以生态治理推动美丽中国建设

胡蓉 黄炜

摘 要：近年来，生态环境加速恶化，尤其是黑臭水体治理已刻不容缓。在习近平生态文明思想的指导下，加快生态治理，推进美丽中国建设。本文应用LifeSys高效微生物系统对上海月浦镇步沟头黑臭池塘进行生态治理，局部生物接触强化、曝气增氧、微生态建设、生态浮床等技术对该水体进行综合治理修复。结果表明，经过2个月的调试和运行，该池塘水质有了明显改善。水体透明度从15cm增加到80cm，氨氮、总氮、总磷和CODCr都已达标。该工艺可以就地净化所有污水和淤泥，不外送任何污染。修复后，无需补充鱼群，鱼类可以自然栖息，重建已破坏的微生物系统，增强系统的自净能力。治理期投放的微生物可长效养护水体，后期只需简单养护，就可以长效维持生态系统不受破坏。

关键词：黑臭池塘;生态修复;LifeSys高效微生物

改革开放四十年的高速发展，不仅带来了经济的腾飞，更带来了环境的恶化。目前我国正处在转型的关键时期，生态环境问题已成为当今社会面临的最大挑战和制约瓶颈。习近平总书记在十九大报告中指出，从现在到2020年，是全面建成小康社会的决胜期，在我国经济社会发展的新时代，如何用生态文明的理念来引领和推进各领域的全面协调可持续发展，成为全面建成小康社会的关键所在。生态文明建设关系人民福祉、关乎民族未来，事关“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴中国梦的实现。其中水体污染治理是生态文明建设中非常重要的一环。

随着城市化进程地不断发展，一些河湖成了生活污水和工业污水的排放聚集地。黑臭水体已经成为我国大部分城市亟待解决的污染问题[1-3]。对于黑臭水体的治理一般分为三种方法：物理修复、化学修复和生态修复[4-6]。工程实践表明，单纯的物理和化学修复很难从根本上解决水体黑臭问题，而生态修复技术是目前认为行之有效的治理技术，具有很大的发展前景[7-8]。

自然界存在着丰富的微生物种群，这些微生物虽然个体微小，但在环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。微生物由于自身的生理特性，以各种污染物尤其是有机污染物为营养源，通过吸收、代谢等一系列反应，将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而，在生物圈中微生物充当着分解者的角色。大约90%的陆地生产者都要通过分解者作用最终形成无机物归还大地。以污水的生物处理为例，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理利用好氧在有氧条件下的代谢作用，将污水中复杂的有机物分解成二氧化碳和水。这一过程需要在一定的处理构筑物内完成，其重要条件是保证充足的氧气供应、稳定的温度及水质。厌氧生物处理是利用在无氧条件下生长的厌氧或兼性微生物的代谢作用处理污水，其主要降解产物是甲烷和二氧化碳等。厌氧处理也需要在一定的处理构筑物内完成，一般需要保证温度、无氧或低溶解氧浓度。当今，微生物技术已成为污水处理中的主流方法。

有益微生物通过生物降解将污染物分解为下列主要产物：水、二氧化碳、氮气、以及有益生物量（微生物蛋白）等。这些都是对环境无毒害作用的。水留在現场作为宝贵的资源;二氧化碳和氮气作为气体释放入空气;有益生物量被作为营养物，很容易被低等动物或水生植物吸收;不可溶性磷也可轻松进入水生动物的食物链脱离水体，从而抑制藻类及赤潮的爆发。

LifeSys高效微生物系统的治理过程就是微生物系统重建过程，在原有生态系统上进行修正强化，生物多样性得到保护和强化。无需大型设备进场，仅需使用水下曝气系统。不外送任何污染，就地降解淤泥，基本消除有害淤泥，适当保留健康活性污泥层

一、工程概况

上海属亚热带季风性气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长。2016年，全市平均气温17.6℃，日照1885.9小时，降水量1173.4毫米。全年60%以上的雨量集中在5月至9月的汛期。

步沟头位于上海市宝山区月浦镇大路口宅。步沟头池塘为近似圆形水塘，东西长度约104m，南北宽约18-22m，水深约3m，底部污泥厚度超过50cm。河流两岸基本为土坡。步沟头池塘水体初春已明显发绿，藻类大量滋生，池塘常年发臭。

沿着步沟头池塘周边分布有一个暗管和7个污水管，近旁有旱厕和化粪池出水于池塘。主要的外源污染来自于：长春村总人口（>1000人）的生活污水;居民大量翻建房屋的建筑垃圾;食品加工小作坊污水;小规模农业生产过程中造成农药化肥残留物进;降雨降尘输入污染。虽然2016年进行过清淤，但是由于系统消纳污染能力弱，新生污泥生长速度很快，踏勘发现局部已有20cm的淤积。大量建筑垃圾持续释放无机盐，严重改变水环境pH，破坏微生态环境。滋生的藻类过冬死亡，造成有机物持续释放。这些是主要的内源污染。步沟头池塘呈现出严重黑臭，透明度为0cm，无基本生态系统，无自净能力。

1.步沟头输入污染量分析

（1）静态容积=4*105 L

（2）每日排入污染水量：2*105 L/d

（3）生活污水排入污水指标：CODcr=350mg/L，NHx-N=50mg/L，TP=5mg/L

（4）每日平均增加氨氮量（NHx-N）：25mg/L/d

（5）每日平均增加CODcr：175mg/L/d

（6）每日平均增加总磷：25mg/L/d

2.针对池塘的污染现状、水体功能定位和管理目标，制定本方案的设计目标如下

（1）清除池底淤积的污泥，快速消除黑臭现象;

（2）抑制藻类爆发，防止发生水华;

（3）提高水体透明度，增加水体自身供氧能力;

（4）构建初级水生态系统，促进水生态持续繁衍;

（5）提高抗污染冲击能力;

（6）创造良好的水系景观。

3.按照消除黑臭水体的要求，具体工程目标如下

（1）氨氮小于5mg/L，无明显异味

（2）透明度不低于40cm，水体清亮

（3）溶解氧不低于2mg/L

二、工艺流程

池塘体积太小，纳污能力有限。污水日排放量占总静态蓄水量的30%，日换水率远高于一般水体自然消纳污染能力。池塘内底部被建筑垃圾覆盖，释放大量无机盐，严重破坏微生态生长条件，也破坏了水生植物生长的基本条件，给构建全生态系统带来巨大挑战。针对河道该段的污染现状，该段生态治理工程采用如下技术路线（图1），构建LifeSys生态体系。

LifeSys生态治理技术是纯天然标本兼治的污水治理技术。区别于“换水清淤”、“投撒活性炭”等物理疗法，不转移任何污染，所有污染就地降解，并且不使用任何化学制剂，不转变污染的形式，不产生二次污染。施工简单，能耗较低（在无需曝气的情况下，甚至不需要能耗），由表面到湖底淤泥的全方位立体治理。治理综合污染的能力特别强，特别适合复杂多变的污水条件，而且在治理期，丝毫不影响景观的使用。

1.局部生物接触强化

生物接触氧化是由浸没在水中的填料和人工曝气系统构成的生物处理工艺。利用吸附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将水体中的有机物氧化分解，达到净化目的。生物接触氧化法特点是在设置填料，底部曝气对水体进行充氧，并使水体处于流动状态，以保证污水与水中的填料充分接触。该法中微生物所需氧由曝气机供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长。该处理方法具有高效节能、耐冲击负荷、运行管理方便等特点。

针对该河道治理修复工艺路线，采用的填料为人工纤维材料，其优点是具有既能挂膜又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率，具有弹性，阻力小，布水、布气性能好，易长膜。

2.曝气增氧

曝气指的是用向水中充气或机械搅动等方法增加水与空气接触面积，是污水需氧生物处理的中间工艺。曝气装置实现气水之间的充分混合;同时携带氧分子的水和微小气泡在水流的推动下以一定的角度向前推进，从而使氧气得到充分的溶解，使作用水体中的溶解氧大幅度升高。这为微生物对污染物的生物降解和同化，使污水净化和污泥消解减量提供了保证条件。

LifeSys系统的微生物在3mg/L以上的溶解氧环境下工作会达到更佳的效果，安装曝气系统是必需的，特别是在消减底泥过程中至关重要。本项目建议采用“涡轮风机+水下曝气盘”的曝气系统。该曝气系统具有充氧快、防堵塞、抗老化、自沉、便于安装管护、噪音小等优点。

3.微生物菌剂

生化分解过程将有机物等分解成水、二氧化碳、氮气，以及有益生物量等。其中约50 %的物质以二氧化碳和氮气以气体的方式释放出水体，约10-20%以水的形式留在水体中，约15%左右的物质以有益生物量的方式进入上级生态链。通过硝化和反硝化过程快速向水体外转移N元素，通过固磷作用减少水溶性磷，可有效控制藻类生长量，实现控藻的目的。微生物降解水体中的悬浮固体物质，抑制藻类生长量，实现提高水体透明度的目的，为沉水植物的繁衍创造条件。

LifeSys系统微生物出厂灌装浓度达到1011 CFU/mL，是同类产品的1000倍以上。多达数十种菌属或菌种的微生物联合工作，确保达到最佳分解效果。常温下保质期达到5年，同类产品通常需要在低温下（4℃）冷藏保存，保质期仅一年。

针对河道该段治理修复工艺路线，确定投加三种LifeSys高效复合工程菌：LSR-H、LSR-G（除油除污菌）和LSR-N（脱氮除磷菌）。

4.生态浮床

微生物是水体净化污水的主要“执行者”，水生植物的根系常形成一个网络状的结构，在附件形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境，为微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境，为微生物提供了更大的接触表面积，也为水体处理系统提供了足够的分解者。有植物的水体系统，微生物数量显著高于无植物系统，且植物根部的分泌物还可以促进某些嗜磷、氮细菌的生长，促进氮、磷释放、转化、从而间接提高净化率。

生态浮床，利用浮床的浮力承托水生植物，让水生植物得到一个固定的区域生长，由此水生植物通过发达的根系吸收水体中富营养物质，降低COD;修复水生态系统，达到自然生态的平衡。生态浮床通过与其他环保设备配合使用能形成一个净水能力更加强大的生态浮岛系统。大大降低治水效果的反复风险。

5.底栖动物

一般情况下，生态河道的生物群落主要由微生物、水生植物、底栖动物和鱼类等组成，底栖动物和鱼类分布在生态沟渠的各个层次，其中不少种类是雜食性的，除了摄食食物链上的低等生物以外，还以水域中随污水进入的大量的有机碎屑作为食物，消耗分解释放出简单的无机营养物质，起到去除有机污染物净化水体的功能，它们的分布范围很广。

6.后期养护

水面的日常维护工作主要由人员巡视完成，主要工作为保证水面的清洁。人员巡视的工作包括：检查曝气设备运转是否正常;对水体内固体垃圾物（杂物、树叶、动物残尸等）进行清理和打捞;观察指标性生物是否正常;发现突发性污染事件。

（1）水质特征检测

根据地表水环境质量标准（GB3838-2002），定期对河道水质进行检测，依据水质检测结果能快速判断水质变化趋势，以便提前采取相应措施保障水质。

检测指标：CODcr、BOD5、溶解氧、氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素a、部分重金属离子等。

（2）微生物的补种工作

依据治理后水体情况，根据水质指标和来水量变化相应的补种微生物，以保持水体的长效自净能力。

（3）生态浮床和人工水草的维护

对浮床做必要的除险加固，及时割除浮床内枯萎的水生植物，适时补种浮床植物，避免入侵性或外来性植物影响水生植物的生长，维持浮床基本景观需要。

三、治理效果

经过两个月的调试和运行，透明度提升到80cm，沉水植物大量生长，鱼群爆发式生长，大批鱼苗已生长到6cm，生态系统消纳内外源污染能力大幅度提升，进入持续健康繁衍阶段。在一个很小的水体空间内拦截了大量污染，实现了流域污染内部消化的基本目标，流域内水质指标也持续向好，达到地表水Ⅳ类标准（图2），为保护下游流域奠定了坚实基础。

从透明度的变化趋势可清晰判断出水生态构建的三个阶段（图3）

1.微生态启动期：快速消除黑臭。

2.微生态优势成长期：微生物大量消除内外源污染物，提高水体透明度，为动植物生态的全面繁育创造条件。

3.生态系统初步构建期：微生态-低等植物生态-高等植物生态-低等动物生态-高等动物生态全面繁衍，水生态景观持续改善，抗污染冲击能力持续提升，水生态效应充分展现。

工程治理前、后的水体图片对照见图a和图b。

a 治理前

四、结论

1.步溝头的水力停留时间（HRT）不到3天。依CODcr和氨氮下降趋势线判断，如果适当延长治理范围，延长HRT至10天，CODcr指标可严格稳定在25以下，属于地表IV类，甚至达到III类水标准，氨氮指标可继续下降到5 mg/L以下。在更大的水体环境里，由于可构建生态系统的空间更为良好，系统水质可全面达到地表IV类水标准。

2.MPA?生态修复系统具有快速（3-7天）解决黑臭的能力。

3.MPA?生态修复系统可在不彻底（或无法）截污的情况下，充分利用环境内坑、塘、沟、渠等自然水体空间，快速构建以微生态为基础的全生态系统，不仅能恢复其自身的基本景观，还能改造为“天然污水处理厂”，从源头拦截治理污染，为全流域治理奠定坚实基础。

4.应坚持“流域上下游一体化、陆地水域一体化、城乡一体化、水质与生态一体化”的治理理念，推动全流域“1个月消除黑臭，3个月构建全生态系统，6-9个月基本实现达标”的目标。

参考文献：

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[2]顾强、丁磊.城市建成区黑臭水体评价方法比较[J].水资源保护，2017（4）

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[4]罗希、陈才高、吴瑜红、etal.城市黑臭水体成因、评价方法及治理技术研究进展[C].环境工程，2018年全国学术年会

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