水源水库水质污染与富营养化控制机理及技术方法

以混合充氧技术研究为切入点，针对水源水库底层缺氧、内源污染严重和藻类高发等水质特征，以及补水周期长、水体更新慢等水文特点，重点研究：①兼备全层混合充氧与等温层混合充氧集成技术，混合充氧条件下污染物迁移与控制模拟技术方法，②不同藻类的悬浮生长机制，以及利用藻类悬浮生长机制控制藻类繁殖的垂向混合技术及控制条件，③寡营养及混合充氧条件下优势微生物培植与固定化，以及优势微生物在好氧/兼氧/厌氧共存环境中的生物膜系统构建与技术集成，④大水深高渗透压条件下库底生物微生态系统的代谢特征以及对底泥中污染物多相界面过程的影响，⑤污染沉积物中污染物释放的复合作用机制、动力学过程与技术控制条件与参数，⑥突发性水质污染的混合充氧与活性炭吸附/化学氧化技术集成等关键理论和技术基础问题，并通过技术集成和技术示范，以期为有效解决水源水库内源污染、藻类高发、富营养化及突发性水质污染等突出问题提供科学的理论指导和技术支撑。

本项目采用现场研究与实验室模拟相结合的方法，探明了水库内源污染控制机制与条件；建立了以土著微生物为主体的优势微生物分离与培育驯化方法，以及扬水曝气耦合好氧反硝化功能菌对寡营养水源水的修复方法；运用菌源生态重组策略构建了脱氮性能较好的低温贫营养脱氮功能菌群；诊断了高效菌株生态安全性的分子生态机制。揭示了藻类的垂向分布特性、悬浮生长机制和主要影响因素，确定了抑制藻类生长的作用范围和条件；通过混合充氧技术优化与集成，在金盆水库成功实施了技术示范。主要包括：（1）探明了混合充氧控制沉积物内源污染机理与条件；厌氧是导致沉积物中氮、磷、Fe、Mn等污染物大量释放的根本原因。沉积物中的Fe/Al-P态磷是造成PO43-释放的主要形态；离子交换态氮（IEF-N）、弱酸提取态氮（WAEF-N）和强氧化剂提取态氮（SOEF-N）是沉积物中氮释放的主要来源。强化充氧抑制沉积物中污染物释放条件为DO≥2mg/L。（2）筛选获得贫营养好氧反硝化菌234株。16S rDNA分子生物学鉴定表明高效菌株为Rhizobium sp.，Arthrobacter sp.和Bacillus sp.。原位投菌系统稳定运行期间对CODMn、TOC、BOD5、氨氮、硝氮及总氮有良好去除效果，在DO为3~4mg/L条件下，水库原水中的硝氮和总氮去除率达到94%和91%。低温条件下，1mg/L菌投量36d可将硝氮和总氮去除46%和53%。巢式PCR-DGGE诊断结果表明高效菌HF3对原水水体功能微生物生态种群影响微弱、生态安全性高。（3）在40、50、60m三种水压下，铜绿微囊藻具有很好的沉降性能；铜绿微囊藻生长衰亡受到光强、压强和温度的综合调控。（4）CFD模拟研究了混合充氧条件下水库流场的分布、藻类的迁移和控制范围，优化确定了扬水曝气器的布设和运行参数。（5）扬水曝气强化化学稳定技术可有效抑制沉积物中磷、铁的释放。（6）扬水曝气技术应用于金盆水库水质改善取得明显效果，氨氮、总磷释放量分别削减85%、70%以上；铁锰分别消减了91%和97%;表层水中藻类削减90％以上；总体稳定达到III类标准。该项目成果为有效解决水源水库内源污染、藻类高发、富营养化及突发性水质污染等突出问题提供了科学的理论指导和技术支撑。