2.3　黑臭水體治理技術的發展趨勢

由于物理法和化學法存在較明顯的局限性,在目前城市黑臭水體的治理中宜作為輔助方法在局部使用。常用的生物法一般采用引入外源性植物或微生物的方法進行修復,方法較為簡單,處理成本相對較低,但并不能完全消除水體中的污染物,此外,修復過程中引入的外來微生物/植物由于缺少競爭可能會成為優勢種,從而導致土著微生物/植物的活性和生物量降低,從而破壞原生境。因此,利用土著微生物/植物進行原位生態修復的技術成為黑臭水體治理發展的新趨勢。

2.3.1　生物促生技術

水體中一般都存在有自凈功能的微生物,水體污染后,此類微生物的活性下降,生物量減少,因而無法有效進行水體自凈。生物促生技術是通過向污染水體中投放生物促進劑,促進土著微生物的繁殖,提高其活性,從而達到去除污染物的目的。張秀芝等用固體生物促生劑對天津某黑臭河道的河水進行治理,結果顯示,在無曝氣情況下,添加固體生物促進劑可以有效去除水體中的污染物,治理后的水質達到國家標準Ⅳ類水的要求。高艷利用間歇曝氣與生物促生劑相輔助的技術進行黑臭水的凈化,結果表明聯合治理可有效去除水體中的COD_Cr、NH₃?N、總磷,水質明顯改善。生物促生劑用于黑臭水體治理,通過刺激土著微生物的生長繁殖,可有效去除水體中的有機污染物,環境友好,但成本較高,推廣難度較大。

2.3.2　沉積型微生物燃料電池技術

沉積型微生物燃料電池(sediment microbial fuel cells,SMFC)是一種可將陽極區沉積物中的有機質直接轉化為電能的新型水生態修復技術。SMFC一般由陰極、陽極以及外電路構成。陽極發生的是厭氧反應,產電微生物在厭氧或缺氧條件下氧化底物中的有機質轉變為二氧化碳、質子氫和電子;質子氫通過擴散、電子通過外電路到達陰極后和陰極表面的氧氣結合發生好氧反應產生水,從而完成整個化學反應。SMFC整個過程的產物為二氧化碳和水,不會產生二次污染,且在這個過程中還可以回收利用部分電能,實現污染物的資源化處理處置。黑臭水體底部為完全厭氧或缺氧環境,可以滿足SMFC陽極工作需求;黑臭水體上部或表層中有一定量的DO,可以滿足SMFC陰極工作要求,因此用SMFC進行黑臭水體的原位修復具有可行性。該方法不需要向環境中投加生物或化學制劑,而是通過對原生態中土著微生物定向馴化達到產電的目的,避免二次污染,具有環保性和安全性。

目前,已有學者對SMFC用于河湖黑臭水體生態修復展開了卓有成效的研究工作,如:Kabutey等研制了一種新型浮式水生植物植入式單室SMFC,用于除去城市河流沉積物中的污染物并能生物發電,實驗表明總COD_Cr、硝酸鹽和硫酸鹽的去除率高,最大電壓輸出量為0.56V±0.26V,最大功率密度為24.7%。李秀芬團隊利用SMFC對太湖底泥進行生態修復,研究表明SMFC運行前后,太湖底泥中的有機質明顯下降,總磷、總氮去除效果明顯。張太平團隊利用黑臭底泥作為SMFC接種物結合植物進行河流底泥修復,將植物引入SMFC后,銨態氮含量、硝態氮含量、總磷含量等明顯降低,可以有效修復底泥。

由于SMFC獨特的結構特點,該技術特別適合與其他技術聯用進行城市黑臭水體治理。李雪等構筑的人工濕地?SMFC耦合系統實現了凈化污水的同時產生電能,系統COD_Cr去除率最大可達89.4%。夏世斌等構建的直接產電型垂直流人工濕地新裝置實現了污水COD_Cr 51.6%和總氮70%以上的去除效率。將SMFC技術和其他技術耦合用于黑臭水體治理,不僅可以有效修復水體生態,具有安全性、持久性和可靠性,而且還可以產生新的清潔能源,是一種高效清潔環保的新技術。

2.3.3　組合技術

組合多項修復技術聯用克服了單一技術的缺點,常見組合技術實例見表2?4。

表2?4　組合多項修復技術應用實例