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《水污染控制理论和技术》论文
水污染控制理论与技术课程论文
简介
本次课程我共提交了两篇论文，一篇《污染河道治理与修复技术综述》是根据上课内容和自己查找资料、总结撰写的综述性文章；另一篇《单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究》是根据我所做过的一个项目写的研究型论文，主要为学姐撰写，我也参与其中，现已发表。
其中若有不妥指出，还请老师不吝指教。
目录
污染河道治理与修复技术综述1
单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究9
污染河道治理与修复技术综述
摘要：
对河流治理与修复技术进行了综述，将其归纳为物理、化学、生物修复技术三大类：
物理技术包括截污治污、引水冲污、底泥疏浚、曝气复氧，该法治标不治本；化学技术包括化学除藻、化学絮凝、重金属固定，易造成产生二次污染；生物修复技术包括植物修复、动物修复和微生物修复。
对每种技术的研究现状进行了简介和评价，并对三类技术进行了比较，发现生物修复技术，尤其是微生物技术具有较显著的优势。
关键词：
河道修复技术；物理；化学；生物
河流是人类文明的摇篮，为人类提供饮用水源和交通之利，同时也是生态系统的重要组成部分。
由于污染物的大量排放及不合理的土地利用，致使许多河流受到污染，呈现出以好氧有机物为主要污染物、以水体黑臭为主要特征的污染现象，严重影响着居民生活和工农业生产。
此外，随着经济的快速发展、城市的扩张和人民生活水平的不断提高，水资源的需求量也越来越大，对河流的水质要求也越来越高，因此河流污染治理迫在眉睫。
治理污染河流是一项复杂的系统工程，目前国内外已在使用的或已试验的河道污水治理技术主要可分为物理、化学和生物三类方法：
1物理方法
1.1截污治污
截污治污是将原本直接排入城市河道的污水收集到污水厂处理后再排放。
目的是削减排入受纳水体的污染物总量，为进一步净化水质创造条件。
特点：
截污是从根本上解决河道水污染的关键，只有污染物从源头上得到控制，才能真正使河道水质得到改善[1]。
局限性：
实施起来较难，需要法律和行政手段的协助。
1.2引水冲污
引水冲污主要是引清洁的江河水对城市河道进行冲刷，缓解其水质污染状况，提高河道自净能力。
其过程主要是通过河闸和抽水泵房等水利枢纽工程来实现，让上游清洁的外水源往下游流动，形成“换水”[2]。
如上海苏州河的综合调水工程[3]，福州内河的引水冲污工程[4]。
特点：
加大了污染河道的水量，加速河水流动，促进污水的稀释，使河水在河道中的停留时间缩短，污染河水不易在河道中滞留而导致黑臭；同时，调水时河道水动力学条件的改善使水体复氧量增加，有利于河道自净能力的提高[5]。
局限性：
方法的实质是通过清洁水的大幅增加使污染物得到稀释，未减少河道的污染物总量，治标不治本；河道引水冲污工程本身不能产生经济效益，启动抽水泵站的运行费昂贵,必须考虑当地经济承受能力；需要提高水利枢纽的质量和疏浚河道，增加冲污效果[3,4]。
1.3底泥疏浚
底泥疏浚是解决河流内源污染的重要措施，主要是通过底泥的疏挖清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放[6]。
。
目前最先进的环保式底泥疏浚方式是绞吸式挖泥船，这种方式是直接由管道在泥泵的作用下吸起表层沉积物并远距离输送到陆地上的堆场，这类疏浚船上安装自动控制和监视系统，大大提
高了疏浚精度[7]。
我国太湖五里湖、安徽巢湖、昆明滇池就采用这种疏浚方式。
特点：
底泥疏浚因能将污染底泥永久性去除，有效减少内源污染，改善河道水体水质、河道水动力学条件和环境景观，较多用于湖泊和小型河流[4,5]。
局限性：
一是工程量大，耗资巨大；二是疏浚河道工程的环境后效存在很大的不确定性，可能会将深层底泥中富集的重金属等污染物质暴露出来而二次污染上覆水体；而且由于淤泥清除过多，把大量的底栖生物、水生植物同时清除出水体，破坏已有的生物链系统；还有淤泥的处置是一大难题[4,5]。
1.4曝气复氧
曝气复氧技术是根据河流污染缺氧的特点，在适当的位置向河水进行人工复氧，提高水体的溶氧水平，恢复水体中好氧生物的活力，使水体自净能力增强，从而改善河流的水质状况[8]。
应用形式主要有固定式充氧站和移动式充氧平台两种。
主要应用于过渡性措施使用和对付突发性河道污染使用[9]。
美国的Hamewood运河口、韩国的釜山港湾、德国的Beriln河以及我国在1990年8、9月北京亚运会期间，在清河段都采用了此人工曝气技术，并都取得了水质净化、臭味消减的效果[11]。
特点：
设备简单、易于操作，被许多国家优先选用净化中小型河流[6]，也有利于液体混合和污泥絮凝。
局限性：
固定式充氧的每个曝气点服务面积小，尤其对于相对封闭、基本不流动的水体，不能充分发挥其作用。
移动式则避免了两者的缺点[10]。
2化学方法
主要是通过投加化学制剂，与水中的污染物质发生化学反应，破坏其生物活性或溶解状态，从而达到消除污染物的目的。
2.1化学除藻
一方面通过金属离子抑制藻类的正常代谢而达到杀灭藻类的目的，纳米级
是很好的藻类抑制剂，可吸附并抑制单细胞原核蓝藻铜绿微囊藻大型变种的生长[13]；另一方面则通过金属离子的絮凝作用沉降藻类，而达到去除藻类的目的。
特点：
化学除藻快速有效，可作为严重富营养化河流的应急措施；操作简单，可在短时间内取得明显的除藻效果，提高水体透明度[4]。
局限性：
该法不能将氮磷等营养物质清除出水体，不能从根本上解决水体的富营养化；除藻剂的生物富集和生物放大作用对水生生态系统可能会产生负面影响；经常投加灭藻剂，会使藻类产生抗药性，从可持续的角度来看,其危害也是显而易见的[4,7]。
2.2化学絮凝
化学絮凝技术是一种通过投加化学药剂（一般为混凝剂）去除水体中污染物、改善水质的处理技术较适用于污染严重、较为封闭的地表水体[14]。
常用药剂有：
硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铝、碱式氯化铝、明矾、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸等。
特点：
对于控制污染河流内源磷负荷，特别是河流底泥的磷释放，有一定的效果[5]。
局限性：
该法不能将氮磷等营养物质清除出水体，不能从根本上解决水体的富营养化；对水体环境要求较高，例如在除磷时，若水底缺氧，底泥中有机物被厌氧分解，产生的酸环境会使沉淀的磷重新溶解进入水中，造成二次污染[4]。
2.3重金属的化学固定
底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体，但通过加入碱性物质（如石灰），调高河流的pH值，重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物，固定在底泥中[5]。
常用的碱性物质有石灰、硅酸钙炉渣、钥渣等。
特点：
见效快，方法简单，可有效抑制重金属以溶解态进入水体[5]。
局限性：
施用量不应太多，否则会对水生生态系统产生不良的影响[5]。
3生物方法
生态系统在长期的适应过程中形成了完整的结构、高效的功能和良好的种间关系。
当外来的干扰超过生态系统的弹性限度时，生态系统的结构和功能就会被破坏，系统稳定性和生物多样性就会降低。
生物方法就是通过人为调控水中动物、植物、微生物的数量，优化其与环境之间的关系，使受损害的生态系统恢复到受干扰前的自然状况，提高河流的自净能力，从而降低污染，改善水质[5]。
主要分为以下三类：
3.1植物修复
一方面可以利用庞大的根系，吸收N，P等营养物质，用以合成自身的组织结构；另一方面可以将对水生生物有毒害作用的某些重金属和有机物在脱毒后储存于体内或在体内被降解。
自然界可以净化环境的植物有100多种，常见的水生植物有水葫芦浮萍、芦苇、灯心草、香蒲和凤眼莲等[7]。
特点：
具有利用太阳能、安全、成本低、生态协调及环境美化功能等特点，常常也被称之为“绿色修复”[5]。
具体工程中应该对水生植物的品种进行时间、空间上的组合，从而构成一个在时间与空间上立体交叉的人工生态系统，最终达到解决富营养化景观水内源污染的问题[7]。
局限性：
植物生长具有明显的季节性；有些水生植物（如水葫芦）繁殖速度太快，当打捞速度跟不上其生长速度时，易使大面积水面受其覆盖，阻止了水体复氧，降低水体的自净能力；植物生长过密引起蚊虫孽生，未打捞的水生植物腐烂物还会对水体形成二次污染；如果污染物在植物体内累积而不能降解，会导致植物的后处理发生困难[5,7]。
3.2动物修复
在水体中适当放养原生动物、后生动物、鱼等，可有效去除水体中的污染物。
特点：
水体中的原生动物可直接吸食有机颗粒物、细菌、藻类等，同时可刺激细菌和藻类生长，从而促进有机物的分解，加速水体中的物质和能量循环。
适当放养经过选择的鱼类及浮游动物，可以有效控制藻类和其他水生植物繁殖[4]。
局限性：
放养外来生物如鱼类，如果处理不当可能破坏有益的水生植物，改变原有的动物或植物群落等，造成生态失衡。
3.3微生物修复
微生物修复主要是利用微生物的代谢反应和合成产物对环境污染进行监测、评价及修复的单一或综合性的现代化人工技术系统。
用于污染水体治理的微生物技术主要有两类：
一类是直接向污染水体中投加经过培养筛选的一种或多种微生物菌种，最常投放的微生物有光合细菌（PSB）和高效微生物群（EM）。
各种微生物菌群在其生长过程中产生的有用物质，成为各自或相互生长的基质和原料，通过相互间的共生关系，形成一个复杂而稳定的微生态系统，发挥多种功能[10]。
另一类是生物促生技术，即通过向污染河流投放解毒剂减轻环境中的毒性或投加降解污染物的多种酶、营养物质、电子受体等，对自然界中污染物降解土著微生物起到促生作用，为之创造一个能顺利完成其自然降解功能的环境，强化污染环境的自净能力，加速对有机污染物的分解[10]。
特点：
净化费用低，环境影响小，污染物降解效果好，无二次污染。
局限性：
微生物的繁殖速度惊人，一方面难以控制其数量，另一方面每一次繁殖都会产生一些变异品种，导致微生物处理水质能力下降；微生物的活性受温度、酸碱性等环境条件的影响较大；微生物的分解物，会造成藻类的大量繁殖，再次导致水质变坏[4,7]。
4方法比较
各种河流治污方法的比较详见表1-1。
表1-1各种河流治污方法比较表[4，18-20]
分类
技术名称
适用类型
主要机理
设备成本
运行成本
效果
维持时间
物
理
方
法
截污治污
点源污染
削减污染物排入总量
高
高
明显
长期有效
引水冲污
富营养化
直接改善河流水质
一般
高（需大量洁净外源）
不确定（依补水量而定）
不确定
底泥疏浚
严重底泥污染
移出河道内源污染物
高
很高
一般会破坏水体生态系统
较长时间
曝气复氧
严重有机污染
促进有机污染物降解
高
较高
明显
不长（需长期曝气）
化
学
方
法
化学除藻
富营养化
直接杀死藻类
较高
循环设备
一般
耗电
较明显
短
加药装置
药剂费用
化学絮凝
磷污染
将溶解态转化成固态
较高
循环设备
一般
耗电
较明显
短
加药装置
药剂费用
重金属化学固定
重金属污染
抑制重金属从底泥溶出
较高
较高
较明显
短
生物方法
植物修复
富营养化
提高河流生态系统稳定性
需引种适合的水生生物
极低
显著
长期有效
动物修复
富营养化
人为控制生物数量与密度
需引种适合动植物
不高
较明显
长期有效
微生物修复
有毒有害，难降解物质
投加高效菌种或生物促生剂
无需
较高（菌种费）
较明显
不长
总体来说物理修复方法虽然方法简单、见效快，但是工程量大，耗财耗力，而且只是暂时性的、治标不治本，不是最理想的修复方法。
添加化学试剂，虽然短期效果明显，但存在处理成本高、可能对河流生态产生长期负面影响等问题，而且只是改变污染物的存在形态（从水相转移到另一种物相），但并未从根本上消除污染物。
所以仅适用于特殊的应急处理，难以成为河流水质净化的常规技术。
与其他技术相比，生物技术具有显著的优越性。
生物技术遵循河流生态系统的自然规律，在增强河道自净能力、治理河流污染的同时有助于河流生态的修复。
并且生物技术因其净化费用低、环境影响小、污染物降解效果好，在污水处理中倍受青睐。
其中，高效、无二次污染的微生物处理技术，尤其是对具有特殊分解能力菌种的培养和筛选将成为河流防治技术的发展趋势。
随着研究的深入及技术产品的产业化，微生物技术将在河流的污染防治以及生态恢复中发挥重要的作用，成为河道曝气、底泥疏浚等现有防治技术的有益补充，为维护生态平衡、保持流域的可持续发展做出重大贡献。
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单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究
庄景1谢悦波2，3宗绪成2吴霞2，3
（1.河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2.水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏南京210098；3.水文水资源学院，江苏南京210098）
摘要：
对单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用进行研究。
在无彻底截流和清除内源的状况下，对无锡市浒溪河采用梅花式接种法将本源微生物菌剂直接接入河流水体及底泥中。
实验后河道溶解氧提升至2mg/L以上，出水处的化学需氧量、总磷和氨氮浓度降解率分别可高达43%、56%和58%。
结果说明单一的直接投加微生物修复技术在相对滞留的城市重污染河道治理中，在无彻底截污和清除内源的情况下，可以初步消除河道的黑臭现象，修复水质。
关键词：
城市重污染河流；微生物修复；微生物菌剂；无锡市
Theapplicationstudyonsingledirectlyadding-microbialremediationtechnologyusedinheavilypollutedurbanstreamwatertreatment
（1.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098China；2.NationalEngineeringResearchCenterofWaterResourcesEfficientUtilizationandEngineeringSafety,Nanjing210098China；3.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210098China）
Abstract：
Thispaperstudiesondirectlyaddingmicrobialremediationtechnologyusedinheavilypollutedurbanstreamwatertreatment,whichaddsCNMbacteriumintothestreamwaterandsedimentsintheshapeofplumundertheconditionsofnosewageinterceptionandsiltdisplacement.Afterthisexperiment，DOofthestreamwasincreasedinto2mg/L，andratioofCODeliminationis43%，ratioofTPeliminationis56%,ratioofNH3-Neliminationis58%.Theresultsshowthatsingledirectlyadding-microbialremediationtechnologyusedinheavilypollutedurbanstreamcanpreliminarilyeliminatetheblack-odorphenomenonofthestreamandrecoverythewaterquality.
Keywords：
urbanheavypollutionstream；microbialremediation；microbialagent；Wuxicity
据资料显示，2008年全国地表水污染严重，200条河流409个断面，劣Ⅴ水质断面占到20.8%，全国流经城市的河段90%受到严重污染。
重污染河流引起人们感官不悦，危害人和其它动物的生命健康，加速湖泊富营养化进程，造成藻类植物疯长、鱼类死亡[1]，也影响了城市的市容市貌。
如何有效、快捷地解决城市河流污染问题已成为城市可持续发展的一个必须解决的问题。
现国内外常用的污染河流水质修复的方法主要有三类：
一是物理修复方法，例如底泥疏浚、引水冲淤、机械除藻等，但往往治标不治本，只能作为对付突发性水体污染的应急措施。
二是化学修复方法，例如化学絮凝处理技术、加入铁盐促进磷的沉淀，加入石灰脱氮等，虽然见效快、效率高，但是易造成二次污染[1]。
三是生物修复方法，例如河流曝气复氧技术、生物膜技术、人工湿地技术、微生物修复技术、水生植物修复技术等。
现多采用利用人工曝气、微生物修复和水生植物修复技术相结合的综合河流治理方法[2-6]，微生物修复作为综合治理方法中的主导技术与传统的物理、化学方法相比，具有能耗少、费用低、效果好、易操作、持续时间长、无二次污染等优点，是最具发展前景的主体修复技术[7-8]。
现阶段研究的微生物修复河流水体技术的应用方法主要有直接投加法、吸附投菌法、固定化投菌法、根系附着法、底泥培养返回法、注入法等，同时配以曝气复氧、植入水生植物等方法，而对单一微生物修复技术研究较少，故本文对单一直接投加微生物修复技术在城市中污染河流治理中的应用进行研究。
1河道概况
1.1浒溪河概况
浒溪河（见图1）是无锡市南长区五爱路西侧的一条东西走向的城市内河，西起大运河，东接古运河，贯穿整个锡山新村区，沿河居住着大量居民。
该河全长1.36km，上游段水面宽4.5m、水深1.4m、污泥深1.6m；浒溪桥段水面宽25m、水深1.5m、污泥深1.9m；下游段水面宽7.5m、水深1.1m、污泥深1.2m。
图1无锡浒溪河平面及采样点示意图
1.2水质
浒溪河河道源头处一水闸将其与大运河基本完全阻隔，变成了“断头浜”，且常年直接接纳周边居民的生活污水、沿河的5个公共厕所和5个垃圾中转站的污水，河道环境容量随之降低，生态系统完全破坏，自净能力基本丧失，从而导致水质污染和水体发黑发臭。
整条河道直接观测到的污水排放口达50多处，另外还有一些水面下难以观测到的污水排放口。
河流的污染主要为以生活污水污染为主，可生化性强，宜做微生物处理。
污水量约为10100m3/d，其水质背景值见表1。
表1浒溪河采样点背景值
编号
采样地点
水温
透明度
溶解氧
COD
TP
NH3-N
（℃）
（cm）
（mg/L）
（mg/L）
（mg/L）
（mg/L）
1#
小桥头
16.3
20
1.2
11.0
0.95
13.6
2#
滸溪桥
18.0
20
0.2
11.2
0.58
11.2
3#
锡山新村桥
16.8
20
0.3
12.9
0.92
13.8
4#
五爱路箱涵
16.6
10
0.3
13.9
1.10
15.8
5#
小木桥
16.6
10
0.1
14.2
1.17
16.4
注：
数据皆来自无锡市环境监测中心。
2微生物修复实验方法
2.1实验材料及器材
本源微生物菌剂（由深圳博生生物有限公司生产，经过毒理实验测试对人体无毒）、培养基、促进剂、水泵、100kg带盖塑料桶、水管及PVC管等。
2.2实验过程
（1）扩大化培养
将本源微生物菌剂、培养基及河水按照1：
2：
7的配比在1000kg塑料桶在河岸就地进行扩大化培养，并进行搅拌，将其交替地置于好氧和厌氧的状态，培养好氧、厌氧及兼氧微生物。
当培养后的菌液pH值为3左右，表面布满白色半透明生物膜时，即菌剂培养完成。
（2）直接投菌法
微生物接种是指把一些与土著微生物群落有关的具有独特或专性代谢功能的微生物引入污染处理现场的过程，是微生物修复的重要环节[9]。
本实验实施微生物接种采用直接投菌法，即直接向遭受污染的河流投入外源的微生物菌剂，同时提供这些微生物生长所需的营养，包括常量营养元素和微量营养元素。
常量营养元素包括氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰等[10]，许多研究者对生物修复的最佳生态条件建议指出，C∶N∶P最佳比值为100∶10∶1[9]。
由于该河
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