水生態(tài)修復技術(shù)在城市河道污染治理工程中的應用

王睿，譚映宇，王震，李亞，任旭鋒，徐佳佳

(浙江省生態(tài)環(huán)境科學設(shè)計研究院，杭州 310007)

近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及城市化和工業(yè)化進程的不斷加快，人民的生活水平不斷提高。然而由于河道流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局不合理及人們對環(huán)境認識的不足，使得大量未經(jīng)處理或者處理后未達到排放標準的城市污水排入城市內(nèi)河中，超出了河道水體的自凈能力，導致水體發(fā)黑發(fā)臭，嚴重影響了城市水體的景觀和人民生活[1]。國內(nèi)外諸多學者對城市河道治理技術(shù)進行了探究，取得了一系列成果，目前仍在進一步探索中[2-9]。

河道生態(tài)修復是利用生態(tài)學原理和技術(shù)，通過河道水污染控制、水量和水流態(tài)的調(diào)節(jié)，以及河道河底和岸坡形態(tài)結(jié)構(gòu)的生態(tài)改造，恢復河道生物多樣性，重建河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，使之達到良性的自然生態(tài)平衡[10]。水生生態(tài)系統(tǒng)修復技術(shù)如人工曝氣可提高水體中的溶解氧(DO)含量，提高水體的自凈能力，促進水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復[10]；生態(tài)浮床不僅可以提高水體的凈化效果還可以增加水體的景觀效果[11-13]；微生物強化技術(shù)可以加強微生物降解污染物的能力。我們綜合這些技術(shù)對溫瑞塘河—豐湖河的水環(huán)境生態(tài)修復進行了應用研究。

溫瑞塘河(環(huán)城河)整治是浙江省“811”環(huán)境保護新三年行動計劃之一，而在溫瑞塘河(環(huán)城河)進行生態(tài)修復工程試點是溫瑞塘河(環(huán)城河)整治的內(nèi)容之一。豐湖河是溫瑞塘河(環(huán)城河)的一部分，兩岸居民密集，是城市重要的景觀河道，是人們重點關(guān)注和政府重點治理的河道之一，同時豐湖河下游有益民水閘控制，具有一定的獨立性。根據(jù)瑞安市環(huán)境監(jiān)測站以往的監(jiān)測結(jié)果，該河段中超標較為嚴重的水質(zhì)指標分別是NH3-N、DO、BOD5和石油類，水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，水污染特征為有機污染，主要的污染來源是沿河居民排放的生活污水。該試點工程于2009年清淤并進行河道保潔后，豐湖河的水質(zhì)相對有所改善，但松甬河河段水質(zhì)在未補水或降雨較少的情況下，水體水質(zhì)惡化速度明顯，黑臭現(xiàn)象尤為嚴重。因此，對受污染的豐湖河水體進行治理修復是瑞安市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要。

1 材料與方法

1.1 生態(tài)修復技術(shù)

豐湖河位于瑞安市舊城區(qū)玉海街道轄區(qū)內(nèi)，工程河段從益民水閘至兩面河交匯口，全長約740m，河段水深平均約2.0m，河寬6m～15m；其支流松甬河河長280m，河寬4m～30m。工程河段內(nèi)淤泥已于2009年完成疏浚，疏浚后的河底高程平均為0.7m(黃海高程)。

為了選擇適合豐湖河水環(huán)境生態(tài)的修復措施，在實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過對國內(nèi)成功案例的實地踏勘、專家咨詢等多種途徑，聯(lián)合多家在水體修復領(lǐng)域有較好經(jīng)驗和技術(shù)專長的企事業(yè)單位，制定豐湖河的治理方案為生態(tài)浮床+微孔曝氣+微生物組合技術(shù)。該技術(shù)利用微孔曝氣提高水體DO，利用微生物來降解水體中的污染物，利用浮床提高水體凈化能力并增加水體的景觀效果，通過三種方法的共同作用來改善水質(zhì)。

1.1.1 微生物處理技術(shù)

微生物處理技術(shù)是利用投加微生物的方法來消除水體中有機污染及水體富營養(yǎng)化。本次工程采用的是河海大學自主研發(fā)的“本源微生物菌劑及XL生物促進劑”。該菌種具有除臭效果明顯、削減污泥能力強、施工簡便等優(yōu)點。根據(jù)實驗室模擬結(jié)果和現(xiàn)場經(jīng)驗，在被治理河道投加本源微生物菌3.1t，XL促進劑1.5t。

1.1.2 曝氣復氧技術(shù)

河道曝氣復氧技術(shù)是人工向水體中充入空氣或氧氣，加速水體復氧過程，以提高水體DO濃度的技術(shù)。該技術(shù)具有削減底泥、抑制藻類、消除水體黑臭等功效。根據(jù)河流富氧公式計算和實地工程經(jīng)驗，本次工程人工曝氣充氧選用的曝氣量為6.92m3/min，同時考慮風機運行時受到的水深壓力和管道的沿程阻力，選用風機的升壓為39.2kPa，據(jù)此選用的風機型號為MFSR100。另外，考慮到風機運行的實際狀況，風機選用2臺(1用1備)。

1.1.3 生態(tài)浮床技術(shù)

生態(tài)浮床是指將植物置于浮在水面的床體上，利用植物根系吸收水體中的污染物質(zhì)從而達到凈化水體的目的。生態(tài)浮床不僅能夠吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，而且還具有一定的景觀美化作用。本次工程設(shè)計浮床的種植面積為500m2，其中挺水植物浮床300m2，浮水植物浮床200m2；覆蓋面積比純植物措施覆蓋面積要小，約占總水面面積的8%左右。浮床以長方形和六邊形為主，沿河岸間隔排列。本次方案中使用的植物是浮水植物粉綠狐尾藻和圓幣草，挺水植物為黃菖蒲、常綠水生鳶尾和美人蕉。

1.2 取樣及分析方法

1.2.1 取樣方法

試點河道共布設(shè)了六個監(jiān)測斷面，分別為1#廣場路(河段外上游的對比斷面)、2#電業(yè)局、3#豐湖橋、4#豐湖街支流、5#環(huán)城路東側(cè)和6#白巖橋，采樣點分布見圖1。監(jiān)測時間除了2010年7月20日所取的背景樣以外，還在工程建設(shè)過程中以及完工后進行了取樣分析，具體時間分別為2010年11月8日、11月11日、12月9日、12月27日、2011年1月11日、2月22日、3月23日、4月27日、5月25日、6月30日、7月26日和8月31日。監(jiān)測指標為CODMn、NH3-N、DO、色度及對水體感官五項，其中色度和感官變化的測定為試點河道全河道監(jiān)測，CODMn、NH3-N和DO的測定位于3#豐湖橋，此處有一個瑞安市環(huán)境監(jiān)測站在豐湖河設(shè)置的常規(guī)監(jiān)測斷面(單月監(jiān)測)。

1.2.2 分析方法

CODMn的測定采用高錳酸鉀法、色度的測定采用稀釋倍數(shù)法、NH3-N的測定采用納氏試劑分光光度法、DO的測定采用便攜式溶氧儀。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體感官變化

工程實施前和實施后水體感官監(jiān)測結(jié)果見表1。

圖1 豐湖河治理河段水質(zhì)監(jiān)測取樣點位置圖

從表1可以看出，工程實施前，水體感官為淡黃、清；工程實施后，除2010年12月9日外，其他時期水體感官為無色、清，要優(yōu)于工程實施前。2010年12月9日水體呈淡黃色，微濁，主要原因是微生物投菌結(jié)束后，在1～2個星期內(nèi)微生物在底泥中大量繁殖，通過厭氧作用消耗河底的底泥，導致底泥疏松，小團的底泥浮出水面，肉眼看水體呈微濁狀態(tài)。

2.2 CODMn變化

2009—2011年豐湖河施工前和施工后CODMn的變化趨勢如圖2所示，其中2009—2010是指2009年9月—2010年9月，2010—2011是指2010年11月—2011年8月(2010年11月和2010年12月均有兩次監(jiān)測，取平均值)，以下同。

從圖2中可知，除了4月—5月，其余時間段的CODMn均比施工前好。從整體趨勢上看，11月—次年3月施工后的水質(zhì)明顯優(yōu)于施工前，從4月開始，二者水質(zhì)較為接近，其原因是2011年1月初瑞安供電所處的隔水壩拆除后，豐湖河水流加速，水力停留時間縮短，處理效果減弱。6月在試點河段上游兩面河處修建了一座隔水壩，所以從6月開始施工后水質(zhì)優(yōu)于施工前。但該隔水壩的最高處離水面還有20cm，在夏季水量大的時候過水較多，在一定程度上影響了試點河段的治理效果。從年平均水平看，2009—2010年的年平均值為6.4mg/L，2010—2011年的年平均值為4.6mg/L，改善程度為28%。這表明采取生態(tài)措施后，水體的CODMn改善效果明顯。

表1 豐湖河水體感官監(jiān)測結(jié)果

圖2 豐湖河CODMn濃度的變化趨勢圖

2.3 色度變化

水的色度是對天然水或處理后的各種水進行顏色定量測定的指標。天然水經(jīng)常顯示淺黃、淺褐或黃綠等不同的顏色。水的顏色是由于溶于水的腐殖質(zhì)、有機物或無機物質(zhì)所造成的，經(jīng)過污染的水也會呈現(xiàn)不同的顏色。表2為豐湖河監(jiān)測的色度變化情況，圖3是水質(zhì)色度變化趨勢圖。

圖3 豐湖河水質(zhì)色度的變化趨勢圖

從表2和圖3可見，2010年7月20日色度最高，達到35；項目施工后，色度開始下降。在2010年11月8日—2011年2月22日這段時間內(nèi)，河道內(nèi)的色度基本高于年平均色度，原因是微生物投加至河道后，擾動了底泥，底泥疏松被水流帶起，致使水體色度上升。2011年2月22日之后，氣溫上升，微生物繁殖速度加快，對河水中腐殖質(zhì)等的削減作用明顯。同時，浮床植物開始生長，對水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收逐漸加快，水中無機物質(zhì)也逐漸下降。因此，水的色度逐漸下降。從整體趨勢上看，施工后的色度均低于施工前，這表明經(jīng)過治理后河水比治理前清澈，水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)。

2.4 NH3-N變化

2009—2011年豐湖河施工前和施工后NH3-N濃度的變化趨勢如圖4所示。

圖4 豐湖河NH3-N濃度的變化趨勢圖

從圖4中可知，投菌后第一個月和第二個月NH3-N值優(yōu)于投菌前，其余時間內(nèi)均劣于施工前。2010年12月微生物投菌結(jié)束后，微生物大量繁殖，氧化水中的NH3-N使得河水中的NH3-N有所下降。但是，自2011年1月初堰壩拆除后，微生物有所流失，也影響了去除效果。據(jù)國內(nèi)相關(guān)研究，湖泊或河道在疏浚后一段時間內(nèi)水質(zhì)明顯變好，但一段時間后，由于底泥的再沉降，水質(zhì)又會很快惡化。豐湖河疏浚已有一年，由于上游污染不斷進入，會有底泥逐漸沉降，因此，水質(zhì)也會慢慢惡化。此外，在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，1#點對面的施工工地時有施工廢水滲漏，也在一定程度上加劇了河水中的NH3-N含量，而且由于不同年份水文條件以及外源輸入情況的不同，也會導致不同年份之間水體水質(zhì)有較大差異。從年平均上看，2009—2010年的年平均值為4.06mg/L，2010—2011年的年平均值為7.76mg/L，大于施工前的數(shù)值，增長率為91%。

表2 豐湖河色度變化監(jiān)測結(jié)果(倍數(shù))

2.5 DO變化

2009—2011年豐湖河施工前和施工后DO濃度的變化趨勢如圖5所示。

圖5 豐湖河DO濃度的變化趨勢圖

從圖5可知，隨著曝氣復氧裝置的使用，試點河道的DO比施工前有明顯的增加。從年平均值看，2009—2010的年平均值為1.07mg/L，2010—2011的年平均值為4.19mg/L，DO含量提高了292%，這表明曝氣復氧工程對河流DO的改善非常有效。

3 結(jié) 論

本次工程采用生態(tài)浮床+微孔曝氣+微生物技術(shù)對豐湖河進行生態(tài)修復，主要結(jié)論如下：

(1)生態(tài)浮床中挺水植物生長以河道中的污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)，挺水植物的根系為微生物的生長提供了載體，微孔曝氣大幅提升了河道水體的DO濃度，通過組合生態(tài)修復技術(shù)的協(xié)同作用，最終使河道生態(tài)系統(tǒng)得到修復，河道自凈能力恢復良性循環(huán)。

(2)微生物菌劑措施有效分解了河道中的污染物質(zhì)，改善了河道水質(zhì)；生態(tài)浮床和微孔曝氣組合工程技術(shù)一方面改善了河道的水質(zhì)，另一方面美化了河道景觀，改善了兩岸的人居環(huán)境。

(3)工程施工后，試點河段的水體由淡黃、微濁變?yōu)榍宄?，水體清澈度和透明度大幅度增加，富營養(yǎng)化和黑臭消失，水體感官明顯改善。

(4)工程施工后，根據(jù)試點河段內(nèi)外的監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，CODMn和DO的改善程度分別為28%和292%，達到了工程的預期目標要求。