生物柵凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體技術(shù)
利用生物修復(fù)技術(shù)治理受污染的天然水體，強(qiáng)化其自凈功能，是目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展方向和關(guān)注熱點(diǎn)。
1.生物柵強(qiáng)化凈化技術(shù)是以載體填料生物膜和水生植物為主體，將生物膜技術(shù)與篩料阻留技術(shù)加以結(jié)合，在較小的空間內(nèi)浮游植物、微生物、水生動(dòng)物為一體，利用填料、植物根系為載體，加大微生物量，強(qiáng)化凈化功能。
生物柵的核心在于有強(qiáng)大表面積的填料，其上附著的微生物菌群、原生動(dòng)物、小型浮游動(dòng)植物共同構(gòu)建成具有高效、快速精華污染物的生物膜反應(yīng)器。而填料的性能在生物柵系統(tǒng)中具有非常重要的地位。筆者重點(diǎn)考察了球星填料、懸浮填料和組合填料生物柵的運(yùn)行效果，并進(jìn)行必選。
2.生物柵采用九個(gè)并聯(lián)的推流式磚砌結(jié)構(gòu)反應(yīng)池，前端設(shè)有平衡水箱（圖1）
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平衡水箱前端設(shè)有格柵，末端布置溢流管和放空管，填料采用球形、懸浮和組合濾料。將裝有填料的正方體框架置于不同的反應(yīng)廊道內(nèi)，各廊道內(nèi)同時(shí)種植水生植物（鳳眼蓮和水花生）和放置螺類，各池有穿孔U形管曝氣充氧。富營(yíng)養(yǎng)化水通過潛水泵抽入平衡水箱，通過水箱上設(shè)置的管嘴流入反應(yīng)池。
3.生物柵對(duì)水中SS的凈化機(jī)制包括重力沉淀、篩濾阻留、物化吸附。生物降解和食物鏈輸出等等。同時(shí)，SS的去除率隨填料類型不同而有一定的差異。
生物柵對(duì)水中CODCr的去除主要包括生物膜微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解及填料對(duì)水中顆粒態(tài)有機(jī)污染物的沉淀及吸附阻留作用。
生物柵對(duì)水中TN的去除作用除了填料對(duì)顆粒含氮物質(zhì)的沉淀及物化吸附阻留外，還包括微生物的脫氮作用（氨化、硝化及反硝化）和植物吸收利用等。填料類型的選擇對(duì)TN的去除率影響不明顯。但水溫對(duì)TN的去除影響比較大--主要是微生物特別是硝化菌群的生理活性下降是導(dǎo)致TN去除率降低的主要原因。
生物柵對(duì)水中NH3-N的去除主要是通過填料物化吸附及生物膜微生物的硝化作用完成的。
生物柵對(duì)TP的去除過程主要包括沉淀、阻留、吸附及生物膜微生物對(duì)磷鹽的同化利用等。填料對(duì)磷的吸附過程存在積累現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)后，對(duì)磷的去除會(huì)有所降低。
4.對(duì)上海某條富營(yíng)養(yǎng)化的河流采用生物柵技術(shù)做實(shí)驗(yàn)研究，各廊道內(nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表所示。（表1）
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根據(jù)工況的運(yùn)行情況，平均每半個(gè)月采一次裝置進(jìn)、出水樣，測(cè)試的理化指標(biāo)包括溫度、pH、DO、CODCr、氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮。總氮。總磷等。
試驗(yàn)結(jié)果如圖所示（圖2～6）、表3
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從圖2可以看出，與對(duì)照池相比，生物柵凈化池對(duì)水中SS具有良好的凈化效果，對(duì)SS的去除率，空白1#池僅為3%-10%，而設(shè)置填料的2#-7#為40%-90%。同時(shí)SS的去除率隨填料類型的不同而有一定差異，設(shè)置組合填料的4#和5#凈化池對(duì)SS的去除率最高，其次為設(shè)置懸浮填料的2#和3#凈化池，設(shè)置球星填料的6#和7#凈化池相對(duì)較低。運(yùn)行初期，填料的攔截、吸附作用以及物理沉降作用相對(duì)較強(qiáng)，所以去除率在這段時(shí)間內(nèi)有明顯升高，其中4#、5#池的最高去除率達(dá)到了93.7%。之后由于吸附逐漸飽和，填料對(duì)SS的吸附力下降，SS去除率最終穩(wěn)定在40%以上。
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從圖3可看出，與對(duì)照池相比，生物柵凈化池對(duì)水中COD具有良好的精華效果，對(duì)COD的去除率，空白1#池僅為18%-30%，而設(shè)置填料的2#-7#為35%-85%。相對(duì)來說，球星填料對(duì)COD的去除率較其他兩種低，為35%-65%。
從圖4可以看出，與對(duì)照池相比，生物柵凈化池對(duì)水中TN具有良好的凈化效果，對(duì)TN的去除，空白1#池僅為3%-12%，而設(shè)置填料的2#-7#為7%-28%。
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由圖5可以看出，與對(duì)照組1#池相比，設(shè)置生物柵的凈化池（2-7#）對(duì)NH3-N有良好的去除效果，1#池NH3-N去除率僅為2%-12%，懸浮填料的2#和3#的NH3-N去除率為13%-35%，組合填料的4#和5#對(duì)NH3-N的去除率為15%-41%，球形填料的6#、7#池為11%-27%，相對(duì)來說，組合填料的NH3-N去除效果最佳，球形填料較差。
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從圖6可以看出，2-7#池對(duì)TP的去除效果明顯好于對(duì)照池。2-5#池對(duì)TP的去除效果明顯好于6#、7#。2#、3#對(duì)TP的去除率穩(wěn)定在15%-40%，4#、5#對(duì)TP的去除率穩(wěn)定在17%-46%，而6#、7#池對(duì)TP的去除率穩(wěn)定在10%-28%。
實(shí)驗(yàn)期間多次測(cè)定凈化池填料生物膜的微生物數(shù)量，得到表2的結(jié)果。
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由表2可知，凈化池中微生物數(shù)量明顯少于生物膜的，異養(yǎng)菌在凈化池水中為10的4次方數(shù)量級(jí)，而在生物膜中為10的7次方-10的9次方數(shù)量級(jí)，表明生物柵填料可以顯著增加微生物的數(shù)量，增強(qiáng)污染凈化效果。水中亞硝酸菌和硝酸菌的數(shù)量只有10的0次方-10的2次方數(shù)量級(jí)，硝化菌世代時(shí)間較長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度緩慢，而填料的設(shè)置較大提高了硝化菌的種群密度，生物膜上亞硝酸菌數(shù)量增加至10的6次方數(shù)量級(jí)，硝酸菌數(shù)量增加至10的5次方數(shù)量級(jí)。3種填料在硝化菌的數(shù)量上沒有明顯的差異，但在異養(yǎng)菌數(shù)量上，組合填料達(dá)到10的9次方數(shù)量級(jí)，其次是懸浮填料，為10的8次方數(shù)量級(jí)，最少的是球形填料，為10的7次方數(shù)量級(jí)。
5.結(jié)論
生物柵技術(shù)可應(yīng)用于小流量的富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理，特別是排污口附近局部污染嚴(yán)重的區(qū)域，再增加生物量的同時(shí)，增加微生物的多樣性和延長(zhǎng)生物鏈，達(dá)到強(qiáng)化凈化的目的。
生物柵的結(jié)構(gòu)，形式和材料可靈活多樣，因此實(shí)用性較強(qiáng)。
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