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MABR 用于上海城市河道水生态修复的初步研究
CRAES:
来 源：《科学技术创新》2019年32期
作 者：宫志杰
单 位：上海中信元钧环保有限公司
摘 要：通过对上海市某城市河道进行现场踏勘和水质监测，分析污染物含量较高的主要原因，确定河道污染源。根据污染源类型和污染方式确定水生态修复的技术：膜曝气生物膜反应器（MABR）技术。通过对上海市某生态修复中城市河道水质状况连续40 天的持续监测，结果表明：MABR 技术能有效提高水体中溶解氧（DO）含量，降解水体中氨氮和 COD 含量，以达到快速修复的目的；且能够有效抑制水体中蓝藻的爆发。MABR 能够有效解决上海市城市河道污染问题。
关键词：城市河道；水生态修复；MABR
改革开放以来，我国经济取得了快速发展，城市化进程加快。人们在享受城市化带给我们的富裕生活和便利的同时，也造成了环境的污染，城市河道水体污染尤为突出。
城市河流是指城区内用于防洪、排涝、引清、蓄水、排水及航运的天然或人工水道[1]。由于河道两岸污水直排、雨污管道混接、污水管道泄漏等问题，城市河道水生态系统受到严重破坏，导致自净能力消失，黑臭现象产生。如不及时解决上述问题，将严重影响附近居民的生活体验和身体健康[2]，甚至影响城市形象，造成潜在的损失。
近年来，随着国家对水体污染的重视，水生态修复方面的技术爆发式涌现，从作用主体进行分类，主要包括：水生植物修复技术、物理手段治理技术（清淤、增氧）、微生物修复技术[3]。由于城市黑臭河道水质污染严重，水生植物和动物难以成活，而微生物修复技术具有处理效果好、投资低，能够逐渐恢复污染水体的自净能力等优点，使微生物修复技术成为当前河道治理的研究开发热点和主体技术手段[4]。
MABR 技术是一种有机地融合了气体分离膜技术和生物膜水处理技术的新型污水处理技术，因其高效的氧利用效率和内外分层的特殊生物膜结构而备受关注[5]。微生物膜附着生长在透氧中空纤维膜表面，污水在透氧膜周围流动时，水体中的污染物在浓度差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内，经过生物代谢和增殖被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而实现对水体的净化，是一种人工强化的生态水处理技术。该技术具有同步消化反硝化[6- 8]、氧利用率高、挥发性污染物释放量低[9]、运行成本低等诸多优点。本文通过介绍上海市某黑臭河道的治理技术方案以及效果，为 MABR 技术在黑臭水体治理中提供参考。
1 河道概况
本项目河道位于上海市闵行区颛桥镇的南部，在水利分片中属“淀南片”。河道西端在老中春路处为断头，南端与外河西四河连通。河道治理长度 300.5m，水面宽度约 8m，平水期距河岸边 1m 范围内水深为 0.5m，河道中间位置水深约 1m。河道护岸采用密排木桩加固护岸形式。河道断面图、位置图如图 1、2 所示，水质状况如表 1 所示。
由表 1 可知，水体中氨氮、总磷和 COD 含量远超过地表水Ⅴ类标准。现场踏勘过程中，水体颜色为黑色且有臭味，河表面漂浮有大量的黑色底泥。结合检测数据确定本河道为黑臭河道。
2 污染源分析
2.1 生活污水排入
该河道主要污染来源于河道西段。中间箱涵桥——西端断头处河道两岸存在密集简易房供外地打工人员居住，初步统计结果显示，两岸简易房中的人口大约有 70 人。由于房屋面积小，居民做饭、洗衣服、洗菜都在河边完成，生活污水通过私拉管流入河道中，对河道水体产生严重影响。河道两岸排水口分布状况如图 3 所示。
2.2 地表径流污染
七房宅河南侧河道两岸有大片农田，雨季农业废水随雨水汇流入河道，对河道水体造成污染。
2.3 内源污染严重
现场踏勘过程中发现河道底泥较厚，河面漂浮有大量黑色底泥，内源污染严重。
2.4 河道自净能力差
踏勘过程中基本没看到河道内水生植物和动物，说明河道内生态系统已经被破坏，基本无自净能力。
3 生态修复方案
3.1 技术方案比选
随着近几年水生态修复市场需求量的增大，水生态修复技术的种类越来越多，某些技术在水生态修复领域表现出了很好的效果，但并不意味着某种技术能解决所有河道的问题，水生态修复技术的选择需要因地制宜。
考虑到本项目河道水体日常交换量小，流动性较差，除泄洪期外，无大的水体交换，日常水体流动为表层水体，底层水体呈相对静止的状态。且岸边污水排放量大，污染物持续进入河道中。直接运用水生植物、水生动物构建生态系统很难达到消除黑臭的目的，运用 MABR 河道水体净化技术，将膜组件铺设在河道底部，能有效的解决溶解氧含量低，污染物含量高的问题。
3.2 工程设计
MABR 生态净化系统是由若干个 MABR 膜组件组成，每个MABR 膜组件上有若干 MABR 膜丝，风机提供的氧气由每根膜丝扩散到水体中，提高水体溶解氧，同时每根膜丝上也会富集微生物膜，为水中微生物提供一个能供给高溶解氧的载体，结合 MABR 本身特性，利用污染物快速降解，保持水体自净能力。结合本河道水体中污染物含量以及 MABR 处理能力计算得 出 本 河 道 MABR 膜 组 件 的 需 求 量 为 444 支 （规 格 ：2144*230mm）。将膜组件固定在支架上，通过管道与风机连通，放置在河床上，对河道进行水生态修复。膜组件在河道中的放置方式如图 4 所示。
4 运行效果
本项目从 2018 年 6 月份正式运行，挂膜期为 40 天。期间风机时间设置为：工作 2 小时，暂停 1 小时，如此循环。通过连续监测，水体中 DO 含量维持在 4 mg/L 以上，其他污染物变化情况如图 5 所示。（由于 MABR 依靠微生物对水体进行治理，而微生物对 TP 的去除能力有限，此处不再进行分析）。
如图 5 所示，MABR 运行前 20 天氨氮含量降低明显，从6.88 mg/L 降低到 2.14 mg/L，去除率达到 68.9%。运行 26 天后，水体中氨氮含量为 1.69 mg/L，低于 《地表水环境质量标准》(GB3838- 2002)中Ⅴ类水标准 2.00 mg/L，且能够长期稳定在Ⅴ类水以上。说明 MABR 运用在水生态修复中能够较好的去除水体中的氨氮。
分析图 6 可知，MABR 运行条件下，水体中 COD 含量逐渐降低，运行 40 天后，COD 由原来的 63.0 mg/L 降低到 40.0 mg/L，达到《地表水环境质量标准》(GB3838- 2002)中Ⅴ类水标准 40.0mg/L。结果表明，MABR 能够较好的去除黑臭河道水体中的COD。
5 结论
将 MABR 技术应用于黑臭水体中，不仅能够快速提高水体中溶解氧的含量，降低氨氮、COD 等主要污染物的含量。而且能够有效抑制水体蓝藻的爆发，提高河道整体感观性。MABR技术在城市河道黑臭水体修复中效果显著，值得推广。
参考文献
[1] 曹仲宏，刘春光，徐泽.现代城市河道综合治理与生态恢复[J].城市道桥与防洪，2010，1（1）：70-72.
[2] 杨丽蓉，陈利顶，孙然好.河道生态系统特征及其自净能力研究现状与发展[J].生态学报，2009，29（9）：5066-5075.
[3] 潘威.城市河道水环境生态治理技术探讨[J].资源节约与环保，2019，（8）：27.
[4] Cole A C，Semmens M J，LaPara T M. Stratification of activity and bacterial community structure in biofilm grow on membranes transferring oxygen [J].Appl Environ Microbiol，2004，70（4）：1982-1989.
[5] Lapointe B E，Herren L W，Debortoli D D，et al. Evidence of sewage -driven eutrophication and harmful algal blooms in Florida's Indian River Lagoon[J].Harmful.Algae，2015，43：82-102.
[6] Lackner S，Terada A，Horn H，et al. Nitritation performance in membrane -aerated biofilm reactor differs from conventional biofilm systems[J].Water Research，2010，44（20）：6073-6084.
[7] Wei X，Li B，Zhao S，et al. COD and nitrogen removal in facilitated transfer membrane -aerated biofilm reactor （FT - MABR）[J]，Journal of Membrane Science，2012，389：257-264.
[8] Tian H，Liu J，Feng T，et al. Assessing the performance and microbial structure of biofilms adhering on aerated membranes for domestic saline sewage treatment [J].RSC Advances，2017，7（44）：27198-27205.
[9] Martin K J，Nerenberg R. The membrane biofilm reactor（MBfR）for water and wastewater treatment：Principles，applications，and recent developments [J].Bioresource Technology，2012，122:83-94.
作者简介：宫志杰（1990-），男，汉，上海市松江区，硕士研究生，主要从事河道水生态修复工作。
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