城市河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究
——以無(wú)錫市親水河生態(tài)修復(fù)為例

劉春來(lái)

(1.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210032；2.江蘇江達(dá)生態(tài)科技有限公司，江蘇無(wú)錫 214000)

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城市河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究
——以無(wú)錫市親水河生態(tài)修復(fù)為例

劉春來(lái)

(1.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210032；2.江蘇江達(dá)生態(tài)科技有限公司，江蘇無(wú)錫 214000)

親水河為無(wú)錫市太湖岸線一條景觀河道，水質(zhì)較差。通過(guò)探討生物繩、重建生物群落聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)城市河道的修復(fù)效果對(duì)其進(jìn)行了為期半年多的生態(tài)修復(fù)效果研究。結(jié)果表明，上述工程措施能夠有效去除水體中的有機(jī)物、總氮、總磷等污染物，增加水體透明度。

生態(tài)修復(fù)；城市河道；水質(zhì)

城市“因水而生、因水而興”，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市河流環(huán)境惡化對(duì)城市居民的健康和城市生態(tài)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，河流水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。生態(tài)修復(fù)法可以從根本上恢復(fù)河流系統(tǒng)的生態(tài)功能，是國(guó)內(nèi)外近年來(lái)發(fā)展很快的一種技術(shù)。

利用生物、生態(tài)技術(shù)治理富營(yíng)養(yǎng)化河道的研究比較成熟[1-3]。比較成功的案例主要集中在一些淺水湖泊，例如五里湖、白云湖等，主要通過(guò)設(shè)置前置庫(kù)和生物繩，增加水生植物的密度等手段降低水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽，重建水體生態(tài)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水體的生態(tài)修復(fù)。但對(duì)于跟淺水湖泊比較類似的低流速城市河流，卻鮮有這方面的研究。

該研究以親水河生態(tài)修復(fù)工程為依托，通過(guò)比較親水河生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)運(yùn)行過(guò)程中水質(zhì)的變化，分析重建生物群落的聯(lián)合修復(fù)方法對(duì)親水河生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)水質(zhì)的改善效果，探討城市小流域河道水質(zhì)改善的技術(shù)與機(jī)理，并對(duì)我國(guó)低流速城市小河道的綜合治理提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

無(wú)錫市南臨太湖，大運(yùn)河貫穿南北，市內(nèi)河網(wǎng)密布，是個(gè)典型的江南水鄉(xiāng)城市。親水河位于太湖新城南部、環(huán)太湖高速公路北側(cè)，東起蠡河西，西至壬子港，全長(zhǎng)13.82 km，是各水域水體進(jìn)入太湖前的緩沖河流，攔截地表徑流及各類污染物質(zhì)進(jìn)入貢湖水域，在改善太湖新城南部水環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用，也是一條典型的重污染的低流速城市河流。示范河道設(shè)置在親水河的東至小溪港端，西至許仙港端的區(qū)域，示范面積約2.33 hm2。

親水河的地表徑流主要來(lái)自親水河兩側(cè)綠地(包括島嶼)和高速路(包括橋)。暴雨來(lái)臨時(shí)，高速路面上的雨水會(huì)攜帶大量的懸浮物匯入路邊的排水溝。與此同時(shí)，綠地(包括島嶼)上的雨水也會(huì)有一部分匯入親水河。親水河水質(zhì)主要理化指標(biāo)平均TN 2.65 mg/L、TP 0.19 mg/L、NH3-N 0.62 mg/L、CODCr10.25 mg/L，水質(zhì)為劣Ⅴ類水。

親水河小溪港至典基港段水生沉水植物較少，沿岸有少量黑藻、菖蒲等，偶有漂浮植物如菱角、荇菜等。由于親水河缺少微生物的生物載體，脫氮菌群只能少量地依附在沉水植物葉莖表面，數(shù)量稀少，同時(shí)植物根系莖葉吸收的養(yǎng)分氮元素，隨著植物的枯敗，又重新回到水體中，無(wú)法與大氣形成氮循環(huán)，因此凈水能力有限。

1.1 樣點(diǎn)設(shè)置和樣品采集

該試驗(yàn)共設(shè)有8個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，其中1～3號(hào)點(diǎn)位于前置庫(kù)，4～8號(hào)點(diǎn)位于生態(tài)修復(fù)區(qū)。親水河生態(tài)修復(fù)工程前端設(shè)置前置庫(kù)，主要用于混合各方來(lái)水和初步沉淀污染物質(zhì)，生態(tài)修復(fù)區(qū)主要設(shè)置生物繩區(qū)、挺水植物區(qū)、沉水植物區(qū)等。

1.2 理化指標(biāo)測(cè)定

透明度(SD)采用Secchi盤法當(dāng)場(chǎng)測(cè)定。水溫(T)、pH、溶解氧(DO)、濁度(NTU)、電導(dǎo)率(Cond)、總?cè)芙夤腆w(TDS)、鹽度(Sal)等指標(biāo)用YSI6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀(美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的理化指標(biāo)主要包括：總氮(TN)、總?cè)芙鈶B(tài)氮(TDN)、氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、總?cè)芙鈶B(tài)磷(TDP)、磷酸鹽(PO43-)、葉綠素a(Chl-a)和懸浮顆粒物(SS)。測(cè)定方法主要參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)局水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì)(2002)編寫的《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》。

2 河道生態(tài)處理工藝流程及特點(diǎn)

2.1 河道生態(tài)處理工藝流程

選擇黑臭河道治理、生態(tài)修復(fù)的方法、技術(shù)時(shí)，一般應(yīng)遵循以下的原則：①有效性：要能安全有效地去除污染河道水體中的污染物，盡量避免或減少污染物的轉(zhuǎn)移以及二次污染的產(chǎn)生；②生態(tài)相容性：要能與河流天然生態(tài)系統(tǒng)相容，盡量減少治理過(guò)程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞；③經(jīng)濟(jì)性：要能長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)揮效能，盡量減少長(zhǎng)期運(yùn)行、維護(hù)過(guò)程中的投入。親水河河道生態(tài)處理技術(shù)路線如圖2所示。

2.2 主要工藝

2.2.1 生物繩凈化。生物膜技術(shù)結(jié)合河道污染特點(diǎn)及土著微生物類型和生長(zhǎng)特點(diǎn)，培養(yǎng)適宜的條件使微生物固定生長(zhǎng)或附著生長(zhǎng)在固體填料載體的表面，形成膠質(zhì)相連的生物膜。通過(guò)水的流動(dòng)和空氣的攪動(dòng)，生物膜表面不斷和水接觸，污水中的有機(jī)污染物和溶解氧為生物膜所吸收，從而使生物膜上的微生物生長(zhǎng)壯大。在親水河連接前置庫(kù)，典基港、小溪港和紅周路(圖1中3號(hào)站點(diǎn)南端)處分別設(shè)有生物繩。根據(jù)不同地點(diǎn)水質(zhì)的不同，生物繩的放置量有一定的區(qū)別(表1)。

表1 生物繩的設(shè)置

2.2.2 水生動(dòng)植物生態(tài)技術(shù)。在親水河河道修復(fù)示范工程實(shí)踐中，針對(duì)親水河水質(zhì)較差、夏季藍(lán)藻水華易暴發(fā)堆積、生物多樣性低的現(xiàn)狀，在對(duì)河道、岸帶進(jìn)行微地形改造的基礎(chǔ)上，依據(jù)水生植物的生理、生態(tài)習(xí)性，以及前人的經(jīng)驗(yàn)和課題組前期的研究成果，篩選出苦草(Vallisneriaspiralis)、穗花狐尾藻(Myriophyllumverticillatum)、微齒眼子菜(Potamogetonmaackianus)、馬來(lái)眼子菜(Potamogetonmalaianus)和金魚藻(Ceratophyllumdemersum)5種沉水植物土著物種，及漂浮植物鳳眼蓮(Eichhornniacrassipes)，作為河道生態(tài)修復(fù)的主要水生植物物種。

在該研究中，前置庫(kù)作為對(duì)照。前置庫(kù)零星栽種了茭白、鳶尾和美人蕉等觀賞性水生植物。生態(tài)修復(fù)區(qū)是生態(tài)修復(fù)工程的主體部分。其中4號(hào)點(diǎn)所在的河道為挺水植物區(qū)，主要種植茭白、芋頭和茨菰，6號(hào)點(diǎn)所在的河道為沉水植物區(qū)，主要生長(zhǎng)金魚藻、狐尾藻、菹草、苦草、輪葉黑藻等沉水植物，8號(hào)點(diǎn)所在的開闊水域?yàn)橛^賞性植物區(qū)，蓮花為該區(qū)的主要植物，覆蓋80%以上水域，除此以外還有菱、槐葉萍、水鱉等浮葉植物存在。其中沉水植物在生態(tài)修復(fù)區(qū)內(nèi)的分布比較廣泛。

3 工程運(yùn)行情況

3.1 運(yùn)行結(jié)果

生態(tài)修復(fù)對(duì)水體中TN、TP的去除效果顯著(圖3)。前置庫(kù)組內(nèi)TN濃度均值為1.50 mg/L，而生態(tài)修復(fù)組水體TN濃度為0.87 mg/L，生態(tài)修復(fù)組的TN平均值比前置庫(kù)組的低42.0%。同氮的結(jié)果相似，前置庫(kù)組水體TP濃度為0.07 mg/L，生態(tài)修復(fù)組的TP濃度為0.04 mg/L，均顯著低于前置庫(kù)組(P<0.05)；而且生態(tài)修復(fù)組水體TP平均值比前置庫(kù)組的低42.8%。

生態(tài)修復(fù)對(duì)水體中氮、磷的去除效果具有明顯的季節(jié)特征(圖3)：即在7～8月期間，生態(tài)修復(fù)對(duì)水體中氮、磷具有顯著的去除作用，而在9～12月期間，生態(tài)修復(fù)的去除效果并不明顯。在7～8月中，前置庫(kù)組TN濃度為2.06 mg/L，而生態(tài)修復(fù)組水體中TN濃度為0.65 mg/L，去除率為68.4%。但是，進(jìn)入9～12月后，由于來(lái)水中營(yíng)養(yǎng)鹽含量本底較低，故生態(tài)修復(fù)組中TN濃度沒(méi)有明顯下降。7～8月，前置庫(kù)組TP濃度為0.14 mg/L，而在生態(tài)修復(fù)組水體中其濃度為0.05 mg/L，去除率為64.2%。在9～12月，生態(tài)修復(fù)后水體中TP始終維持在一個(gè)穩(wěn)定的低水平范圍內(nèi)。

生態(tài)修復(fù)后的親水河系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抵抗外界影響的能力，TN和TP僅僅在夏季略有升高，可見在生態(tài)修復(fù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)得到了比較好的控制。

3.2 運(yùn)行管理

運(yùn)行管理主要分為兩個(gè)方面: 一是水生植物的養(yǎng)護(hù)管理; 二是工程范圍內(nèi)的環(huán)境管理。水生植物養(yǎng)護(hù)內(nèi)容主要包括水生植物的梳理、收割。需要制定水生植物梳理與收割計(jì)劃。環(huán)境管理實(shí)行專人負(fù)責(zé)，制定保潔計(jì)劃及垃圾清運(yùn)計(jì)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)半年多的實(shí)際運(yùn)行表明，無(wú)錫市親水河河道生態(tài)修復(fù)是成功的，水面潔凈，無(wú)藻類等漂浮物聚集，河道生態(tài)趨于良性恢復(fù)。

[1] 楊平.人與自然關(guān)系的修復(fù)：日本琵琶湖治理與生活環(huán)境主義的應(yīng)用[J].湖泊科學(xué),2014,26(5):807-812.

[2] 張振興.北方中小河流生態(tài)修復(fù)方法及案例研究 [D].長(zhǎng)春: 東北師范大學(xué),2012.

[3] 王鶴霏.生物-生態(tài)技術(shù)對(duì)水體修復(fù)效果的研究[D].大連: 大連理工大學(xué),2013.

Ecological Restoration Technology Research of Urban Rivers——A Case Study of Qinshui River in Wuxi City

LIU Chun-lai

(1. School of Environment, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210032; 2. Jiangsu Jiangda Ecological Technology Co. Ltd, Wuxi, Jiangsu 214000)

The Qinshui River is a landscape river of Taihu Lake shoreline in Wuxi City. In order to scrutinize the effects of ecological restoration by using combined biological ropes with aquatic plants on urban rivers, samples were collected in Qinshui River for more than half a year. The operation result showed that the above-mentioned measures could effectively remove the organic compounds, ammonia nitrogen, total phosphorus and so on from the river water and increase transparency of the river water.

Ecological restoration; Urban rivers; Water quality

劉春來(lái)(1981- )，男，江蘇泰州人，工程師，在讀碩士，從事水生態(tài)修復(fù)研究。

2015-11-18

S 181

A

0517-6611(2015)35-118-03