水生生态原位修复与治理技术应用研究

何显荣，何雨豪，李雪林，刘芳兰

(1.成都三友生物工程有限公司，四川 成都 611130；2.成都三友特种添加商品研究所，四川 成都 611700)

我国幅员辽阔，有着丰富的淡水资源。但由于人口众多，故人均淡水资源贫乏。据统计，我国淡水资源约占世界水资源总量的6%，人均占有量为世界平均水平的1/4。目前，我国大于10平方千米的淡水湖泊有238个，面积为29 898.5平方千米；咸水湖208个，面积28 677.8平方千米；盐湖135个，面积10 095.3平方千米，属于湖泊水资源缺乏的国家。随着工业化、城镇化进程的推进，工业废水、农业灌溉排水、生活污水等带来了水污染，湖泊水质恶化及富营养化问题日渐突出，影响了人们的生产及生活。

根据生态环境部《“十三五”国家地表水环境质量监测网设置方案》及检测结果，2021年1－9月，监测的210个重点湖(库)中，水质优良(Ⅰ～Ⅲ类)湖(库)个数占比71.9%，同比下降0.3个百分点；劣Ⅴ类水质湖库个数占比6.2%，同比上升0.9个百分点，主要污染源为外源污染中的点源污染、面源污染以及内源污染。在受污染湖泊、水库水体中，总磷含量、总氮含量、化学需氧量和高锰酸盐指数等超标，暴发水华等现象，亟须有效治理。

目前有关外源污染、内源污染治理的修复技术主要采用单一的物理、化学、生物修复法，小部分采用联合修复方法。在内源污染方面，其本质是自身的沉积物污染，沉积物与水交界面氮、磷营养盐浓度差达到一定程度时，沉积物会向水体释放氮、磷营养盐，严重时可导致水体富营养化，在治理上多采取底泥疏浚、生态引水和水生植物修复等方法。而外源污染主要为点源污染和非点源污染，治理上多针对农业面源污染、农村生活污水及固体废弃物、地表径流污染方面进行，多采用截污、人工湿地、集中污水处理、生态拦截等进行。但在以上的治理方法中，除了人工湿地、水生植物修复技术外，其余治理修复技术不仅存在成本高、工程量大、耗时长、区域限制性强、易造成二次污染等问题，还容易对水体生物活性及群落多样性产生不利影响，对修复后水体生态系统保护十分困难。

针对以上问题，污水治理研究者们提出了水生生态原位修复与治理方案。该技术方案将物理修复、化学修复、生物修复三者有机结合，针对内源污染、外源污染采取不同的治理措施，通过前期治理、后期维护，最终搭建稳定、高效的生态净化系统。本研究选用该修复技术对受内源、外源污染的典型水域环境进行了修复治理，并对其修复效果进行了分析评价。经该技术处理后，水体中的总氮、总磷、COD 等较修复前明显减少。该技术可应用于鱼、虾、蟹、蛙、鳖等渔业养殖用水遭受内源或外源污染而导致水质指标恶化的典型水体。

一、材料与方法

1.试验点概况

(1)兰家寺水库。该水库自20 世纪90 年代以来，作为“菜篮子”工程长期承包给个人投饲养鱼，积累了大量氮、磷及残饵、粪便等内源污染物；外源污染主要来自水库上、中游流域畜禽、水产养殖场、农业种植及居民散养畜禽等复杂面源污染，水质长期处于黑、臭状态，是典型的劣Ⅴ类水体。

(2)沐尘水库。该水库属于饮用水水源，由于2021年6月以来气候异常，受梅汛和台汛影响，加之该水库的集雨区域降水比常年多发、频发，致使各种面源或点源污染物短时间通过流失、夹带、渗淋等大量进入水体，远远超出了水库自身的消纳净化能力，水体富营养化，藻类剧增，“水华”全面暴发，水质遭遇严重污染，为劣Ⅴ类水体。

(3)梨儿湾水库。20世纪90年代以来由私人承包，采用施肥法养鱼造成富营养化，加之水库长期未清淤，内源污染严重。外源污染主要由地表径流将库区周边果树、农田、散居农村居民等的农业生产、生活面源污染物带入水库，为劣Ⅴ类水体。

2.试验材料

(1)微生物制剂。微生物制剂菌种包括氨氧化菌、解淀粉芽孢杆菌、硫化氢芽孢菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、解磷菌、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、纳豆菌、侧胞芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌(光合细菌)等。

(2)滤食性鱼。滤食性鱼包括白鲢、花鲢。

3.技术方案

参照《地表水环境质量标准》(GB 3838－2002)，结合污染水体各项指标情况，筛选需要治理的水质指标。结合水域情况，制定治理技术方案，通过投放滤食性鱼、微生物制剂对水域进行治理，并结合水域水生植物、水生动物，通过建立“微生物＋水生植物＋底栖动物＋滤食性鱼”的原生生态系统，实现长期净化水质的目标。

各试验点滤食性鱼放养情况：兰家寺水库分别投放白鲢558尾/亩(186尾/千克)和花鲢550尾/亩(170尾/千克)；沐尘水库分别投放白鲢20尾/亩(3 500 克/尾)及其水花70 尾/亩，花鲢100 尾/亩(500～1 500 克/尾)及其水花140 尾/亩；梨儿湾水库分别投放白鲢600 尾/亩(80 尾/千克)和花鲢530尾/亩(76尾/千克)。

各试验点微生物制剂投放情况：兰家寺以每月4次的使用频率，每次将复合菌“氨氧化菌＋解淀粉芽孢杆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)、“巨大芽孢杆菌＋凝结芽孢杆菌＋短小芽孢杆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)和硫化氢芽孢菌(含量≥10×108CFU/毫升)，按照0.5 升/亩用量，加水稀释50～100 倍均匀泼洒，同时加上丰宝营养源(有益藻类限制性养分复合物)，按照1千克/亩用量，加水稀释200倍以上均匀泼洒；沐尘水库以每月3次的使用频率，每次将复合菌“乳酸菌＋酵母菌＋枯草芽孢杆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)、“巨大芽孢杆菌＋地衣芽孢杆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)和“纳豆菌＋短小芽孢杆菌＋侧胞芽孢杆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)，按照0.5升/亩用量，加水稀释50～100倍均匀泼洒，同时加上丰宝营养源，按照1千克/亩用量，加水稀释200倍以上均匀泼洒；梨儿湾水库以每月3 次的使用频率，每次将复合菌“乳酸菌＋酵母菌＋枯草芽孢杆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)、“巨大芽孢杆菌＋地衣芽孢杆菌＋纳豆菌”(含量≥5×108CFU/毫升)和沼泽红假单胞菌(含量≥18×108CFU/毫升)，按照0.5 升/亩用量，加水稀释50～100倍均匀泼洒，同时加上丰宝营养源，按照1 千克/亩，加水稀释200 倍以上均匀泼洒。

治理周期：兰家寺水库治理周期为2020 年7 月6 日－10 月30 日，沐尘水库治理周期为2021年7月1日－9月30日，梨儿湾水库治理周期为2020年7月30日－9月30日。

二、试验结果

1.兰家寺水库

未治理前，兰家寺初始水体总氮含量为3.34 毫克/升，氨氮含量为0.68 毫克/升，总磷含量为1.07 毫克/升，CODCr含量为48 毫克/升，除氨氮以外，其余各项皆为劣Ⅴ类水质标准。经过治理，9 月2 日前水体各项指标呈现下降－上升－下降趋势，9 月2 日之后则趋于稳定，无较大波动；至10 月12 日，水体总氮含量为0.84 毫克/升，总磷含量为0.15 毫克/升，氨氮含量为0.16 毫克/升，CODCr含量为26毫克/升，较初始水体各类指标减少率分别为总氮74.9%、总磷86.0%、氨氮76.5%，CODCr45.8%，取得了良好的治理效果。

治理试验中，8 月13 日各类指标剧增，总氮、总磷、氨氮、CODCr4 项指标分别高达6.94、1.57、0.65、48毫克/升，出现严重反弹现象，后经调查查明，由于8 月12 日下暴雨，水库上游畜禽养殖场借机偷排养殖污水，大量废水经河道进入水库，虽然雨水有稀释作用，但突然急剧增加的污染仍超出了建立治理系统的净化能力范围。针对此情况，在原投放产品的用量及使用频率基础上，增加了“解磷菌1 号”“解磷菌2 号”微生物制剂，之后情况有明显好转。

2.沐尘水库

据当地环保部门2021 年6 月11 日出具的监测报告显示，沐尘水库水质污染程度已达地表水劣Ⅴ类。针对水库蓝藻、裸藻等藻类暴发形成的“水华”进行专项治理，随着治理进行，“水华”消减现象十分显著。8月中、下旬除小部分库湾死角或下风口还残存少量“水华”外，99%以上水体区域得以消除“水华”，透明度由之前的10厘米左右提升至100厘米以上。经第三方机构抽检，水体表层叶绿素浓度16.5 微克/升，蓝藻仅2.7 微克/升，水面未见明显“水华”。

至9 月16 日，水体总氮较治理前下降49.0%，由Ⅲ类提升至Ⅱ类；总磷下降25.1%，由Ⅲ类提升至Ⅱ类；氨氮下降17.0%，由Ⅱ类提升至Ⅰ类；CODMn下降59.1%，由Ⅱ类提升至Ⅰ类；pH由治理前的9.7(劣Ⅴ类)降至7.7(符合国家Ⅰ、Ⅱ类水质要求)。综合判定沐尘水库水质由劣Ⅴ类提升至Ⅱ类，取得良好的治理修复效果。

3.梨儿湾水库

据当地环保部门2020 年7 月29 日出具的监测报告显示，梨儿湾水库水质污染程度已达地表水劣Ⅴ类。其中，总氮含量2.49毫克/升，总磷含量0.54 毫克/升，氨氮含量0.19 毫克/升，CODCr含量72 毫克/升。总氮超标1.2 倍，总磷超标2.7 倍，CODCr超标1.8倍。

治理期间，各项水质指标在治理方案实施后整体呈现逐步下降趋势，达到Ⅴ类水质标准。其中，总氮含量0.60 毫克/升，总磷含量0.16 毫克/升，氨氮含量0.13 毫克/升，CODCr含量15 毫克/升。总氮消除率达到75.9%，总磷消除率达到70.4%，氨氮消除率达到31.6%，CODCr消除率达到79.2%，氨氮在整个治理期均保持在Ⅱ类水质范围。

三、讨论

本文针对目前遭受外源、内源污染的不同类型的湖泊、水库，采用水生生态原位修复与治理技术进行治理，取得了良好的修复成效，对于水体中总氮、总磷、氨氮、COD 有着良好的去除效果。在内源污染治理中，投用微生物制剂是常用处理方法，能够高效转化、去除水体以及沉积物中过多的营养盐。自养型微生物中的光合细菌能以光能作为能源，以二氧化碳作为碳源，将水中的氨氮以及硫化氢转化为有机物或其他物质，降低水体中氨氮含量；硝化细菌也能对水体氨氮进行有效调节，对于水体的富营养化有着很好的处理效果；芽孢杆菌可以分泌多种分解酶，能有效去除水体中的有机碎屑等。受污染水体经微生物制剂初步处理后，水体中的部分氮、磷、氨氮等得以转化为其他物质，供给浮游生物生长所需。

在兰家寺水库治理试验中，运用水生生态原位修复与治理技术，在治理前期取得了良好的治理效果，各项水质指标都有明显下降。但水库位处下游，在水库上游养殖场偷排养殖污水情况下，水库中总氮、总磷等污染指标短时间内剧增，严重超出建立自净系统的净化能力，各项水质指标剧增。在使用大量针对性微生物制剂后，水质情况明显好转。可以看出，在水域污染治理过程中，外源污染治理也是极为重要的环节。虽然目前有关外源污染防治的措施存在工程量大、耗时长、区域限制性强等问题，但在原位治理修复过程中仍旧需要开展适当的相关外源污染防治措施，如截污工程、初期雨水截留工程等，以保证水生生态原位修复与治理技术达到预期的处理效果。

综上，水生生态原位修复与治理技术对于典型的湖泊、水库等水域有着良好的治理效果，可以很好地去除水体中超标的氮、磷、氨氮、COD等，在水域生态环境治理方面有着广阔的应用前景，但在实际运用过程中，除了注重内源污染治理外，也应兼顾外源污染防治。