太湖流域河網(wǎng)水體生態(tài)修復(fù)工程及其效果

陳永高, 張瑞斌

(1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 浙江 紹興 312000; 2.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院,

江蘇 南京 210023; 3.江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)有限公司, 江蘇 宜興 214206)

太湖流域河網(wǎng)水體生態(tài)修復(fù)工程及其效果

陳永高1, 張瑞斌2,3

(1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 浙江 紹興 312000; 2.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院,

江蘇 南京 210023; 3.江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)有限公司, 江蘇 宜興 214206)

摘要：[目的] 對(duì)太湖流域河網(wǎng)水體生態(tài)修復(fù)工程及其效果進(jìn)行對(duì)比分析，為該流域環(huán)境管理及水質(zhì)改善提供基礎(chǔ)。 [方法] 以太湖流域的夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流為例，通過(guò)在河道中分別實(shí)施復(fù)合塔式生物濾池處理工藝、五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝、生態(tài)景觀修復(fù)工藝，對(duì)3個(gè)工程的運(yùn)行效果進(jìn)行比較，研究出適用于流域河網(wǎng)地區(qū)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。 [結(jié)果] 三條河流生態(tài)修復(fù)工程的處理效果由強(qiáng)到弱依次為：夏莊浜>洛西河>鳳溝河，由此可得3種生態(tài)修復(fù)工藝的去除污染物能力順序?yàn)椋簭?fù)合塔式生物濾池處理工藝>五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝>生態(tài)景觀修復(fù)工藝。 [結(jié)論] 污染物去除效果表明，3種工藝對(duì)河道中氮、磷等污染物質(zhì)的去除效果均較好，并具有良好的生態(tài)景觀效果，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化，可形成適用于河網(wǎng)地區(qū)的水質(zhì)改善關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：太湖流域; 河網(wǎng); 生態(tài)修復(fù)工程; 效果分析

近年來(lái)，隨著太湖流域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口高度集聚，造成流域污染負(fù)荷不斷增加，加快了流域水環(huán)境惡化和湖體富營(yíng)養(yǎng)化。2007—2009年太湖水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)，處于中度富營(yíng)養(yǎng)化水平；2010—2012年太湖水質(zhì)指標(biāo)有所改善，但總氮、總磷超標(biāo)嚴(yán)重，水質(zhì)總體仍為劣Ⅴ類(lèi)[1-2]。湖泊受到污染的根源在于流域大量低污染水的排放[3]，由于太湖流域城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展以及環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的滯后性，使得大量的城市生活污水直接排入河道，使河網(wǎng)水體成為太湖流域水污染防治的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[4-6]已有大量報(bào)道，但大多數(shù)研究仍停留在試驗(yàn)階段，對(duì)于各種生態(tài)修復(fù)工藝實(shí)施效果的研究較少[7-10]。本研究以太湖流域的夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流為研究對(duì)象，對(duì)治理河段的水環(huán)境狀況及區(qū)域概況進(jìn)行對(duì)比，在三條河流分別實(shí)施復(fù)合塔式生物濾池處理工藝、五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝、生態(tài)景觀修復(fù)工藝，對(duì)三個(gè)修復(fù)工程的實(shí)施效果進(jìn)行分析，研究出適用于太湖流域河網(wǎng)水體的污染防治關(guān)鍵技術(shù)，為太湖流域水質(zhì)改善提供科技支撐。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于江蘇省常州市，區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密布、流速緩慢、河流相互貫通且流向不定，屬于太湖流域典型的自流水網(wǎng)，主要包括燒香河、大浦港、烏溪港及陳東港等19條入湖河流，此外還有眾多支流。選擇夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工程研究。夏莊浜匯入漕橋河后流入太湖，洛西河、鳳溝河匯入武進(jìn)港后流入太湖，河道岸邊均有居民區(qū)和農(nóng)田，均有往復(fù)流現(xiàn)象，三條河流速均較緩慢，下墊面均為淤泥，水深均在1.5～4.5 m之間，因此，三條河水動(dòng)力、水質(zhì)條件相似。夏莊浜位于雪堰鎮(zhèn)，河道長(zhǎng)度為1 460 m，水面面積約13 470 m2，服務(wù)人口約1 430人，服務(wù)面積61.5 hm2，農(nóng)業(yè)面源、生活污水及企業(yè)達(dá)標(biāo)排放尾水等污水排放量為917 m3/d，污水處理后流進(jìn)漕橋河。夏莊浜施工長(zhǎng)度是820 m，寬度是16 m，多年平均水位是3.9 m，枯水期水深是2.6 m，為太湖流域典型的納污河道，藻類(lèi)瘋長(zhǎng)，水質(zhì)惡臭，且已喪失通航功能。洛西河位于洛陽(yáng)鎮(zhèn)，治理工程將位于S232兩邊，水流方向從西向東，全長(zhǎng)約950 m，寬約14～18 m，面積約7 300 m2。治理段劉家村橋西段河岸部分為混凝土擋墻駁岸、東段為自然土駁岸。水深1.2～2.6 m，透明度約為30 cm，水體流速較為緩慢。水體中有浮萍、水花生等水生植物，水體季節(jié)性的在富營(yíng)養(yǎng)化水體與濁水藻水體之間變換。鳳溝河治理段為橫林鎮(zhèn)鳳溝村，服務(wù)人口739人，服務(wù)面積72.13 hm2，生活污水排放量126 m3/d，污水經(jīng)處理后排入武進(jìn)港。隨著河道兩岸工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及人口快速增長(zhǎng)，污染源增加，其中的點(diǎn)源和面源的污水排放量大幅度增加，而水環(huán)境保護(hù)措施嚴(yán)重落后，使河流中大量的有機(jī)污染物和含氮、磷的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)繼續(xù)排入武進(jìn)港。

2水環(huán)境現(xiàn)狀

由于夏莊浜河道附近沒(méi)有污水處理廠，周邊居民的生活污水基本上沒(méi)有處理，一般都是直接排入附近的小河小塘里；衛(wèi)生間和洗澡的污水及其它一些廢水排入化糞池然后被排入村河中。河道兩岸居民生活污水未經(jīng)有效處理而匯入夏莊浜，使夏莊浜水質(zhì)呈惡化趨勢(shì)，主要污染指標(biāo)為COD、氨氮、總氮，污染源主要為生活污水和農(nóng)業(yè)面源，屬于地表水劣Ⅴ類(lèi)。通過(guò)對(duì)洛西河的實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶和集市中生活污水以及生活垃圾依然沒(méi)有得到處理，村中生活污水直接排到村中的八段河中，沿河堆滿了生活垃圾，夏季能聞到刺鼻的臭氣，沿河周?chē)叵滤巡荒茱嬘?，環(huán)境狀況很差。該河流污染源以生活污水和農(nóng)業(yè)面源為主，主要超標(biāo)因子為COD(化學(xué)需氧量)、總磷、SS(懸浮物濃度)。鳳溝河沿岸分布有大量的制造企業(yè)及造紙企業(yè)，糞便污水、生活污水、工業(yè)廢水等無(wú)組織排放污染了鳳溝河水體。污染源主要是生活污水和工業(yè)廢水。由鳳溝河河水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，水質(zhì)為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)劣Ⅴ類(lèi)，主要污染指標(biāo)為COD、氨氮、總氮、總磷。

3生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)方案

2012—2013年在夏莊浜、洛西河、鳳溝河實(shí)施了生態(tài)修復(fù)工程，在河道中分別實(shí)施復(fù)合塔式生物濾池處理工藝、五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝、生態(tài)景觀修復(fù)工藝。

3.1　夏莊浜復(fù)合塔式生物濾池處理工藝方案

根據(jù)夏莊浜水體污染特點(diǎn)，在河道中實(shí)施生物—微生物—植物—填料的協(xié)同作用于一體的復(fù)合塔式生物濾池生活污水處理技術(shù)[11]。該技術(shù)由水解酸化池、塔式蚯蚓生態(tài)濾池、人工濕地三個(gè)單元組成，具有土地處理系統(tǒng)、蚯蚓構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)以及人工濕地優(yōu)點(diǎn)，有效解決了污水處理中充氧、反硝化階段的碳源補(bǔ)充、濾池內(nèi)填料與土壤板結(jié)、污泥消化等問(wèn)題和有機(jī)物降解礦化等關(guān)鍵性技術(shù)難題[12]。

復(fù)合塔式生物濾池系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)為：處理能力10～100 m3/d；占地面積50～200 m2；水力負(fù)荷1.5 m3/(m2·d)；停留時(shí)間2～4 h；裝置成本2 500～3 500元/t；運(yùn)行費(fèi)少于0.15元/t。系統(tǒng)面向廣大農(nóng)村地區(qū)農(nóng)民使用，動(dòng)力需求小，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。復(fù)合塔式生物濾池污水處理效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到城鎮(zhèn)污水廠出水一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

新型復(fù)合塔式生物濾池充分利用了蚯蚓與微生物的協(xié)同作用，蚯蚓活動(dòng)增加了通氣性，能夠更好地分解有機(jī)物、更有效地處理污水。蚯蚓在濾池內(nèi)通過(guò)其砂囊研磨與腸道的生物化學(xué)作用降解有機(jī)物，促進(jìn)C，N，P的轉(zhuǎn)化與礦化，蚯蚓在土壤活動(dòng)層內(nèi)的機(jī)械疏松對(duì)濾床起物理清掃作用，防止土壤板結(jié)、堵塞，還能有效提高微生物數(shù)量及微生物活性，促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化[13]。

3.2　洛西河五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝方案

洛西河接納污染物以生活污水與農(nóng)田面源污染為主，根據(jù)河道自然狀況和水質(zhì)特點(diǎn)，采用五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝。該方案治理工藝流程如圖1所示。

圖1　鳳溝河污水處理工藝流程圖

(1) 河岸生態(tài)緩沖區(qū)。河道岸邊種植柳樹(shù)、水杉、柳杉、楊樹(shù)、楓樹(shù)等喬木樹(shù)種，邊坡種植灌木如玫瑰、黃楊、魔力等以及孔雀草、點(diǎn)地梅、山葡萄等草皮，與挺水植物共同構(gòu)成水陸生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨徑流中污染物的攔截。

(2) 岸邊濕地?cái)r截系統(tǒng)。采用浮島式人工濕地和表面流人工濕地，在洛西河布置潛沒(méi)式濕地185 m2，人工浮流式濕地200 m2，植物配以花葉蘆竹、荸薺、蓮、水芹、茭白荀、荷花、西伯利亞鳶尾等。

(3) 入河口生態(tài)攔截。為防止水面雜物進(jìn)入河中污染河道，在工程兩側(cè)建造植物柵；同時(shí)設(shè)置凈化浮島，上部種植浮水植物，下部垂掛生物繩網(wǎng)，攔截、吸收污染物質(zhì)。

(4) 生物繩接觸氧化技術(shù)。在工程段布置150 m3日本TBR公司生產(chǎn)的PP+K45型生物繩，結(jié)合好氧與厭氧過(guò)程，通過(guò)硝化反硝化過(guò)程去除水體氮磷營(yíng)養(yǎng)。

(5) 植物凈化集成技術(shù)。選用浮島與挺水植物組合，形成生態(tài)浮島。挺水植物選用花葉蘆竹、鳶尾、菖蒲、美人蕉、千屈菜、再力花等；構(gòu)建凈化浮島，上部種植浮水植物，下部為垂向移動(dòng)式生態(tài)床。

在治理段投放底質(zhì)改良劑962 kg，采用專(zhuān)業(yè)工具潑灑。治理段河道各面源污染點(diǎn)附近放置處設(shè)置生物柵382 m3，生物柵以捶掛于凈化浮島下形式設(shè)置。生態(tài)浮島設(shè)計(jì)長(zhǎng)為2 m，寬為1 m，在河道中放置兩列，每?jī)蓚€(gè)之間的間隔為2 m，采用駁岸牽拉的形式進(jìn)行固定，種植旱傘草、美人蕉、香蒲、水浮蓮等，浮島水下部分放置微生物載體，其上布滿高效脫氮細(xì)菌(氨化，硝化、亞硝化、反硝化細(xì)菌)。生物繩接觸氧化技術(shù)采用PP+K45型生物繩，生物接觸氧化床長(zhǎng)為2 m，寬為1 m，高為0.6 m，河道中放置兩列，每?jī)蓚€(gè)之間的間隔為2 m。

3.3　鳳溝河生態(tài)景觀修復(fù)工藝方案

采用生態(tài)景觀型多功能堤岸技術(shù)構(gòu)建緩沖帶、生態(tài)護(hù)坡等，削減河口段入河污染物。河道上游種植大型水生植物(蘆葦，香蒲、柳條等)，建成植物格柵，對(duì)生活污水或地表徑流中的體積較大的漂浮物、泥沙等進(jìn)行攔截，使部分懸浮物質(zhì)沉降下來(lái)。經(jīng)過(guò)沉降后的污水進(jìn)入接觸氧化池，該單元使用高性能接觸過(guò)濾材料——生物繩，污水與生物繩相接觸使微生物附著在生物繩上形成生物膜，在生物繩表面附著的微生物使污水中的有機(jī)物被氧化分解而達(dá)到水質(zhì)凈化。在生物繩的中心附近，由于溶解氧氣減少，這類(lèi)微生物可以消耗掉水中的硝酸鹽氮類(lèi)，從而達(dá)到脫氮的效果。然后污水再進(jìn)入垂直流人工濕地單元，濕地系統(tǒng)中存在的好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，保證了既有植物吸收作用，又有硝化、反硝化作用，去除更加徹底。河道兩岸構(gòu)建由喬灌草組成的立體植物緩沖帶，確保水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性；護(hù)岸工程采用的透水材料，有利于營(yíng)造生物的生育環(huán)境，對(duì)河道中的河水進(jìn)行降解，去除懸浮物質(zhì)澄清水質(zhì)，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。利用浮水植物來(lái)進(jìn)一步改善水質(zhì)，可以降低水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，提高河流的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，達(dá)到強(qiáng)化凈化的效果[14]。在鳳溝河上設(shè)置面積為30 m2的生態(tài)浮床30個(gè)，設(shè)置浮床總面積為900 m2，浮床上種植菖蒲、鳶尾等。在河道岸邊建設(shè)一段長(zhǎng)200 m，寬4 m，坡度0.5的生態(tài)護(hù)坡，種植垂柳、杜鵑、果桃、薔薇、月季等植物。系統(tǒng)出水的COD、總氮、總磷的去除率一般可達(dá)90%以上。

4工程實(shí)施效果分析

2014年夏秋兩季(4月至11月)對(duì)三個(gè)生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施河段上、下游分別采樣。每月采樣1次，監(jiān)測(cè)的水質(zhì)指標(biāo)及其方法為：SS采用光度測(cè)定法，COD采用重鉻酸鉀消解法測(cè)定，TP采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定，TN采用過(guò)硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測(cè)定，NH3—N采用納氏比色法進(jìn)行測(cè)定[15]。5—10月6次采樣監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值詳見(jiàn)表1。

表1　水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值　mg/L

去除率(%)=(上游水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度值-下游水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度值)/上游水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度值×100。污染物去除率結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2　工程污染物去除率計(jì)算結(jié)果　%

由表2可知，夏莊浜與洛西河的SS，COD，TN，TP，NH3—N去除率均高于20%，鳳溝河的SS，COD，TN，TP，NH3—N去除率均低于50%，其中COD，NH3—N去除率低于20%，去除效果較差。COD，TN，TP，NH3—N去除率均是夏莊浜最高，鳳溝河的SS去除率最高，洛西河的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除率均中等。因此，5種污染物的綜合去除能力由強(qiáng)到弱依次為：夏莊浜>洛西河>鳳溝河。

5結(jié) 論

夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流生態(tài)修復(fù)工程的處理效果由強(qiáng)到弱依次為：夏莊浜>洛西河>鳳溝河，由此可得3種生態(tài)修復(fù)工藝的去除能力順序?yàn)椋簭?fù)合塔式生物濾池處理工藝>五級(jí)負(fù)荷削減治理工藝>生態(tài)景觀修復(fù)工藝。生態(tài)景觀修復(fù)工藝效果較差可能是因?yàn)樵摴に嚫嘁蕾囍参锏奈兆饔?，而缺少硝化反硝化所需的微生物，氨氮、總氮的去除能力受到一定影響?/p>

通過(guò)復(fù)合塔式生物濾池處理、五級(jí)負(fù)荷削減治理、生態(tài)景觀修復(fù)工程的實(shí)施，工程出水中COD，SS、氨氮、總氮、總磷的去除效果均較好。太湖流域?yàn)槠皆泳W(wǎng)區(qū)，該區(qū)域類(lèi)似夏莊浜、洛西河、鳳溝河以接收生活污水、農(nóng)業(yè)面源等低污染水為主的河流眾多。本研究中的3種生態(tài)修復(fù)技術(shù)具有極大的推廣前景。研究結(jié)果為太湖流域河網(wǎng)地區(qū)水體污染控制及水質(zhì)改善提供了科學(xué)依據(jù)。

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Ecological Restoration Engineering and Its Effects of River Network in Taihu Lake Basin

CHEN Yonggao1, ZHANG Ruibin2,3

(1.ZhejiangIndustryPolytechnicCollege,Shaoxing，Zhejiang312000,China; 2.SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing，Jiangsu210023,China; 3.JiangsuLong-leapingEngineeringDesignCo.,Ltd.,Yixing，Jiangsu214206,China)

Abstract：[Objective] The ecological restoration project for the river network of Taihu Lake basin and its effects were analyzed and compared in order to provid some bases for the environmental management and water quality improvement of the catchment. [Methods] Xiazhuang River, Luoxi River, Fenggou River of Taihu Lake basin were selected to carry out three projects as composite tower bio-filter treatment process, five-levels-load reduction treatment process and ecological landscape restoration process, respectively. After three rivers’ operation, the effects of these three demonstration projects were compared. [Results] The three ecological restoration projects had a effectiveness rank of Xiazhuang River>Luoxi River>Fenggou River. Thus, the ability of remove pollutants of the three ecological restoration processes ranked as : composite tower bio-filter treatment process>five-levels-load reduction treatment process>ecological landscape restoration process. [Conclusion] The three technologies can all effectively remove nitrogen, phosphorus and other pollutants of watercourse; They also have good ecological landscape. Considered the room of design and use optimization in river network, they could formed the key technologies of water quality improvement for river network.

Keywords:Taihu Lake basin; river network; ecological restoration engineering; effects analysis

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0192-04

中圖分類(lèi)號(hào)：X522

收稿日期：2014-11-27修回日期：2015-03-03

資助項(xiàng)目：江蘇省自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目“低污染水生態(tài)凈化技術(shù)模擬優(yōu)選與效果評(píng)估”(BK20140603); 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(20620140486)

第一作者：陳永高(1984—),男(漢族),江蘇省鹽城市人，碩士，講師，主要從事環(huán)境評(píng)價(jià)與工程管理方面的研究。E-mail:higaoge@163.com。