2.8～8.1mg/L,COD值为7.5～10.8mg/L,SS为7.0～19.0mg/L;流量为2328～10368m3/d。渠内布置细绳状生物填料,采用6段式设置,共延长32m。经4年的运行,其BOD的去除率为11%～46%;COD的去除率为2%～32%;SS有去除率为16%～53%,进一步提高了排水渠的水质。千叶县排水沟净化设施设置于沟的一侧,采用新型不织布为填料,其特点是比表面积大、孔隙多、通气性好。该净化设施自1996年开始运行以来,净化效果十分明显,SS的净化效率达到了97%,BOD和COD的去除率也分别达到了88%和70%。大大减少了进入河流的污染物质的量,使河流污染得到了一定的控制[8]。河海大学田伟君等[9]利用仿生填料在太湖林庄港进行了120m长的河道修复试验,稳定运行期间填料上附着的生物膜厚度可达0.8～1.1mm,对CODMn的去除率稳定在10%左右,对NH4+2N的去除率稳定在40%左右,对TN的去除率达到了20%,而对TP的去除率也在25%左右。王淑梅等[5]在深圳市福田河一420m长的河段进行原位综合净化试验,经过3个月的运行,CODCr,BOD5,NH+42N,TN,TP和SS的去除率分别达到67.4%、8717%、34.3%、30.3%、53.3%和39.7%,该技术能够改善污染相对严重的城市河流水质。

　　2.2.3　薄层流法

　　河流自净主要通过附着在河床及水生植物上的生物膜以达到净化有机污染物的目的。薄层流净化法着眼于此,采用增大生物膜的附着面积,以减少单位生物膜的处理水量而提高河床的自净能力。具体方法是增加河面的宽度使水深变浅,增大河水与河床的接触面积,工程建设可使河流的净化能力增强数倍到数10倍[10]。例如,河宽为原河流的2倍,水深为原河流的1/2,河流的净化能力就为原来的2倍;如河宽为原河流的4倍,水深为原河流的1/4,河流的净化能力就变成原来的4倍。

　　2.2.4　伏流净化法

　　伏流净化法主要是利用河床向地下的渗透作用和伏流水的稀释作用来净化河流的[10]。所谓伏流即从河床向地下渗入沿地下水脉流动的地下水流。经泥沙过滤后的伏流水相对水质良好。伏流净化法是将伏流水用水泵抽出并送回河流,以降低地下水位来促使地下水加速渗透,该方法可被看作是一种缓速过滤法(微生物膜过滤),整个河床是一个大的过滤池,由河床上附着的生物膜构成缓速过滤池的过滤膜,污染的河水经过滤膜的过滤作用缓慢地向地下扩散,成为清洁的地下水。用于稀释的伏流水是渗入地下的清洁水,人为用泵提升到地面来稀释河流,使河流的自净作用进一步增强。

　　3　生物膜技术在应用中存在的问题及发展前景

　　人工生物膜强化净化技术的研究与应用虽然取得了很大的成功,但仍存在一些尚需解决的问题。

　　(1)实际应用范围较窄。该类技术目前大都应用在小的水体中,对整个水域系统自我恢复能力的强化应用还没有。

　　(2)应用过程中会对水域生态系统的结构和使用功能造成一定影响。如生物膜技术应用时的拦坝及在污染水体中使用的载体会影响到水域的航运和泄洪等功能。

　　(3)耗资较大。目前生物膜技术在基建及运行方面所需费用较高,每净化一条小河流就相当于建了一个污水处理厂。因此,该技术还需进一步完善。

　　从我国经济条件和各种技术的应用情况来看,生物-生态联合修复技术将是今后研究的重点。该联合技术综合了生物净化技术净化效果好的优点以及生态修复技术强化水域生态系统自我恢复能力的优点,提高水域的自净能力,恢复水域生态系统的原来面貌。人工生物膜技术是生物-生态联合修复技术的一种主要工艺,它在日韩等国的成功应用为我国开展污染地表水体修复治理提供了典范,随着我国环境保护力度的加强以及环境污染治理技术的发展,诸如生物膜技术等一批生物、生态修复技术将被广泛应用于污染地表水体的治理。

　　参考文献:

　　[1]　王占生,刘文君.微污染水源饮用水处理[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

　　[2]　刘　雨,赵庆良,郑兴灿.生物膜法污水处理技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

　　[3]　BOEIJE GEERTM,Schowanek Diederik R,Vanrolleghem Peter A. Incorporation of Biofilm Activity in River Biodegadation Modeling :A Case Study for Linear Alkylbenzene Sulphonate(Las)[J].Water Research,2000,34(5):1479-1486.

　　[4]　田伟君,翟金波,王　超.城市缓流水体的生物强化净化技术[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(9):58-62.

　　[5]　王淑梅,王宝贞,金文标,等.城市污染河流水质原位综合净化技术[J].城市环境与城市生态,2008,21(4):1-4.

　　[6]　高晓琴,姜　姜,张金池.生态河道研究进展及发展趋势[J].南京林业大学学报:自然科学版,2008,32(1):103-106.

　　[7]　吴林林,黄民生,邓　乱.城市污染河流生物——生态治理研究与应用进展[J].净水技术,2006,25(6):11-15.

　　[8]　田伟君,翟金波.生物膜技术在污染河道治理中的应用[J].环境保护,2003,8:19-21.

　　[9]　田伟君.河流微污染水体的直接生物强化净化机理与试验研究[D].河海大学,2006.

　　[10]　孙跃平,小仓宪治.城市小型河流水质直接净化的方法[J].环境导报,1999(6):37-38.

　　作者简介:陈　航(1969-),男,浙江永康人,工程师.主要从事水资源监测、评价与管理工作.

　　（来源：浙江水利水电专科学校学报）