城市景觀河流生態(tài)凈化與修復(fù)技術(shù)研究

薛黎銘

（上海市靜安區(qū)河道水政管理所，上海市 200072）

0 引 言

城市景觀河流是城市水系的重要組成部分，對于整個城市的雨水含蓄、防洪除澇、景觀綠化、水生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)起著十分重要的作用。但是，隨著城市化進(jìn)程的加快，水體的環(huán)境問題（如：水體富營養(yǎng)化、黑臭水體）也日益凸顯出來[1]。城市河流的水污染不僅損害了人居環(huán)境，同時還嚴(yán)重地影響了城市的形象。其中，對城市黑臭水體的整治因為治理系統(tǒng)性強(qiáng)、治理范圍廣而受到普遍重視。國務(wù)院頒布實施的《水污染防治行動計劃》（“水十條”）明確：城市人民政府是整治城市黑臭水體的責(zé)任主體，由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部牽頭，會同環(huán)境保護(hù)部、水利部、農(nóng)業(yè)部等部委指導(dǎo)地方落實并提出目標(biāo)，到2030年，全國城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。

近些年，對城市黑臭水體的治理往往通過嚴(yán)格控制廢水排放、加強(qiáng)水系循環(huán)或域外補(bǔ)水、采用人工曝氣或?qū)Φ啄嗲逵俚姆绞絹韺崿F(xiàn)水質(zhì)的凈化。但上述手段的實施經(jīng)濟(jì)成本較大，且會出現(xiàn)治理后水質(zhì)再度惡化的現(xiàn)象[2]。

為解決上述問題，本研究以上海市靜安區(qū)市管河道彭越浦河道為對象，通過不同階段使用人工曝氣和生態(tài)浮島+曝氣復(fù)氧組合方式來實現(xiàn)水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)的目的[3]。充分利用人工曝氣對水體短期內(nèi)凈化效果較好和生態(tài)浮島對氮磷等營養(yǎng)元素吸收功能強(qiáng)的特點(diǎn)，考察其對城市景觀河流生態(tài)凈化與修復(fù)能力[4]。通過此研究，期望為后續(xù)的工程提供理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。

1 城市景觀河道污染現(xiàn)狀調(diào)查

上海市靜安區(qū)市管河道彭越浦河道總長約6 054 m，河道兩側(cè)多為居民區(qū)及沿線單位。河寬約23 m，由于缺乏上游補(bǔ)水，導(dǎo)致河水流速過低，一般小于0.2 m/s?？菟跁r水深僅1.4～1.8 m，豐水期水深2.4～2.8 m。部分河段堵塞較為嚴(yán)重（見圖1）。此外，河道中水生植物較少，不利于水中的氮磷吸收。

圖1 部分河段堵塞情況

治理前，于2017年對彭越浦河道內(nèi)2個監(jiān)測斷面進(jìn)行3次取樣分析，檢測結(jié)果如表1所示。

由表1可知：河道內(nèi)水質(zhì)低于地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。水體中的DO（溶解氧）濃度較低，COD（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、TP（總磷）等含量均超標(biāo)。上述結(jié)果表明河道污染類型具有典型的需氧型污染與富營養(yǎng)型污染特征。

表1 水質(zhì)檢測結(jié)果

2 修復(fù)方案與思路

針對測定的水質(zhì)特征，分析認(rèn)為宜先對所淤積的底泥、堵塞物進(jìn)行清理。底泥清理采用干河施工，即采用石灰消毒后翻曬7 d，水力沖刷控制在約30 cm以避免擾動護(hù)岸基礎(chǔ)，底泥由罐車外運(yùn)[5]。通過沖挖的方式增強(qiáng)了上游的補(bǔ)水能力。

同時，為解決現(xiàn)有水質(zhì)較差的問題，采用人工曝氣方式來強(qiáng)化短期內(nèi)有機(jī)污染物的降解。進(jìn)一步地，為預(yù)防氮磷的富營養(yǎng)化以及抑制污染物的回升，通過設(shè)置生態(tài)浮島與增強(qiáng)復(fù)氧的手段對河道進(jìn)行長期生態(tài)修復(fù)。

2.1 前期人工曝氣階段凈化效果

曝氣前，上游設(shè)置簡單的攔污網(wǎng)，以攔截漂浮物與垃圾。通過定期清理的方式來減少對水質(zhì)的影響。

人工曝氣采用高效微孔曝氣方式：鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置于河道下游處，曝氣干管沿河道東岸鋪設(shè)，每隔5 m設(shè)置有曝氣支管，支管長約7 m并伸入河道內(nèi)，支管上均布有微孔曝氣盤。曝氣量與曝氣持續(xù)時間依據(jù)河道內(nèi)的水質(zhì)變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)（人工曝氣現(xiàn)場照片如圖2所示）。

圖2 彭越浦河道人工曝氣現(xiàn)場照片

曝氣16 d后，河道水質(zhì)變化如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可見：經(jīng)過曝氣后水體中的COD、TN和TP濃度均呈現(xiàn)大幅下降，分別由第1天的81.87、11.22和0.86 mg/L下降至第15天的17.00、1.02和0.31 mg/L，COD、TN和TP的去除率分別達(dá)到了79.23%、90.89%和63.83%。經(jīng)過曝氣復(fù)氧，水體中的DO濃度大致維持在2.7～3.2 mg/L。基本上達(dá)到了地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 曝氣過程中COD、TN和TP的濃度變化

圖4 曝氣過程中COD、TN和TP的去除率

2.2 后期生態(tài)浮島+曝氣階段凈化效果

經(jīng)前期曝氣修復(fù)后，水體中的COD、TN和TP濃度較快下降。若立刻結(jié)束曝氣，則會在短期內(nèi)出現(xiàn)污染反復(fù)的狀況。為防止此類情況發(fā)生，在人工曝氣結(jié)束后，在河道內(nèi)增設(shè)下部吊裝有曝氣盤的生態(tài)浮島。生態(tài)浮島選用本地美人蕉、菖蒲、鳶尾等。單個生態(tài)浮島的面積約為10 m2，生態(tài)浮島根據(jù)不同河段的污染情況動態(tài)設(shè)置。

生態(tài)浮島吊裝的曝氣盤依據(jù)河道水質(zhì)變化進(jìn)行開啟。當(dāng)水質(zhì)較好時，曝氣盤可不開啟；當(dāng)水質(zhì)轉(zhuǎn)壞時，開啟曝氣盤，協(xié)同水生植物進(jìn)行污染物去除。

設(shè)置生態(tài)浮島+曝氣后15 d(其中，7～10 d因COD升高開啟曝氣盤)內(nèi)，對河道水質(zhì)進(jìn)行檢測以考察其凈化效能，結(jié)果如圖5和圖6所示。由圖5可知，水體中的COD、TP和TN濃度均出現(xiàn)了下降，分別由進(jìn)水時的15.97、0.87和0.35 mg/L下降至第15天的8.45、0.44和0.17 mg/L。由圖6可知，水體中的 COD、TN和 TP去除率分別達(dá)到了47.08%、49.19%和50.97%。

圖5 生態(tài)浮島+曝氣處理過程中COD、TN和TP的濃度變化

圖6 生態(tài)浮島+曝氣處理過程中COD、TN和TP的去除率

依照處理后的濃度特征，河道內(nèi)的水質(zhì)基本上到達(dá)了Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。說明生態(tài)浮島+曝氣的組合方式可以實現(xiàn)對河道水質(zhì)的深度凈化。特別是對于氮磷具有較好的去除效果，能夠抑制水中的富營養(yǎng)化發(fā)生。值得注意的是：在7～10 d出現(xiàn)的COD濃度回升也可以通過曝氣的方式進(jìn)行處理，經(jīng)過曝氣后的COD濃度可以迅速回落至原有水平。

3 結(jié) 語

（1）原河道水質(zhì)為劣V類水體，人工曝氣后COD、TN和TP的去除率分別達(dá)到了79.23%、90.89%和63.83%。

（2）后期采用生態(tài)浮島+曝氣方式后，水體中的COD、TN和TP的去除率分別達(dá)到了47.08%、49.19%和50.97%，河道水體到達(dá)了Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在后期處理過程中，可通過曝氣的方式消除COD再度升高的現(xiàn)象。