河流生態(tài)修復(fù)綜合治理研究

楊旭，蔣偉，王濤，王翼鵬，丁健生，孫莉

1.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司；2.廣東省環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理工程技術(shù)研究開發(fā)中心；3.深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研發(fā)中心

一、引言

河流污染是由未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)田排水以及其他有害物質(zhì)直接或間接進(jìn)入河流，超過河流的自凈能力，其導(dǎo)致河流生物資源受損和河流環(huán)境質(zhì)量下降的現(xiàn)象。隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們對(duì)淡水資源的需求提升，河流生態(tài)問題日益嚴(yán)重[1]，嚴(yán)重影響水流流通及景觀。為了改變我國當(dāng)前許多河流的非健康現(xiàn)狀，提高河道治理的水平，以實(shí)現(xiàn)河流綜合管理水平的提升，使眾多的河流成為削減污染的綠色通道，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用迫在眉睫。

二、河流污染來源

河流污染源主要來自于工業(yè)污水、生活污水、農(nóng)業(yè)污水等，其主要分為外源污染和內(nèi)源污染。外源污染即污水的匯入、大氣沉降等。內(nèi)源污染即進(jìn)入河流的污染物質(zhì)通過各種物化和生物作用，在水體停留、沉降形成底泥，當(dāng)污染累積到一定量后，便向水體釋放氮、磷以及有機(jī)質(zhì)。

三、河道生態(tài)修復(fù)概述

我國目前對(duì)河流湖泊等地表水域的治理措施主要依靠于截污、清淤等市政工程）手段，這些方法雖對(duì)地表水域的凈化治理有一定作用，但也存在投資巨大、建設(shè)周期長以及水生態(tài)系統(tǒng)被破壞導(dǎo)致河道自凈能力下降極易再度惡化污染等缺點(diǎn)。

河道生態(tài)修復(fù)是指利用生態(tài)系統(tǒng)原理，充分應(yīng)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)重建與恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)活力，是河道污染治理的理想手段[2]。其主要其通過生態(tài)手段，使河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到未被破壞前的近似狀態(tài)，使河流生態(tài)系統(tǒng)具有合理的組織結(jié)構(gòu)和良好地運(yùn)轉(zhuǎn)功能，在長期或突發(fā)的擾動(dòng)下能自我維持動(dòng)態(tài)平衡的復(fù)雜過程[3]。工程設(shè)計(jì)主要包括河流生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)，河床生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)，河岸生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)和河岸帶生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)。

四、工程應(yīng)用

（一）水質(zhì)現(xiàn)狀與內(nèi)源污染情況

某待治理河道長1.78km，水域面積32040m2。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，某河道的水質(zhì)現(xiàn)狀見表1，其主要污染物控制指標(biāo)為氨氮和溶解氧?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量部分地點(diǎn)底泥厚度達(dá)60 cm，有部分水體底泥未被沙土遮蓋，其水體顏色明顯變深。經(jīng)分析，待治理河道內(nèi)源污染產(chǎn)生原因較多，例如水生植物腐敗、淤泥積累、水體流動(dòng)性較差、垃圾等固體廢棄物沉積在河底，其造成底泥的污染物質(zhì)釋放等。

表1 某河道水質(zhì)現(xiàn)狀

（二）治理目標(biāo)

治理目標(biāo)如表2所示。

表2 水質(zhì)指標(biāo)

（三）技術(shù)路線

對(duì)水環(huán)境現(xiàn)狀（河道工程現(xiàn)狀、河道周邊現(xiàn)狀、河道流量現(xiàn)狀、水現(xiàn)狀、污染現(xiàn)狀、水環(huán)境容量等）進(jìn)行分析，以確定該河道治理工程的治理線路。本工程河段屬于雨源型河道，生態(tài)基流不穩(wěn)定，加之外源污染負(fù)荷對(duì)生態(tài)的長期破壞，內(nèi)源污染在河床生態(tài)的長期累積，對(duì)此類生態(tài)修復(fù)需遵循底層重構(gòu)，基層疊建的核心理念。因此，該河道生態(tài)治理的總體思路為：以治水智慧化統(tǒng)籌手段，以水生態(tài)演化修復(fù)技術(shù)為核心，以景觀融合為實(shí)現(xiàn)手法，逐步實(shí)現(xiàn)河道美麗生態(tài)。（見圖1）

圖1 總體治理技術(shù)路線

五、技術(shù)原理

（一）增氧活化原理

天然的水體擁有自凈的能力，但當(dāng)大量的生活和生產(chǎn)廢水進(jìn)入水體，水體內(nèi)原有微生物好氧分解加劇，快速消耗水體內(nèi)溶解氧，將導(dǎo)致水質(zhì)下降，自凈功能的降低。增氧活化以“高溶氧微生物循環(huán)”為核心技術(shù)，可通過提供進(jìn)水與氧氣的充分混合及反壓力造成的壓力增加溶解氧濃度，以維持河道底泥的溶解氧水平。經(jīng)過活水循環(huán)功能將下游水體凈化后補(bǔ)回上游，既可以補(bǔ)充水源，又能防止水中微生物的流失。

（二）底泥修復(fù)原理

針對(duì)污染水體，尤其是河道底泥表層中長期的污染物沉積造成的有機(jī)污染物較多，氮、磷營養(yǎng)元素含量較高，易消耗溶解氧的問題，應(yīng)結(jié)合生物載體技術(shù)，采用固體物質(zhì)作為載體，負(fù)載前期篩選出的好氧反硝化菌劑，使微生物菌劑直達(dá)底泥層。在降解、消納底泥中的有機(jī)污染物的同時(shí)，形成礦化層進(jìn)而阻斷底泥和水體之間的污染物及養(yǎng)分交換，從而提高底泥對(duì)上覆水體的生物降解能力。

河道中自然存在著種類豐富、數(shù)量巨大的微生物菌，當(dāng)中含有大量的消解河道有機(jī)污染物、促進(jìn)河道凈化的有益優(yōu)勢(shì)菌。從河道的底泥中篩選出各種優(yōu)勢(shì)菌，再通過提純復(fù)育技術(shù)，將優(yōu)勢(shì)菌的數(shù)量富集增加。通過復(fù)合配伍外來微生物、土著微生物等，通過微生物定向擴(kuò)增，就地大量繁殖，生產(chǎn)出具有強(qiáng)大地分解污染物能力的固體底泥消解菌、固體脫氮菌。為進(jìn)一步達(dá)到增氧和凈水的效果，使水質(zhì)得到明顯改善的同時(shí)達(dá)到對(duì)底泥中污染物的去除。

六、技術(shù)工藝

針對(duì)某河的現(xiàn)狀情況及水體總量，在西南河兩岸，共設(shè)計(jì)3臺(tái)耗氧量130 kg/d的高溶氧微生物活化裝置，再進(jìn)行連續(xù)的循環(huán)處理，使水體快速變清，提升水質(zhì)。設(shè)備站房選址在上游下游兩個(gè)位置分別放置，設(shè)備進(jìn)出水口具體布設(shè)點(diǎn)位如圖2所示。

圖2 設(shè)備進(jìn)出水口布設(shè)平面圖

采用生物毯做底泥空間固定，生物毯采用固定錨，以防止水閘放水行洪時(shí)對(duì)河底的沖刷破壞，與此同時(shí)針對(duì)此次底泥厚度，能在長時(shí)間保持穩(wěn)定性。采用毛細(xì)管將消化菌液與污泥層接觸進(jìn)行持續(xù)減量化。向河道內(nèi)投放一定劑量的固態(tài)的微生物菌劑。結(jié)合高溶氧設(shè)備，將菌劑與高氧水混合形成活化菌液，通過毛細(xì)管通入底泥接觸層。微生物能快速的寄宿生在河道的底泥中并作用消納淤泥中的污染物質(zhì)，使淤泥得到凈化，去除或減少淤泥中的污染物，為河道水體釋放為水體的凈化提供良好的條件。在河道投放生態(tài)消淤菌劑后微生物菌劑進(jìn)入河道底泥，并激活河道本土優(yōu)勢(shì)菌群生長和聚集、從而降解河道底泥中的有機(jī)污染物。投放量根據(jù)該河的具體情況，菌劑投撒密度按河道水面面積0.20 kg/m2 計(jì)算，投撒水域面積約32040 m2，項(xiàng)目河段共投撒附著消淤菌劑約6.4 t。（見圖3）

圖3 生態(tài)固定膜和底泥消減實(shí)驗(yàn)

七、結(jié)果與分析

針對(duì)污染河道的水質(zhì)特點(diǎn)，應(yīng)采用“底泥修復(fù)+增氧活化”工藝進(jìn)行河道修復(fù)。經(jīng)過半年的工程試運(yùn)行，該河道的水質(zhì)得到相應(yīng)的改善。治理后的河道在上游和下游四個(gè)點(diǎn)采樣并監(jiān)測(cè)其pH、COD、NH3+-N、TP、DO等水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果如圖4所示。總之，生態(tài)修復(fù)的實(shí)施對(duì)東方紅水閘圍堰處、東方紅水閘、大山廟橋、樂安河入口這四個(gè)采樣點(diǎn)的pH和DO均能達(dá)到所要治理的水質(zhì)指標(biāo)要求，對(duì)TP和COD、NH3+-N也有相當(dāng)程度的去除效果。這其中，對(duì)東方紅水閘圍堰處、東方紅水閘、樂安河入口的氨氮的去除率分別達(dá)到81.12%，59.82%和52.62%。由此可見，經(jīng)治理的河道水質(zhì)得到了明顯改善。此工程應(yīng)用，且有效提高了該河治理段區(qū)域居民工作生活環(huán)境，從而提高水生態(tài)環(huán)境，使該區(qū)域環(huán)境及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

圖4 項(xiàng)目實(shí)施前后各水質(zhì)指標(biāo)變化圖(a) pH; (b) COD; (c) NH3+-N; (d) TP; (e) DO