厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝在河流污染治理中的應(yīng)用

嚴(yán)向軍，梁 旭，裘 杰，汪國英

（杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心，杭州310008）

城市河流污染是綜合性的環(huán)境問題，既與城市河流的水文條件有關(guān)，也與城市建設(shè)和長效管理有關(guān)，更與影響河流水質(zhì)的內(nèi)外兩種污染來源有關(guān)。從國內(nèi)外研究成果表明，截污、疏浚、引配水、河流水污染原位處理等技術(shù)和手段在處理某單一水污染問題具有明顯的效果。但面對開放的、流動的、擾動的城市河流，單一的水污染治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)具有一定的局限性，往往不能根本解決水質(zhì)不佳、水域生態(tài)系統(tǒng)不完善的問題。近十年來，杭州西溪河兩岸地塊大量開發(fā)改造，居住人口劇增，由于城市配套服務(wù)設(shè)施不盡完善，河道污染較重，多年來河道水質(zhì)劣于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，偶有黑臭現(xiàn)象，影響兩岸居民日常生活，成為沿岸市民的關(guān)注的焦點和投訴熱點。為改善西溪河水環(huán)境提高居民生活品質(zhì)，我們探討研究了技術(shù)和經(jīng)濟兩方面都可行的城市河流污染治理和生態(tài)修復(fù)的綜合技術(shù)。

1 城市河流面臨的水環(huán)境問題

曾經(jīng)一段時期，我國經(jīng)濟社會飛速發(fā)展，環(huán)保工作相對滯后，有的城市河流純粹淪為納污河流，水污染十分嚴(yán)重。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念日益深入人心，各個城市陸續(xù)投入巨資開展城市河流綜合整治，改善和提高城市環(huán)境質(zhì)量。城市河流經(jīng)過綜合整治后，水環(huán)境質(zhì)量得到大幅度提高，有的河流多年來的“黑臭現(xiàn)象”消除了，有的達(dá)到了水功能區(qū)劃要求，有的河流水域生態(tài)得到重建和恢復(fù)。

但由于城市河流從水文學(xué)角度分析具有流域性和系統(tǒng)性，從生態(tài)學(xué)和城市學(xué)角度具有綜合性［1］和多功能性［2］，從工程學(xué)角度具有復(fù)雜性和階段性。不同的城市河流綜合整治的效果不僅相同，甚至千差萬別。如有的城市河流經(jīng)整治后變成了三面光的水渠，水生動植物失去了生存的空間，水生植物和底棲動物不見蹤跡，水域生物群落結(jié)構(gòu)不合理不完善；有的城市河流雨水排放口還混有污水，截污還不徹底，受各類廢污水的影響，不少城市河流水環(huán)境質(zhì)量依然不容樂觀，在夏季河流“污花”不時地出現(xiàn)。特別是城市地表徑流污染如露天的城市停車場、貨運站、建筑工地等初期雨水會在一段時間內(nèi)對城市河流造成一定的污染。

杭州市的西溪河位于城市中心地帶，西鄰保俶路，南起天目山路，北至余杭塘河，全長2 700m，平均寬度18m，平均有效水深2.0m。近十年來，西溪河兩岸地塊大量開發(fā)改造，外部市政設(shè)施配套不盡完善，部分地塊缺少污水收集毛細(xì)管。河流駁坎形式為直立式擋墻，河道內(nèi)基本沒有水濕生植物，加之補給水源不足，河流的自凈能力較弱。經(jīng)調(diào)查，治理前西溪河沿線有8個排污口，合計排放污水量約130t／d，現(xiàn)狀水質(zhì)劣于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。

表1 治理前西溪河主要水質(zhì)指標(biāo) mg·L－1

隨著生態(tài)城市理念不斷地融入城市建設(shè)的方方面面，景觀功能成為眾多城市河流的主導(dǎo)功能［3］。杭州市提出以江、湖、河、海、溪“五水共導(dǎo)”的治水理念［4］，通過實施城市河道綜合保護五大系統(tǒng)工程，逐步地有效解決現(xiàn)代城市不斷擴張與自然生態(tài)日益萎縮的城市發(fā)展矛盾，逐步地營造一個“水清、岸綠、景美、流暢”的親水型“宜居城市”。由此，我們以“達(dá)到一般景觀功能Ⅴ類水要求”為目標(biāo)開展西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)工作。

2 西溪河污染治理及生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計

經(jīng)調(diào)查分析，由于管底標(biāo)高、老城區(qū)雨污合流等多種因素，西溪河沿線8個排污口的污水在近期內(nèi)沒有條件納入城市污水管網(wǎng)。為降低排出口廢污水對西溪河水環(huán)境的影響，改善城市河流水景觀，我們在杭州西溪河嘗試應(yīng)用了厭氧生物濾池［5－7］和生態(tài)浮島［8－10］組合工藝，初步形成一個生產(chǎn)者、消費者和分解者的水生生態(tài)系統(tǒng)。

2.1 工藝設(shè)計

西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)的總體思路是隔斷廢污水排入河流的通道，在排污口周邊布置厭氧生物濾池，在微生物膜吸附與代謝和濾池截留的共同作用下，廢污水中的有機污染物得以分解與降解。處理后的廢污水經(jīng)過上覆生態(tài)浮島的植物吸附吸收、根系微生物代謝降解等作用，進一步吸收營養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物。如圖所示。

表層生態(tài)浮島區(qū)水濕生植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣，通過植物根莖輸送并釋放到水體中，在根毛周圍形成了一個好氧區(qū)域，并通過植物吸附吸收、根系微生物代謝降解等作用，吸收從厭氧生物濾池流出的營養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物，具有凈化水質(zhì)、消減風(fēng)浪、美化水面景觀、提供水生生物棲息空間及進行環(huán)境教育等多種功能。中層為好氧區(qū)與厭氧區(qū)的過渡區(qū)即兼性區(qū)，存在著可起兩種作用的兼性菌，并通過兼性菌分解排出口廢污水中的有機物，高效微生物光合細(xì)菌、消化細(xì)菌、復(fù)合細(xì)菌等微生物作為水體中的一類分解者，經(jīng)過馴化期后大量繁殖，分解污染物質(zhì)。底層生物濾池為厭氧區(qū)，積累在此區(qū)域內(nèi)的固體雜質(zhì)被厭氧菌充分分解，從而取得良好的治理效果。

2.2 厭氧生物濾池

厭氧生物濾池是一種簡單低耗的內(nèi)部填充有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器。厭氧生物濾池由采用增強型PP板制作成箱式框架和聚丙烯纖維為主的生物填料組成。厭氧微生物部分附著生長在生物填料上，形成厭氧微生物膜，部分以厭氧活性污泥的形式存在于填料空隙間處于懸浮狀態(tài)。根據(jù)西溪河的水文特征，每個厭氧生物濾池的長、寬、高設(shè)計為1.0m＊1.0m＊2.0m，并按照排出口污染負(fù)荷不同，設(shè)計8個厭氧生物濾池組合放置于排出口周圍。合計厭氧生物濾池168m3。

2.3 生態(tài)浮島

生物浮島置于厭氧生物濾池上方，漂浮在水面上，生態(tài)浮島的面積大小按照排出口水量和河流寬度設(shè)計。根據(jù)西溪河水文和氣溫條件，生物浮島上種植花葉美人蕉、花葉蘆竹、西伯利亞鳶尾、聚草和香菇草。沿河布置了大小不等的生態(tài)浮島16個，合計面積達(dá)1 340m2。

3 監(jiān)測和分析

西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)項目實施后，在上游八字橋和下游新烏蓬橋各布置一個水質(zhì)監(jiān)測點位，每月監(jiān)測一次，監(jiān)測項目為透明度、溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷。項目經(jīng)過一年多時間的運行，取得良好的環(huán)境效益，化學(xué)需氧量從最高值35.4mg／L下降至15mg／L左右，氨氮從最高的4.64mg／L下降至1.5mg／L左右，總磷從最高的0.46mg／L下降至0.1mg／L左右，基本達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足城市河流的景觀功能要求。詳見圖1和圖2。

圖1 西溪河治理前后化學(xué)需氧量變化情況

圖2 西溪河治理前后氨氮和總磷變化情況

3.1 新烏蓬橋水質(zhì)變化分析

對比分析項目實施前后新烏蓬橋水質(zhì)變化情況表明，西溪河水質(zhì)得到較大改善和提高，新烏蓬橋水質(zhì)監(jiān)測點2011年1～4月份化學(xué)需氧量、氨氮和總磷均值比2010年1～4月份均值分別下降13.23mg／L，0.77mg／L，0.09mg／L，同比下降幅度為49%，26%和37%，基本達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，詳見表2。

表2 新烏蓬橋水質(zhì)變化情況 mg·L－1

3.2 西溪河上下游水質(zhì)變化分析

對比分析項目實施后上游八字橋和下游新烏蓬橋水質(zhì)變化情況表明，西溪河下游水質(zhì)與上游相比有較大改善和提高，新烏蓬橋水質(zhì)監(jiān)測點2011年1～4月份化學(xué)需氧量、氨氮和總磷均值比同期八字橋均值分別下降7.8mg／L，0.50mg／L，0.07mg／L，同比下降幅度為36%，19%和30%，詳見表3。

表3 西溪河上下游水質(zhì)變化分析 mg·L－1

4 結(jié)果和討論

由于城市河道的水文條件、污染特征和水功能各不相同，為改善水環(huán)境質(zhì)量所采用的污染治理和生態(tài)修復(fù)方法需要有針對性，要因地制宜、因河而宜。結(jié)合西溪河上游來水不佳、沿線入河污染負(fù)荷較重等實際情況，經(jīng)項目實踐表明，厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝在西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)工作中，取得良好的環(huán)境效益。

（1）厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝可以在污染較重的城市河道中應(yīng)用和推廣。經(jīng)實踐表明，具有治理效果好，運轉(zhuǎn)維護管理方便等優(yōu)點。為進一步提高治理效果和降低治理成本，還需要進一步研究廢污水排放量與厭氧生物濾池大小、生態(tài)浮島植物種類及種植面積之間的關(guān)系。

（2）受排出口廢污水量和水濕生植物生長的季節(jié)變化等因素影響，厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝的功效變動較大。為進一步城市河道水環(huán)境質(zhì)量，需要從根本上加強截污納管工作，減少入河污染負(fù)荷。

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