生態(tài)修復(fù)技術(shù)在秦安縣城區(qū)段葫蘆河生態(tài)治理中的應(yīng)用

王青荷

摘 要：未經(jīng)處理的葫蘆河水流入渭河，導(dǎo)致渭河水質(zhì)不能達(dá)到水功能區(qū)的要求，進(jìn)而影響黃河水系的水質(zhì)安全，因此加強(qiáng)對(duì)葫蘆河生態(tài)治理顯得十分重要和迫切。秦安縣通過(guò)在葫蘆河生態(tài)治理中應(yīng)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)，達(dá)到葫蘆河水質(zhì)保障、恢復(fù)自然水環(huán)境、全面整治黑臭河道的目標(biāo)，進(jìn)而促進(jìn)葫蘆河生態(tài)文明建設(shè)。

關(guān)鍵詞：葫蘆河;生態(tài)修復(fù);水質(zhì)凈化

中圖分類(lèi)號(hào)：X52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）28-0153-03

The Application of Ecological Restoration Technology in Ecological

Control of Hulu River in Urban Section of Qinan County

WANG Qinghe

（Qinan County Water Bureau，Qin'an Gansu 741600）

Abstract： The untreated Water from Hulu River flows into Weihe River， which results in the water quality of Weihe River failing to meet the requirements of water functional area， thus affecting the water quality safety of the Yellow River system. Therefore， it is very important and urgent to strengthen the ecological management of Hulu River. Qin'an County， through the application of ecological restoration technology in the ecological treatment of Hulu River， achieved the water quality guarantee of Hulu River， restored the natural water environment， and comprehensively regulated the black and smelly river channel， thus promoting the ecological civilization construction of Hulu River.

Keywords： Hulu River;ecological restoration;the water quality purification

葫蘆河作為黃河中上游渭河水系的一級(jí)支流，其水量約為渭河甘肅段水量的8%～10%，占渭河平均水量的4%～5%。而根據(jù)秦安縣環(huán)保局檢測(cè)結(jié)果推算，葫蘆河污染物最大超標(biāo)倍數(shù)為：COD超標(biāo)5.7倍，BOD超標(biāo)8.7倍，氨氮超標(biāo)13.7倍，總磷超標(biāo)2倍，形成農(nóng)業(yè)灌溉用水為劣V類(lèi)，水環(huán)境形勢(shì)不容樂(lè)觀。秦安縣多次召開(kāi)葫蘆河秦安段污染防治專(zhuān)項(xiàng)整治工作會(huì)議，大力開(kāi)展葫蘆河秦安段水質(zhì)保障及生態(tài)修復(fù)工程。

1 流域概況

葫蘆河是渭河在甘肅境內(nèi)最大的一級(jí)支流。秦安縣境內(nèi)葫蘆河由清水河、顯親河、西小河、南小河等河流匯成，自北向南縱貫秦安中部，境內(nèi)海拔高程為1 120～2 020 m。干流長(zhǎng)度為45.2 km，流域面積為1 493.2 km2，平均比降為4‰，多年平均自產(chǎn)水資源流量為2.46 m3/s，多年平均自產(chǎn)水資源徑流量為0.78億m3。流域內(nèi)地形地貌屬隴東黃土梁峁溝壑區(qū)，水土流失嚴(yán)重，年均含沙量為162 kg/m3，年輸沙量為359萬(wàn)t。葫蘆河天然水質(zhì)屬重碳酸鈣類(lèi)，離子總量在300～500 mg/L，加之秦安縣境內(nèi)葫蘆河及其支流是人口密集和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)集中地帶，受人類(lèi)活動(dòng)的影響，污染較為嚴(yán)重，水質(zhì)表現(xiàn)為COD、BOD、總磷、氨氮嚴(yán)重超標(biāo)[1]。未經(jīng)處理的葫蘆河水流入渭河，會(huì)導(dǎo)致渭河水質(zhì)不能達(dá)到水功能區(qū)的要求，進(jìn)而影響黃河水系的水質(zhì)安全。

2 本河段修復(fù)工程方案

2.1 治理目標(biāo)

葫蘆河秦安段水質(zhì)保障及生態(tài)修復(fù)工程的建設(shè)是以保障渭河和黃河水系的水質(zhì)安全為目標(biāo)，圍繞葫蘆河秦安段斷面進(jìn)行考核，通過(guò)水質(zhì)凈化和河流自然生態(tài)氧化塘項(xiàng)目、尾水凈化人工濕地生態(tài)活水公園項(xiàng)目，進(jìn)行了強(qiáng)化生物處理水體的葫蘆河和秦安縣6.4 km河道的全面提高整治。

2.2 工程概況

在充分認(rèn)識(shí)本河段水情特點(diǎn)、水勢(shì)變化規(guī)律的前提下，選取葫蘆河3#橋下游約200 m處為起點(diǎn)，南小河匯入口以上30 m處為末端，依據(jù)清洪分治的原則，依次布置3道景觀合頁(yè)壩及相應(yīng)的附屬設(shè)施，形成水域長(zhǎng)度3.1 km;在1#合頁(yè)壩西側(cè)和河道右岸修建寬度為60～25 m的泄洪槽;在1#合頁(yè)壩前的河道內(nèi)設(shè)置曝氣管進(jìn)行曝氣排泥，配套1座采砂平臺(tái);在1#合頁(yè)壩東側(cè)建設(shè)閘板閥，1#合頁(yè)壩緊鄰左岸的位置，修建向下游左岸約130 m的引水渠道，河水通過(guò)引水渠自流進(jìn)入G-BAF裝置，然后進(jìn)行生物處理;生態(tài)濕地活水公園北起南小河匯入口、南至污水處理廠，全長(zhǎng)2.68 km，布置多介質(zhì)潮汐流人工濕地2.7 hm2、表面流人工濕地1.41 hm2、綠化工程5.44 hm2、道路廣場(chǎng)2.64 hm2。

合頁(yè)壩抬高河道水位，調(diào)節(jié)水量，形成攔河梯級(jí)蓄水景觀工程。泄水槽采用全斷面鋼筋砼襯砌，提升河道自然景觀的同時(shí)，降低河道綜合糙率，提高河道綜合行洪能力，并保護(hù)右岸防洪基礎(chǔ)免受洪水淘刷，有效防治了項(xiàng)目區(qū)的水土流失。合頁(yè)壩之間通過(guò)建設(shè)處理量為89×104 m3/d的固定化微生物-高效生物濾池（G-BAF或I-BAF）強(qiáng)化生物處理系統(tǒng)及24.78萬(wàn)m2河道自然生態(tài)氧化塘體系，有效迅速降解了水系中的污染物質(zhì)，使得主要水質(zhì)指標(biāo)滿(mǎn)足地表水Ⅲ類(lèi)，并且培養(yǎng)有效的微生物、植物，改善水的溶解氧，最大限度減少污染，建立河流生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建科學(xué)完善的水陸空間格局、豐富多樣的微生物和植物體系、健全水質(zhì)自?xún)艋到y(tǒng)。

人工濕地生態(tài)活水公園分為四大區(qū)：濕地凈化區(qū)、文化休閑區(qū)、生態(tài)內(nèi)河區(qū)、自然河灘區(qū)[2]。多介質(zhì)潮汐流人工濕地及表面流人工濕地對(duì)生活污水廠提標(biāo)改造后的尾水進(jìn)行生態(tài)處理，處理后水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)。

2.3 主要技術(shù)方案

河道的生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要有微生物強(qiáng)化、植物凈化、穩(wěn)定塘、人工濕地、生態(tài)浮島、生物膜凈化、多自然河道構(gòu)建、生物操縱、曝氣增氧等。本河段修復(fù)工程主體工藝采用固定化微生物-高效生物濾池工藝（簡(jiǎn)稱(chēng)G-BAF或I-BAF），通過(guò)高效生物濾池一體化裝置，快速去除水中的有機(jī)物、氨氮和總磷。同時(shí)，在河道中形成高效微生物強(qiáng)化河水自?xún)?、生態(tài)塘、人工濕地和魚(yú)類(lèi)生物操縱系統(tǒng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了氮、磷的去除效果。

2.3.1 G-BAF工藝原理。G-BAF（或I-BAF）工藝是一種對(duì)難處理的含氮污水、河流污水、有機(jī)污水進(jìn)行生物處理的工藝。在G-BAF中加入占曝氣池有效容積40%～60%的大孔生物載體，并在其上固定酶制劑與高效微生物。根據(jù)污水水質(zhì)的特點(diǎn)和污染物中有機(jī)物的特定成分，通過(guò)生物過(guò)濾工藝接種不同的高效菌，對(duì)污染物的降解順序安排各種特定微生物。反應(yīng)器中微生物表現(xiàn)出分類(lèi)、聚類(lèi)現(xiàn)象，各類(lèi)微生物處于相對(duì)穩(wěn)定適宜的環(huán)境中，為各種污染物的降解創(chuàng)造了相對(duì)優(yōu)化的條件，從而有效提高目標(biāo)污染物的降解效果。G-BAF系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，不斷上升的空氣與大孔反復(fù)碰撞、切割，被好氧微生物快速反應(yīng)吸收，直到完成進(jìn)入載體內(nèi)氧氣的消耗，這樣每個(gè)載體內(nèi)部就生成了好氧、缺氧和厭氧區(qū)，使載體內(nèi)部產(chǎn)生了無(wú)數(shù)微小的硝化和反硝化反應(yīng)器形式，從而可在同一反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生多類(lèi)作用，即氨氧化、硝化和反硝化，有效保證了其中的氨氮和總氮的高效去除和消減，同時(shí)還節(jié)約了反硝化脫氮所需的有機(jī)物和堿。它在處理河流污水、含氮污水和難降解有機(jī)污水方面具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2.3.2 人工濕地凈化技術(shù)。按照水體流動(dòng)方式，通常將人工濕地分為表面流和潛流兩種類(lèi)型。其中潛流型人工濕地根據(jù)水流狀態(tài)的不同，可分為潮汐流人工濕地、垂直流人工濕地和水平流人工濕地。根據(jù)葫蘆河秦安縣城區(qū)段河道實(shí)際情況，本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)高效的原則，本河段采用的濕地凈化技術(shù)為表面流人工濕地和潮汐流人工濕地技術(shù)相結(jié)合。

2.3.2.1 表面流型人工濕地。表面流人工濕地與天然沼澤相似，底部為泥，暴露在大氣中。水體在人工濕地基質(zhì)表面流動(dòng)，淺水位為0.1～0.6 m。大多數(shù)有機(jī)物的去除是通過(guò)生長(zhǎng)在植物水下莖桿上的生物膜完成的。所以，這種系統(tǒng)難以充分利用生長(zhǎng)在基質(zhì)表面的生物膜和生長(zhǎng)豐富的生物根系對(duì)污染物的降解作用，其處理能力較低，負(fù)荷小、占地面積較大，冬季表面結(jié)冰，夏季繁殖蚊蠅，而且該系統(tǒng)中底層一般未經(jīng)密封，有可能造成地下水污染。本河段治理是在河岸兩側(cè)寬2 m的淺水或者露出水面的部分種植植物，形成表面流人工濕地，人工濕地植物以當(dāng)?shù)厝菀壮苫畹南闫?、荷花、蘆葦?shù)戎参餅橹?，不存在地下水污染?wèn)題。

2.3.2.2 潮汐流人工濕地。潮汐流人工濕地通過(guò)潮汐運(yùn)行過(guò)程中床體浸潤(rùn)面變化產(chǎn)生的孔隙吸力將大氣氧吸入床體，使得濕地在冬季植物釋氧較低時(shí)也可以保證氨氮發(fā)生硝化作用時(shí)所需的氧氣，進(jìn)而顯著提高濕地床的氧傳輸量和污染物的凈化效果。相比于傳統(tǒng)的人工濕地，潮汐流人工濕地的復(fù)氧能力可達(dá)450 g/（m2·d），遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的潛流型人工濕地[≤100 g/（m2·d）]。本河段治理采用的多介質(zhì)潮汐流人工濕地，是在現(xiàn)有河道一側(cè)進(jìn)行墊高夯實(shí)后建設(shè)，地面鋪設(shè)防水土工布，濕地圍堰用磚砌結(jié)構(gòu)。進(jìn)水來(lái)自污水廠的提升管道，濕地填料主要為改性多孔網(wǎng)泡聚氨酯濾料、納米鐵改性多介質(zhì)濾料、碳基改性多介質(zhì)濾料、鐵碳雙原電池多介質(zhì)濾料、鈣鎂基多介質(zhì)濾料、生物質(zhì)長(zhǎng)效碳源等。出水通過(guò)埋設(shè)在填料層底部的穿孔集水管，通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎頭調(diào)節(jié)濕地水位。濕地出水分成兩部分：一部分直接進(jìn)入河道，另一部分通過(guò)排水渠進(jìn)入表面流人工濕地。濕地植物選擇黃花鳶尾、千屈菜、水莎草、水蔥、蘆葦、水毛花、黑三棱等。

2.3.2.3 凈化原理

①有機(jī)降解。有機(jī)污染物進(jìn)入濕地單元后，大部分不溶性有機(jī)污染物通過(guò)沉淀、過(guò)濾、吸附，以SS的形式困在濕地前端的填料中。隨后，這些有機(jī)污染物被微生物逐漸降解、礦化或沉積到底部并趨于穩(wěn)定，從而在該階段從污水中首先清除。有機(jī)物去除除了具有填料截?fù)艉臀⑸锝到夤δ芡?，還可根據(jù)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)植物、微生物和填料的協(xié)同凈化。濕地系統(tǒng)的各個(gè)組成部分通過(guò)這種合作和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)污染物的去除。

②濕地的脫氮機(jī)理。人工濕地脫氮的主要方式有植物和其他生物吸收、微生物氨化、硝化反硝化和氨氣揮發(fā)等。其中，微生物的硝化和反硝化是人工濕地的主要脫氮方法，尤其是污水中NO3--N含量較高時(shí)。在人工濕地處理系統(tǒng)中，約90%的氨通過(guò)微生物的硝化和反硝化去除，10%的氮通過(guò)植物吸收和沉積物積累清除，氨氣的揮發(fā)可以忽略不計(jì)。

③濕地的除磷機(jī)理。人工濕地除磷是通過(guò)水生植物、填料和微生物的共同作用完成的。水生植物對(duì)磷的去除主要是通過(guò)自身的吸收。不同植物及其不同部位對(duì)磷的清除能力不同。此外，濕地植物的收獲頻率也會(huì)影響磷的去除率。微生物能將有機(jī)磷分解為無(wú)機(jī)磷酸鹽。當(dāng)污水流經(jīng)濕地時(shí)，填料通過(guò)吸附、過(guò)濾、沉淀、離子交換等功能去除污水中的磷。濕地填料中的Al3+、Mg3+和Ca3+與可溶性磷化物反應(yīng)生成不溶性磷酸鹽。一般認(rèn)為磷酸鹽與填料中的金屬離子發(fā)生了交換反應(yīng)，進(jìn)而在填料表面發(fā)生沉淀。

④SS的去除機(jī)理。在人工濕地中，濕地中的水流速度較小且水深較淺，加上填料和植物莖稈的阻擋，有利于物理沉降，使得SS有充分的時(shí)間和環(huán)境條件去除。SS的去除主要是依靠在濕地系統(tǒng)中的物理沉降和過(guò)濾來(lái)完成的。

⑤重金屬離子和病菌的去除機(jī)理。重金屬與人工濕地系統(tǒng)相互作用，并以不同方式有效地去除重金屬，這一過(guò)程主要體現(xiàn)在微生物、植物、基質(zhì)的協(xié)調(diào)作用下利用生物、物理、化學(xué)方法，通過(guò)微生物分解、吸收、過(guò)濾、吸附、離子交換等方式處理并實(shí)現(xiàn)重金屬的清除。

病原菌是由TSS水中的懸浮物帶入濕地中的，其去除與TSS的去除和水力停留時(shí)間等因素有關(guān)。由TSS帶入的病原菌的去除機(jī)理與去除TSS一樣，通過(guò)沉淀、攔截等過(guò)程去除。當(dāng)污水通過(guò)基質(zhì)層時(shí)，寄生蟲(chóng)卵被沉降、截留。細(xì)菌和病原體在濕地中的去除主要通過(guò)紫外線照射等實(shí)現(xiàn)，另外植物根系和某些細(xì)菌的分泌物對(duì)病毒也有滅活作用。

3 生物/生態(tài)技術(shù)在河流污染治理中的優(yōu)勢(shì)

①所需投入的能源、物質(zhì)少，人為管理控制少，更為經(jīng)濟(jì)。生物/生態(tài)技術(shù)較少人為管理以維持凈化系統(tǒng)的運(yùn)行。

②可以保持和發(fā)揮河流的污染凈化作用。在一定條件下，微生物和動(dòng)植物利用生物/生態(tài)技術(shù)可以自主生長(zhǎng)和繁殖，生物的量不會(huì)由于使用凈化的效果而消耗揮發(fā)，反而可能逐漸增加，并且水凈化在整個(gè)生命周期中都在發(fā)揮作用。

③幾乎無(wú)副作用，對(duì)環(huán)境危害小或者無(wú)害。生物/生態(tài)技術(shù)是利用自然界現(xiàn)有的或稍微改良過(guò)的生物，對(duì)環(huán)境無(wú)害，不會(huì)造成二次污染。各種生物相互依存、相互制約，不容易影響外部環(huán)境。

④整個(gè)系統(tǒng)可以自我調(diào)節(jié)，適應(yīng)環(huán)境的變化。在河水污染物改變的情況下，生物/生態(tài)技術(shù)仍然可以在一定程度上起到凈化水體的作用。

⑤可與親水景觀建設(shè)相結(jié)合。生物/生態(tài)技術(shù)能較為容易地與原有自然環(huán)境相融合，外在表現(xiàn)形式自然親切，更富人性化。

4 結(jié)語(yǔ)

生物/生態(tài)技術(shù)對(duì)污染水體的治理有著非常重要的作用，既能長(zhǎng)期有效地恢復(fù)被污染的水體，又不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生不良影響。因此，可將其作為河道修復(fù)的主要技術(shù)。在人們對(duì)生活環(huán)境要求不斷提高、環(huán)境意識(shí)不斷增強(qiáng)的今天，生物/生態(tài)技術(shù)能較好地改善河道生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)河道良性可持續(xù)的發(fā)展，滿(mǎn)足人們對(duì)環(huán)境的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦安統(tǒng)計(jì)年鑒：2018[K].秦安：秦安縣統(tǒng)計(jì)局，2018.

[2]吳樹(shù)杰.城市河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[J].城市建筑，2017（3）：334.