安静利 杨超 王一
（天津市北三河管理中心）
一、州河水生态现状
2005年以前州河承担于桥水库的输水功能，河道输水以于桥水库水为主，水质较好，州河流域生态环境良好，河道拥有较强的自净化能力，对于除于桥水库排水口门外的其他排水口门外排水有较强的净化能力。
2005年后于桥水库输水转为暗渠输水后，州河过流量日益减少，州河内水流量偏小，导致水流速低，水体停留时间长，长时间光照情况下，各种藻类滋生，绿藻固碳固氮促进水中微生物及浮游生物繁殖，水中微生物及浮游生物繁殖消耗水中的溶解氧，进一步破坏气水两相氧气交换，导致水体呈厌氧状态，大量好氧微生物、植物（藻类）解体死亡，进一步加剧水体富营养化，最终致使州河水体进入恶性循环，州河原有生态环境被破坏，河水自净化能力近乎于消失。
综上所述，州河污染源由内源污染（河道过水量降低造成水资源枯竭型水体污染）和外源污染（各排水口门和无组织排入受污染水体）构成。
二、治理对策
目前国内对河道水体富营养化治理有多种方法，主要分为物理法，化学法、生化法及生态修复技术，各种技术优缺点如下所述：
1、物理法
（1）截污分流。截污是治理城市河流污染的重要方法之一，其原理是通过建设雨、污水管网，将原本直接排入城市河流的污水收集至城市污水处理厂或者人工湿地，经处理达标后再排放，从而削减了排入河流的污染物总量。截污分流法可以从根本上解决城市河流水污染的问题，但实施难度较大，涉及到水利、市政、道路等多个部门，因此一般需要通过行政手段辅助。
（2）引水冲污。引水冲污实际上是通过清洁江河水置换河道的污染河水，将原污染河道中的污染物稀释或带入下游，从而降低河道的污染负荷，提高河水的自净能力。我国在2000~2003年通过“引江济太”工程改善了太湖水质。高程程等构建了一维河网水动力水质模型，结果表明通过东大盈泵站增加排水动力能有效解决上海市青松水利片的污染问题。但引水冲污只能稀释或转移污染物，不能从根本上降低污染物总量，在当地水源不足时，需要外购清净水，成本较高。
（3）底泥疏浚。底泥是河流污染的内源因素之一，底泥中的有机物在细菌作用下发生分解，会降低水中的溶解氧浓度，同时产生硫化氢、磷化氢等恶臭气体，使河水变黑变臭。底泥疏浚是通过底泥的疏挖减少底泥中污染物向水体的释放。目前最先进的环保式底泥疏浚设备是绞吸式挖泥船，该设备是直接由管道在泥泵的作用下吸起表层沉积物并远距离输送到陆地上的堆场，疏浚船上安装自动控制和监视系统，大大提高了疏浚精度。
2、化学法
（1）化学除藻。化学除藻是通过投加化学药品破坏水体中的胶原体，从而达到除藻的目的，根据添加剂的不同可分为除藻剂除藻、混凝沉淀剂除藻、化学氧化剂除藻。常用的除藻剂有铜盐、高锰酸钾、纳米TiO2等；常用的混凝沉淀剂有聚合三氯化铝、聚合三氯化铁等，最近几年天然絮凝剂也得到广泛研究；用于除藻的化学氧化剂有O3、H2O2、氯气、二氧化氯等。化学除藻的工艺简单，除藻速度快，可操作性强，但添加剂的使用量对除藻效果影响较大，如控制不当，会导致严重的二次污染。
（2）重金属的化学固定。河流底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体，但通过加入碱性物质，调高河水的pH值，重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物，固定在底泥中。常用的碱性物质有石灰、硅酸钙炉渣等。该法见效快，操作简单，可有效抑制重金属以溶解态进入水体，但施用量不应太多，否则会对水生生态系统产生不良的影响。
3、生化法及生态修复技术
（1）深度净化水厂
深度净化水处理即采用普通活性污泥法、BAF滤池、MBR等生物强化处理工艺对受污染水体进行除藻、脱氮除磷、增氧等处理。工艺过程为：受污染水体通过提升泵进入深度净化水厂，经过沉砂-->除藻-->脱氮-->除磷-->增氧-->增压外排。该技术是利用活性污泥中的各种微生物，包括厌氧、兼氧、好氧等微生物构成的复杂的活性污泥，活性污泥吸附水中的有机物和氮磷等，通过微生物之间的协同作用和微生物本身的同化作用和异化作用，将水中的有机物彻底分解为二氧化碳和水，将有机氮、无机氮等转化为氮气排放到空气中，将磷转化到污泥中，通过排放剩余污泥去除，最终水质得到净化处理。
（2）生态植物修复技术
生物修复技术适用于大型且水较深的湖泊。利用生物自身的生长吸收，去除水体中的N、P元素，以达到最终处理的效果。但由于生态植物修复技术效果较慢，受外界影响因素（温度，水质等）较多，在北方地区实施有诸多限制因素，缺乏广泛的适用性。同时植物的死亡腐败又将增加水中的污染负荷，在实际应用中并未达到理想的处理效果。
（3）EHBR强化耦合膜生物技术
强化耦合膜生物反应技术（EHBR）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。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，能使河道水体形成一个循环的具备自我修复功能的自净化水生态系统。其流道式的净化过程特别适应于河道、湖泊等流域治理，具有常规水处理技术无法比及的技术优势、工程优势、成本优势和运行管理优势。
图6-7为EHBR工艺原理图，可以看出氧气和污染物分别在生物膜的两侧向生物膜内传递并消耗，这使EHBR的生物膜内具有特殊的分层结构。
①微生物附着生长的优势
EHBR技术中的主要功能层是附着生长在曝气膜表面的生物膜，主要由微生物及胞外多聚物组成，包含细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等。作为附着生长型污水处理技术，生物膜具有特殊的生物层结构、复杂的生物群落以及较长的食物链，这为EHBR带来了特殊的优势。
由于曝气膜的比表面积大，尤其是中空纤维膜的比表面积可高达5108 m/m，以膜为载体可以在较小的空间内为微生物的生长提供充足的附着面积，大大提高了单位空间内的微生物浓度，提高单位体积处理能力，增强耐冲击负荷能力。
②EHBR曝气方式的优势
曝气供氧时，氧气透过膜丝直接被生物膜利用，不必经过液相边界层，大大减小了氧气的传质阻力，有利于供氧速度和氧气利用率的提高；氧气与底物以相反的方向传递，通过控制供氧可使生物膜产生明显的分层，从而达到同时硝化反硝化和去除有机物的效果；根据废水处理要求，可通过调节曝气压力控制氧气供应量，在满足反应器的需氧量同时，避免气体的挥发和浪费。
综合以上分析，在提升州河整体水质状况的基础上，秉着节省工程投资、降低运行费用并达到水质标准的原则，考虑州河流域的整体情况，此工程拟采用”细分子超饱和溶氧-超强磁化+EHBR耦合膜生物反应器+水力自动化仿生精滤技术+生态植物修复技术”的联合工艺来处理州河河水，即通过细分子超饱和溶氧-超强磁化技术使州河中的溶解氧处于超饱和状态，饱和的溶解氧可维持下游4~5km处，有利于下游段面EHBR耦合膜生物反应器利用充足的溶解氧进一步降解河水中的有机污染物，去除氨氮等，再利用水力自动化仿生精滤技术及生态植物修复技术去除河水中的磷，在修复州河流域生态环境的基础上，以保证下游管控断面达到地表水标准。