南安石井前坂村重污染渗坑型微型水库应急治理方案

                         陈楷翰（泉州市突发事件应急专家组成员）

8月中旬受美丽谷环保公司邀请，对南安石井前坂村重污染微型水库进行现场勘查，从水质、底泥、藻相、周围毗邻水体水质、土壤、点源和面源等进行分析，得出情况如下：

1.              该水体外源原为养殖场废水，已被初步切断；水体周边面源（地表径流和空气沉降）有自然林污染物输入较少；底泥内源污染较为严重。土壤为含沙质红壤土，磷氮有机物渗透较为严重。初步判断：由于该水体长期有养殖废水进入，实际类似重污染鱼塘+渗坑。

2.              对底泥观察分析判定底泥受到微生物扰动迹象明显，菌群偏离常态，基本可确定该水体曾经投放大量工程菌进行底泥削减，导致营养物大量从底泥相进入水相，导致小环藻水华加剧。目前水质参数恶劣，远高于污水处理厂进水水质，PH7-8，氨氮80mg/l左右；高锰酸钾指数100mg/l左右；COD680mg/l左右；总氮140mg/l左右；SS400mg/l左右；DO1.2mg/l左右，总磷25mg/l左右，粪大肠杆菌近4万，数值远远高于农灌水标准，同时可能存在抗生素、重金属等养殖废水中常常超标的成分，不适合直接排放处理或农灌，应急处置后仍需进行后续观察，必要时二次处理后农灌。

3.              该水体周围有常规鱼塘可作为该库水生态重建种源库，有干涸洼地可作为中水周转库，有废弃石坑可兼作为底泥长期堆放处置地。

根据该情况判断：治理步骤应当为如下路线图：

水库抑藻抑菌————沉降COD/磷————应急净化/净化水异位生物再净化/达标农灌——底泥钝化缓释（渗坑性质的水体污染理论上不适合底泥封闭，否则将导致严重的地下水污染），最好异位处理————水库构建缓冲矿物底层以接纳钝化回渗土壤营养盐和有机物（理论上渗坑性质的水体污染必须建立净化土壤回渗水的要求，必要时还需要辅助以泵井加菌加药增压抽水等措施促进土壤和地下水污染物回迁）————生态系统建立并转为农灌水库，确保安全后可兼水产养殖。

区域治理步骤应当为如下路线图：

长远——切断点源并设置林中应急水塘——在点源方向环库设置矿物渗滤低坝——构建水库核心区、绿化苗圃或牧草缓冲区、农田扩散区，实现该治理区域的资源化，利用库区边鱼——苗圃/果牧——菜收入逐步回收处理成本。

中期——利用库边的干涸洼地构建异位净化塘，对应急处理出水进行处置后农灌，争取获得农作物收入。

进行区域与流域治理方案设计服务时，需充分给予足够的地理3S系统资料、经济人文参数。

本人与施工辅助团队（泉州新智环保有限公司）为校地联合技术服务团队，本人具备资历为：四川自贡院士工作站李小文院士（已故）生态组长、泉州师院金鉴明循环经济产业院士站成员、泉州突发事件应急组专家、中科院遥感所高级访问学者、全国河湖治理资源平台QQ群管理员、多家环保和材料企业技术顾问、泉州师院高级实验师，具备多次应急修复经验，拥有自建学科雏形——半人工生态系统工程学并为业内共知和逐步承认，该学科为自然生态、经济生态、文化生态的系统综合学科。施工辅助团队负责人辛朝辉有十多年绿化施工管理和技术经验，具备较好的水土沙领域应急修复能力。此次接受美丽谷环保公司的应急治理委托技术指导与辅助施工合约，要求水体在15天内应急消除红色，透光度达到1米并维持2个月，不得产生二次污染。如果环保部门认为有必要，本团队在获得经费前提下也可对后续的一揽子治理施工指导进行合作辅助。

应急治理技术选型

要求尽快速度解决小环藻水华爆发问题，需要解决

1.                   有机物和营养盐在基质、生物、水体三相中的分配发生明显变化，大幅减少在水相中的分配。

2.                   常规絮凝剂不能絮凝的小环藻（小型硅藻）絮凝沉降问题

可选择方法有：

微生物处理，准多相治理技术，水相和底泥相治理为主，兼顾生物相。通常选择EM菌在补氧前提下进行处置，通过分解有机物和生成微生物絮凝剂絮凝悬浮物双重作用来达到治理目的。考虑到生物繁殖周期以及成本，一般不可能采取过高泥水比的方法来提高处理效率，由于底泥厚，通常需要15天以上才有明显效果，2个月以上才可解决黑臭问题，整个过程需要大量调整微生物营养盐、矿物质和有机物成分否则治理效果极不可靠。该方法对施工后管理和辅助设施如增氧的要求较高，相应其他成本较大。优势在于如果菌群合适，技术高，且保证杜绝泄洪、污染物排入前提下，则可在此基础上逐渐降低营养盐阈值而营建藻——草系统。目前该水库存在的问题是底泥相营养物质大量进入水体，依靠微生物分解有机物、硝化反硝化路径而将污染物从水体和底泥迁移到大气的路径需要时间极长，过程中将带来水质的进一步恶化，用于应急处理理论上不成立。水质也超出固定藻类和水草生存阈值，传统生态治理理论上不成立。

化学应急处理，单相治理技术，通过技术变形可针对性地单独治理水相、泥水交界面、生物相，但通常不易组装使用。通常使用双氧水、次氯酸盐、高锰酸钾等灭菌并氧化黑色的硫化物，使水体恢复到黄褐色状态，此时补充泥浆与矿物吸附不良悬浮物并进行高效曝气，有望使水体在1-2天内即消除黑臭并得到短时间稳定在河水形貌。但双氧水不能深入到底泥部分分解有机物和硫化物，且水体原有有机物和营养盐浓度明显高于藻型水体阈值，因此水体生物系统处于不稳定状态的次生演替状态，必须长期添加双氧水，保持H2O2浓度在PPM级来进行稳定，但长期添加双氧水对诸如硝化反硝化系统等危害较大，导致水质基本无法实现自净。该方法处理成本低，操作技术较好时不伤害水体动物，在保证杜绝泄洪、难降解污染物排入前提下可满足3个月稳定要求，但由于不能处理腐殖酸类物质水色不佳，且往往水面有细微浮渣，也不能自发转化为可自净水体，对水体应急治理之后的后续修复相当不利。

絮凝处理，准单相治理技术，可对水相、生物相进行调理。通常使用聚铝、聚铁、聚硅铝铁、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵等对水体进行絮凝处理。常规絮凝处理依据絮凝动力学理论，需要在小型封闭水体中进行药——水高G值混合，然后低G值絮凝，并尽量杜绝沉淀后的扰动，这三点要求如在开放水体操作通常难以奏效。否则需要施工理论的突破和详细的计算，操作技术要求很高，该施工技术目前掌握的单位极少。优点是处理速度极快，可以在1天内消除黑臭，水色明显优于双氧水处理，缺点是对微型水体动物伤害较大，容易导致生态系统的强烈扰动，但沉淀物对泥——水界面有辅助稳定作用，当底泥较厚时可靠性明显高于双氧水处理和微生物处理，且对水体的钝化时间通常在100-110天左右，超过该时间后底泥钝化作用消失，营养盐和污染物重新大量进入水体。该方法处理成本高于化学应急处理方法，技术难度大，水色较好。单独使用尚不具备低于泄洪和面源污染流入能力。

地矿处理，多相治理仿生技术，可同时作用于水相、底泥相、生物相、水岸交错带和土壤。该技术在大自然中类似河口入海水体自发净化的复合机理。该技术目前掌握的单位极少，是使用一些地质矿物进入水体中，与水体原本微生物多糖复合作用，而将有色物质沉淀到底泥并矿化，同时稳定住泥水界面可抗轻度水流冲击，使水体得到净化，通常使用过量地矿物质放置水中确保长期自净。该方法对生态系统稳定性、后期生态构建、长效自净等方面有其他技术不可替代的优势，泄洪后通常3-7天内黑臭即可自行消失，适合将黑臭水体改造成景观水体和养殖水体。目前案例：福建泉州师院荷花池泄洪水体、承天寺放生池均已实现多年稳定。优点是水体脱黑臭时间一般在3-7天，对生态系统改善明显，藻相通常自行转化为绿藻为主，理论上和实际操作上看是目前唯一具有黑臭水体快速自净能力的办法，缺点是不适合缺乏微生物的工业排放有毒水体的高速自净，此时需与其他单相治理措施（如预氧化等）组合使用。

物理异位处理方法，单相治理技术。通常采用诸如亚微米铁粉磁富集、抽水异位絮凝沉淀等方法进行处理。从理论上这些方法不具备对天然湖泊处理高效性，原因是以每次处理1%污染物为计，水体污染量变化状况是：100%——99%——99%*99%——99%*99%*99……且也属于单相治理技术，即理论上不能单独有效净化较大型水体。且设备成本极高。

本人为地矿处理理论与技术系统和开放水体絮凝理论与技术系统的创始人，加之考虑到该小环藻爆发水体需要全面兼顾到水质、水中生物、底泥、地质土壤的优化，因此选择地矿处理技术为应急修复技术，以便整个系统工程的流畅衔接。

针对该水体的具体技术方法：

首先在水中投放高锰酸钾复合药剂，减活微生物和小环藻。————该技术已成熟用于藻类水体爆发的消毒，在自来水厂、太湖治理中均大量使用。

其次是投入钙镁硅复合矿物除水相中磷和调变泥水界面——水/生物界面，使水体营养盐大幅下降，底泥营养盐和有机物被钝化，水中微藻和微生物表面失稳定。————该技术是仿生天然河道入海时水体污染物的沉降絮凝，在大自然中长期存在，未出现明显风险。一切复配用的矿物原料均来自海相钙镁硅沉积物、海盐、森林凋落物，纯仿生技术。

第三是投放石灰复合药剂，缓慢调节PH值变化速度，使其一部分溶于水中转化为钙镁——多糖絮凝剂捕捉藻类和微生物（目前是唯一可以高效絮沉小环藻的仿生材料），另一部分吸附沉降水体磷和有机物，并絮凝下沉到底泥形成可抗轻度风浪扰动的渗透性底泥钝化层。该钝化层可抑制底泥营养物的进一步释放，并将系统PH调整至8.5左右，促进硝化反硝化系统的快速运行而逐步降低总氮。————该技术使用的是鱼塘水调质中长期被公认安全的技术。

第四是生态系统修复，当水体有机物磷重金属等被大量降低之后，水体生态位发生变化，在监测后引入正常水库鱼塘的菌藻浮游生物，并适当进一步调节水体各个参数如溶解氧、氧化还原电位磷氮比、钙镁比、菌群结构等，使水体建立起自净能力。建议增拨经费完成。

整个步骤不带入重金属离子、有潜在生态危害的铝、镧、合成有机絮凝剂、危险生物物种、危险矿物。

处理后水体硬度明显提高，可以有效缓冲水库下沉积土壤中的营养物质回渗到水体中，也可缓冲少量面源污染冲击。如果有进一步的经费和要求，尚可进行底泥层的深度钝化，构建良好的矿物——微生物缓冲系统，以进一步提高水质。

对处理后的水可进行进一步净化至资源化，本人具有较为扎实的化学、生物、地理理论功底，目前已申请发明专利50余个，自有技术100余项，分布在水利、市政、环保、材料、地理地质等领域，有自创二级学科雏形——半人工生态系统工程学，有中科院多个所的学术合作，在科学网等网站容易联系，可以在如渗坑、黑臭水体、沙地与矿山治理、生活污泥、清淤和地铁泥、区域治理与流域治理、循环经济与废弃物资源化等领域提供技术设计与维护改造等政府及环保公司采购性服务。