礫間接觸氧化+河道人工濕地工藝在中小河流治理中的應(yīng)用

摘要根據(jù)農(nóng)村地區(qū)中小河流的水質(zhì)狀況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦巍⑼寥?、氣候、植物等因素，充分利用生物生態(tài)方法，采用礫間接觸氧化+河道人工濕地工藝直接對污染河流水質(zhì)進(jìn)行凈化，處理工藝適應(yīng)性強(qiáng)，建設(shè)周期短，投資和運行費用低，維護(hù)管理簡便，還美化了環(huán)境。礫間接觸氧化工藝對生化需氧量、化學(xué)需氧量、氨氮的去除率均達(dá)到60%～70%，出水再經(jīng)河道人工濕地處理，對總氮、總磷的去除率均達(dá)到70%～80%，水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞礫間接觸氧化;河道人工濕地;河流治理;應(yīng)用

中圖分類號X52文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2020）15-0075-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.022

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Application of Gravel Contact Oxidation + River Constructed Wetland Process in Small and Mediumsized River Management

XU Tianyong

（Chuzhou Bureau of Ecological Environment， Chuzhou， Anhui 239000）

AbstractAccording to the water quality of small and mediumsized rivers in rural areas， combined with local topography， soil， climate， plants and other factors， the bioecological method is fully used， and the process of gravel contact oxidation + river constructed wetland is adopted to directly purify the water quality of polluted rivers. The treatment process has strong adaptability， short construction period， low investment cost， low operation cost， simple maintenance and management， and beautifies the environment. The removal rate of biochemical oxygen demand， chemical oxygen demand and ammonia nitrogen by gravel contact oxidation process is 60%-70%. The removal rate of total nitrogen and total phosphorus is 70%-80% after the effluent is treated by river constructed wetland， and the water quality is stable to class IV water standard.

Key wordsGravel contact oxidation;River constructed wetland;River management;Application

作者簡介徐天勇（1966—），男，安徽滁州人，高級工程師，碩士，從事污染防治技術(shù)研究和管理工作。

收稿日期2019-12-22

隨著水污染防治的不斷深入，水環(huán)境治理已從主要干支流擴(kuò)大到中小河流，污水處理廠建設(shè)、黑臭水體治理已從城鎮(zhèn)擴(kuò)展到農(nóng)村地區(qū)。由于農(nóng)村污水處理設(shè)施不完善，運行不穩(wěn)定，絕大多數(shù)地區(qū)未設(shè)污水收集系統(tǒng)，部分未經(jīng)處理的各種污水被混合排入河流，雨季污水直接入河，還有養(yǎng)殖、種植、垃圾等農(nóng)業(yè)面源等還沒有得到有效治理，造成許多中小河流污染問題沒有得到根本解決，影響了主要干支流水質(zhì)的提升[1]。如何根據(jù)河流水質(zhì)狀況、污染特點，結(jié)合地形、土壤、氣候、植物等因素，充分利用生物生態(tài)方法，科學(xué)合理開展對中小河流的治理，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

1農(nóng)村地區(qū)河流污染的特點

1.1點源污染

由于排水系統(tǒng)不完善，部分沿河城鎮(zhèn)居民的生活污水無法進(jìn)行收集、處理;各村污水處理設(shè)施也沒有全覆蓋，部分生活污水直接排入河流;已投運的污水處理廠除磷脫氮效果不好，出水標(biāo)準(zhǔn)不高[2]。

1.2線源污染流經(jīng)城鎮(zhèn)的河流有許多納污支流，這些支流的污染主要由沿線工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活排放污染物造成的，部分支流的水質(zhì)較差。

1.3面源污染流域內(nèi)散布著較多的農(nóng)田、池塘，農(nóng)藥化肥、畜禽廢棄物以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等產(chǎn)生污染，城鎮(zhèn)地表徑流也會造成污染。

2治理技術(shù)的要求[3]

2.1低成本主要從處理設(shè)施建設(shè)方面考慮，使用成本較低的材料、設(shè)備和技術(shù)，并盡可能就地取材，在滿足需要的前提下，以簡單實用為原則。

2.2少維護(hù)主要從運行管理方面考慮，復(fù)雜的操作和經(jīng)常性維護(hù)很難適應(yīng)當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長時間內(nèi)的農(nóng)村實際，因此要求治理技術(shù)、設(shè)備具備操作簡單、少維護(hù)等特點，對管理人員技術(shù)水平和運行維持經(jīng)費要求較低。

2.3生態(tài)化農(nóng)村有廣泛的的土地、種類繁多的植物，在污水處理技術(shù)選擇上，應(yīng)優(yōu)先考慮采用生物生態(tài)化處理方法，并盡可能就地回用，達(dá)到污水資源化的目的。

2.4效果好主要從處理設(shè)施的水力負(fù)荷、溫度適宜性、進(jìn)出水水質(zhì)等方面考慮，水處理設(shè)備只有具備抗水力負(fù)荷和污染負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、耐低溫等特性，才能確保設(shè)施穩(wěn)定運行，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3治理技術(shù)的新進(jìn)展

生活污水的處理工藝和工業(yè)廢水的處理技術(shù)都可經(jīng)過適當(dāng)改造后用于河流水質(zhì)的處理中，可將各種技術(shù)進(jìn)行改型和改造，或?qū)⒍喾N技術(shù)靈活組合，凈化后的水再返回河流，以達(dá)到高效低耗凈化河水的目的[4]。這些技術(shù)都應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，根據(jù)河流污染特點，滿足河流治理要求，不影響河流功能和河岸邊環(huán)境。在河岸內(nèi)建設(shè)污水處理系統(tǒng)，將河水分流其中進(jìn)行單獨處理，這種技術(shù)可保證污染河水得到充分有效的處理，保障河流原有各功能的作用，又不必興建大規(guī)模的管網(wǎng)，是目前值得關(guān)注的一種新思路。筆者在實踐中作了一些探索，采用礫間接觸氧化+河道人工濕地工藝對河流水質(zhì)進(jìn)行凈化，取得了較好效果。

3.1礫間技術(shù)該技術(shù)起源于日本，技術(shù)的開發(fā)初衷是為了直接改善河川的水質(zhì)，礫間工程在日本已超過百座。礫間技術(shù)也適用于對污水的直接處理，在臺灣更多是用于污水處理廠替代作用，也有用于污水處理廠尾水的深度凈化。礫間技術(shù)的核心是礫間，稱之為礫間槽，槽內(nèi)填充顆粒比較大的礫石，污水從槽中間通過會得到凈化，在礫間槽底部鋪設(shè)曝氣管，中間還配置排泥設(shè)施，礫間槽設(shè)置在地下，冬季不容易受到外界影響。礫間技術(shù)的主要原理：一是接觸沉淀作用，因礫石與礫石之間的空隙是連續(xù)性的，當(dāng)污水通過時，水體中的懸浮物質(zhì)因接觸礫石表面改變流速而產(chǎn)生沉淀，由于礫石間的空隙小且沉淀距離短，比水體自然沉淀效果更好;二是礫石表面生物膜的附著、吸收、分解作用，設(shè)施內(nèi)所填充的礫石表面，會因微生物自然作用生成的生物膜與水中有機(jī)物質(zhì)附著、吸收，并進(jìn)行分解作用;三是沉淀物的移動、分解、減量作用，通過曝氣控制，使污染物在好氧和厭氧環(huán)境條件下移動，分解并減量后，剩余物質(zhì)與剝落的生物膜等，最終成為堆積在槽底部的污泥[5]。

3.2濕地技術(shù)人工濕地技術(shù)是通過模擬自然濕地的結(jié)構(gòu)和功能，選擇一定的地形，根據(jù)人們的需要人為設(shè)計和建造的濕地。水生植物是人工濕地的主要組成部分，主要原理是水生植物的根可吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)及其他元素，可增加水體中氧含量或抑制有害藻類繁殖的能力，遏制底泥營養(yǎng)鹽向水中再釋放，同時還能為水生動物、微生物提供棲息和食物源，維持水岸帶物種多樣性。人工濕地技術(shù)包括生物浮島、水底草坪、生態(tài)護(hù)岸等[6]。

4礫間接觸氧化工程

以現(xiàn)有河道向下開挖，將工程主體結(jié)構(gòu)直接設(shè)置在河道的河床底下，設(shè)施頂部沿著河道底部高程設(shè)計，使其排洪功能不受影響。工程利用河水重力流方式進(jìn)入處理設(shè)施內(nèi)，先經(jīng)攔污網(wǎng)初篩后經(jīng)擋水閘門進(jìn)入沉淀槽，其中擋水閘門可在洪水來臨時關(guān)閉，避免洪水?dāng)y帶大量泥沙和其他懸浮物進(jìn)入處理設(shè)施而保證礫間槽的安全運行。隨后沉淀槽中的水通過進(jìn)流分水渠道進(jìn)入礫間槽處理，槽內(nèi)天然礫石以混合粒徑不規(guī)則排列。為不影響河道正常排水功能，將槽頂部加蓋，處理后的出水，經(jīng)槽出水端的出水孔墻等設(shè)施排入河流。在礫間接觸氧化槽底部鋪設(shè)反沖洗曝氣管，用鼓風(fēng)機(jī)定期進(jìn)行反沖洗及排空作業(yè)，將老化的生物膜、雜質(zhì)等排出。當(dāng)來水超過設(shè)計流量時，多余水量將直接由處理設(shè)施上方往下游流出[7]。

4.1沉淀槽為減少后續(xù)單元污泥處理負(fù)荷，保護(hù)管線與機(jī)械設(shè)備，降低礫間接觸曝氣單元堵塞情形發(fā)生，將沉淀槽設(shè)置于前段，并設(shè)細(xì)格柵，以有效攔截較大的固形物和垃圾。沉淀槽可根據(jù)地形、河寬等確定，一般長30 m、寬8 m、深1.5 m。

4.2礫間槽礫間接觸氧化槽施工采用連續(xù)壁垂直開挖，減少對周邊環(huán)境的影響，槽底與槽壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。河水由沉淀槽分成3股進(jìn)入礫間接觸氧化槽，3座礫間接觸氧化槽串聯(lián)設(shè)置，根據(jù)地形、河深、河寬、處理量等因素，一般各槽長35.0 m、寬5.0 m、深2.5 m，污水在礫間槽停留時間約6 h，礫間槽體內(nèi)填充礫石，表面平滑，粒徑為10～20 cm，填充空隙率為30%～40%，礫石厚度1.7 m。

4.3曝氣設(shè)施礫間槽底部設(shè)曝氣系統(tǒng)，將槽區(qū)分為曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)，曝氣系統(tǒng)埋設(shè)后加水測試曝氣管水平程度，在曝氣區(qū)輸入空氣增加水中的溶氧量，有益于生物膜上的微生物進(jìn)行氧化分解作用。而非曝氣區(qū)作為污泥沉降區(qū)，雖然埋設(shè)曝氣管，但在正常污水處理流程下并不進(jìn)行曝氣，微生物可以進(jìn)行兼氧或厭氧的分解作用，非曝氣區(qū)須定期進(jìn)行反沖洗，這時就會啟動曝氣設(shè)施，曝氣攪動沉降污泥，使底部污泥順利排出。

4.4維護(hù)管理礫間技術(shù)可實現(xiàn)自動控制，每日只需檢查和清理進(jìn)出水端是否有污物淤積或漂浮物，觀察和記錄礫間槽進(jìn)水端水位及出水渠水位差，作為反沖洗時的依據(jù)，檢查流量設(shè)施是否正常。定期（一般14 d左右）啟動反沖洗鼓風(fēng)機(jī)1次，清除空氣管線內(nèi)的淤積物。每月或每季度要對電器設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)，并進(jìn)行設(shè)備潤滑工作;維護(hù)進(jìn)水端檢修孔、沉淀槽、礫間槽及出水渠等，并對淤積物進(jìn)行清理。當(dāng)?shù)[間槽進(jìn)水端水渠內(nèi)水位增高至一定位置，要及時進(jìn)行反沖洗工作。在夏秋季節(jié)，由于溫度適宜生物膜生長，礫石上形成較厚的生物膜，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行反沖洗，防止堵塞孔隙。秋冬季樹葉會落到沉淀槽等設(shè)施內(nèi)，也應(yīng)及時清理[8]。為保證治理的效果能得到長久保持，要制定一套維護(hù)管理方案，聘請專業(yè)人員進(jìn)行定期維護(hù)，對出水進(jìn)行定期監(jiān)測。

5河道人工濕地工程

進(jìn)行大規(guī)模開挖、拓展河道寬度，形成大面積人工濕地非常困難，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形條件，在滿足行洪功能的前提下，選擇適合的河段，對部分河道的灘地進(jìn)行適當(dāng)整治，盡量少開挖土方，保持土方平衡，淺灘一般不深于2 m，主河槽主要用于汛期行洪[9]。在河道濕地出口的末端設(shè)置可調(diào)節(jié)水位的控制閘或滾水壩，根據(jù)季節(jié)、上游來水情況調(diào)整河道內(nèi)水深，形成河道滯留塘，在水體內(nèi)種植各種水生植物，既增加水生植物的多樣性，又可延長水流在河道內(nèi)的停留時間，達(dá)到最大凈化效果。滿足河道行洪要求時，可設(shè)多級滾水壩對水體自然曝氣、充氧，在原河道堤壩基礎(chǔ)上建設(shè)生態(tài)護(hù)坡工程。

5.1水生植物選擇按照植物耐污性、生長適應(yīng)能力、根系發(fā)達(dá)程度和美觀價值的原則，根據(jù)河道內(nèi)水深的不同，選擇合適的水生植物。盡量選擇四季常綠，耐低溫、耐鹽、耐高溫、耐強(qiáng)光的品種;選擇凈化效果好，去污能力強(qiáng)，對氮、磷等污染物有較高凈化率的品種;充分考慮水下空間、層次，實現(xiàn)水下沉水植物景觀化;根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛩奶攸c，選擇不同類型的品種搭配，實現(xiàn)水下沉水植物四季的自然更替，保持水生植物的生物多樣性;保證生態(tài)安全，防止外來物種入侵，以廣有種和本地品種為主;方便管理維護(hù)，選擇的品種要容易管理，減少維護(hù)工程量[10]。

5.1.1沉水植物。沉水植物對水體中的氮、磷污染物有較高的凈化率，可減少再懸浮物，降低河道內(nèi)源負(fù)荷，為浮游動物提供避難所，從而形成穩(wěn)定、平衡的生態(tài)系統(tǒng)。沉水植物是水體生態(tài)修復(fù)的核心內(nèi)容之一，是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ)，可種植的品種有：矮型苦草、輪葉黑藻、狐尾藻、金魚藻、菹草等，適宜水深0.6～1.5 m，種植密度30～100株/m2。

5.1.2挺水植物。挺水植物是構(gòu)成水陸交錯帶的主要物種之一，對截留面源污染、減少進(jìn)入水體污染物總量具有重要作用，還具有較高的景觀價值，對提升工程景觀效果具有重要地位。挺水植物主要分布在水體周圍水陸交錯的近水岸邊，可種植的品種有：水生美人蕉、梭魚草、蘆葦、菖蒲等，種植于自然駁岸0～0.5 m水深范圍內(nèi)，種植密度2～10叢/m2。

5.1.3漂浮植物。主要種植在沿岸水域，主要品種有：睡蓮、浮萍、水鱉等。

5.2水生植物栽種河道水體流速較快，水體交換量大，部分河道還承擔(dān)防洪的功能，因此，河道水生植物栽種以沉水植物為主，局部以種植挺水植物和漂浮植物為輔，并根據(jù)河道特點，搭配不同的植物群落，提升水體的自凈能力，構(gòu)建優(yōu)美的水體景觀。漂浮植物、挺水植物還可設(shè)計為浮床或浮島進(jìn)行栽種。濕地植物栽種后即需充水，為促進(jìn)植物根系發(fā)育，初期應(yīng)進(jìn)行水位調(diào)節(jié);植物系統(tǒng)建立后應(yīng)保證連續(xù)進(jìn)水，保證水生植物的密度及良性生長。根據(jù)植物的生長情況，進(jìn)行缺苗補(bǔ)種、雜草清除、適時收割以及病蟲害防控等管理。

5.3維護(hù)管理為

長久的保持

河道濕地治理效果，必須有專業(yè)的單位和人員進(jìn)行常年維護(hù)，對濕地出水進(jìn)行定期監(jiān)測，并根據(jù)水質(zhì)狀況和維護(hù)管理績效對運營單位和人員進(jìn)行考核，才能充分發(fā)揮其處理污水及美化環(huán)境的功效[11]。維護(hù)管理應(yīng)注重以下幾個方面：

5.3.1水位的控制。根據(jù)暴雨、洪水、干旱、結(jié)冰期等各種極端情況，當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)水端壅水、出水端淹沒、濕地斷流等現(xiàn)象時，要及時調(diào)節(jié)水位。

5.3.2護(hù)堤的維護(hù)。要經(jīng)常對護(hù)堤進(jìn)行檢查，防止水面以下護(hù)堤的外部斜坡面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，定期清理護(hù)堤和堤面上的雜草，以免雜草蔓延與濕地植物形成競爭。

5.3.3植物的管理。由于沉水植物生長旺盛，在生長季節(jié)應(yīng)及時打撈、清理。挺水植物應(yīng)在冬季時對枯枝殘葉進(jìn)行修剪，在生長季節(jié)也要及時除草、修剪、補(bǔ)種，及時給長勢較弱的植物施肥等。另外，一些惡性水草的滋生也會影響水體環(huán)境及水生植物生長，要及時控制蔓延。

5.3.4動物的控制。蚊蠅能夠傳染疾病，可通過在水面邊緣安置曝氣設(shè)備或加快水的流速等措施，控制蚊蠅生長。鳥類、爬行動物等可形成濕地系統(tǒng)的食物鏈，有益于維護(hù)濕地的處理功能，但也會破壞植物生長，損壞堤壩，要利用生物方法進(jìn)行控制。

6結(jié)論

6.1礫間處理效果與特點來水水質(zhì)生化需氧量（BOD?5）20～25 mL/L，化學(xué)需氧量（COD?Cr）50～60 mL/L ，氨氮（NH?3-N）20～25 mL/L，礫間處理效果：對生化需氧量、化學(xué)需氧量、氨氮的去除率均達(dá)60%～70%，其中，BOD?5去除率第一槽45%，第二槽40%，第三槽20%;COD?Cr去除率第一槽40%，第二槽35%，第三槽10%;NH?3-N去除率第一槽60%，第二槽40%，第三槽10%。礫間技術(shù)的特點是處理效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，全地下化、占地少，處理效率高、能耗低，運行維護(hù)簡便，污泥量少，建設(shè)周期短、見效快。

6.2濕地處理效果與特點來水經(jīng)礫間處理后，水質(zhì)已明顯改善，為進(jìn)一步提升水質(zhì)，修復(fù)水生態(tài)環(huán)境，再經(jīng)濕地處理，水質(zhì)指標(biāo)可穩(wěn)定達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)指標(biāo)符合Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。濕地處理效果：濕地內(nèi)的微生物、植物能夠進(jìn)一步削減有機(jī)物，特別是對總氮（TN）、總磷（TP）的去除效果非常明顯，去除率達(dá)70%～80%。人工濕地的特點是投資少、運行費用低、維護(hù)管理簡便，不僅治理了水污染，還美化了環(huán)境。

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