2.3 黑臭水体治理技术的发展趋势
由于物理法和化学法存在较明显的局限性,在目前城市黑臭水体的治理中宜作为辅助方法在局部使用。常用的生物法一般采用引入外源性植物或微生物的方法进行修复,方法较为简单,处理成本相对较低,但并不能完全消除水体中的污染物,此外,修复过程中引入的外来微生物/植物由于缺少竞争可能会成为优势种,从而导致土著微生物/植物的活性和生物量降低,从而破坏原生境。因此,利用土著微生物/植物进行原位生态修复的技术成为黑臭水体治理发展的新趋势。
2.3.1 生物促生技术
水体中一般都存在有自净功能的微生物,水体污染后,此类微生物的活性下降,生物量减少,因而无法有效进行水体自净。生物促生技术是通过向污染水体中投放生物促进剂,促进土著微生物的繁殖,提高其活性,从而达到去除污染物的目的。张秀芝等用固体生物促生剂对天津某黑臭河道的河水进行治理,结果显示,在无曝气情况下,添加固体生物促进剂可以有效去除水体中的污染物,治理后的水质达到国家标准Ⅳ类水的要求。高艳利用间歇曝气与生物促生剂相辅助的技术进行黑臭水的净化,结果表明联合治理可有效去除水体中的CODCr、NH3⁃N、总磷,水质明显改善。生物促生剂用于黑臭水体治理,通过刺激土著微生物的生长繁殖,可有效去除水体中的有机污染物,环境友好,但成本较高,推广难度较大。
2.3.2 沉积型微生物燃料电池技术
沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFC)是一种可将阳极区沉积物中的有机质直接转化为电能的新型水生态修复技术。SMFC一般由阴极、阳极以及外电路构成。阳极发生的是厌氧反应,产电微生物在厌氧或缺氧条件下氧化底物中的有机质转变为二氧化碳、质子氢和电子;质子氢通过扩散、电子通过外电路到达阴极后和阴极表面的氧气结合发生好氧反应产生水,从而完成整个化学反应。SMFC整个过程的产物为二氧化碳和水,不会产生二次污染,且在这个过程中还可以回收利用部分电能,实现污染物的资源化处理处置。黑臭水体底部为完全厌氧或缺氧环境,可以满足SMFC阳极工作需求;黑臭水体上部或表层中有一定量的DO,可以满足SMFC阴极工作要求,因此用SMFC进行黑臭水体的原位修复具有可行性。该方法不需要向环境中投加生物或化学制剂,而是通过对原生态中土著微生物定向驯化达到产电的目的,避免二次污染,具有环保性和安全性。
目前,已有学者对SMFC用于河湖黑臭水体生态修复展开了卓有成效的研究工作,如:Kabutey等研制了一种新型浮式水生植物植入式单室SMFC,用于除去城市河流沉积物中的污染物并能生物发电,实验表明总CODCr、硝酸盐和硫酸盐的去除率高,最大电压输出量为0.56V±0.26V,最大功率密度为24.7%。李秀芬团队利用SMFC对太湖底泥进行生态修复,研究表明SMFC运行前后,太湖底泥中的有机质明显下降,总磷、总氮去除效果明显。张太平团队利用黑臭底泥作为SMFC接种物结合植物进行河流底泥修复,将植物引入SMFC后,铵态氮含量、硝态氮含量、总磷含量等明显降低,可以有效修复底泥。
由于SMFC独特的结构特点,该技术特别适合与其他技术联用进行城市黑臭水体治理。李雪等构筑的人工湿地⁃SMFC耦合系统实现了净化污水的同时产生电能,系统CODCr去除率最大可达89.4%。夏世斌等构建的直接产电型垂直流人工湿地新装置实现了污水CODCr 51.6%和总氮70%以上的去除效率。将SMFC技术和其他技术耦合用于黑臭水体治理,不仅可以有效修复水体生态,具有安全性、持久性和可靠性,而且还可以产生新的清洁能源,是一种高效清洁环保的新技术。
2.3.3 组合技术
组合多项修复技术联用克服了单一技术的缺点,常见组合技术实例见表2⁃4。
表2⁃4 组合多项修复技术应用实例
