薛 蓮

(無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 無錫 214000)

黑臭水體生物治理與生態(tài)修復(fù)的實(shí)踐探討

薛 蓮

(無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 無錫 214000)

生物修復(fù)是指通過特定的生物清除、吸收、降解或轉(zhuǎn)化污染物，使受污染的環(huán)境可以完全恢復(fù)到原始狀態(tài)。當(dāng)前在對(duì)受到污染的水體進(jìn)行修復(fù)時(shí)主要采用化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)和物理修復(fù)技術(shù)，其中生物修復(fù)技術(shù)具有生態(tài)節(jié)能、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用前景廣闊的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。本文以江蘇省無錫市濱湖區(qū)為例對(duì)黑臭水體形成的原因進(jìn)行了分析，然后提出了生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)理念，并重點(diǎn)從水質(zhì)凈化、水體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建兩個(gè)方面對(duì)生態(tài)修復(fù)措施進(jìn)行了討論，希望能為接近條件的城市河道治理提供參考。

黑臭水體； 生物治理； 生態(tài)修復(fù)； 實(shí)踐

1 工程概況

江蘇省無錫市濱湖區(qū)隸屬太湖流域區(qū)域，境內(nèi)河網(wǎng)密布，地表水系發(fā)達(dá)。其中流經(jīng)濱湖區(qū)的河道除京杭大運(yùn)河、梁溪河、罵蠡港等省、市級(jí)河道外，更多的是區(qū)級(jí)以下河道，這類河道有數(shù)百條之多。這些密布于居民聚集區(qū)的眾多河流和小河浜，對(duì)濱湖區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及人民群眾的生活質(zhì)量產(chǎn)生著重要影響。由于濱湖區(qū)水域眾多、水網(wǎng)密布、水污染矛盾長(zhǎng)期積累，部分河道周圍生活污水、企業(yè)生產(chǎn)污水直接排入河道，河道水體黑臭現(xiàn)象十分嚴(yán)重。根據(jù)濱湖區(qū)對(duì)區(qū)域河道現(xiàn)狀全面徹底的調(diào)查，全區(qū)共有11條河道(段)黑臭現(xiàn)象非常明顯，黑臭程度也十分嚴(yán)重，亟待整治的問題也非常嚴(yán)峻。

2 河水黑臭原因分析

a.雨污水排放影響。沿線雨水管有排放生活污水及居民公廁有外溢風(fēng)險(xiǎn)，以及梁溪區(qū)范圍的蘆莊小區(qū)居民生活污水均易造成圩灣里浜水體水質(zhì)惡化。

b.底泥污染。圩灣里浜河道內(nèi)底泥淤積情況較為嚴(yán)重，河道范圍于2012年、2013年進(jìn)行過清淤作業(yè)，但由于河道為斷頭浜，并且受河道斷面窄小影響，河道水體流通不暢，淤積較重。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，河道內(nèi)淤積較為嚴(yán)重，加之生活污水直排，造成該區(qū)段淤積情況尤為嚴(yán)重，底泥厚度達(dá)30～150cm，在夏季高溫季節(jié)淤泥上浮造成河道黑臭。

c.河道單一，生態(tài)自凈能力差。由于河道水體污染嚴(yán)重，河道生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，河道內(nèi)水體單一，自凈能力差。

3 生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

完整的生態(tài)系統(tǒng)主要由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者組成。對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)來說，生產(chǎn)者主要由小型藻類、大型水生植被構(gòu)成；消費(fèi)者主要是由各種底棲動(dòng)物、魚類和浮游動(dòng)物構(gòu)成；微生物則是水體中的分解者，可以將水中各種污染物和動(dòng)植物殘骸分解成礦物質(zhì)、CO2、水等小分子化合物，這些小分子化合物重新回到環(huán)境中成為生產(chǎn)者進(jìn)行光合作用，如此循環(huán)、周而復(fù)始，而河道水質(zhì)變臭主要是因?yàn)榉e累了過多的污染物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。生態(tài)凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是按照生態(tài)原理建立多層次水生生物系統(tǒng)，并建立食物鏈，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物和污染物進(jìn)行降級(jí)、固定和轉(zhuǎn)移，并在這個(gè)過程中達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。建立生態(tài)系統(tǒng)的重點(diǎn)是建立完善的水生植物(生產(chǎn)者)、水生動(dòng)物(消費(fèi)者)和微生物系統(tǒng)(分解者)，并形成良性關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)原理

4 水質(zhì)凈化

4.1 營(yíng)造生物環(huán)境

本項(xiàng)目可利用西側(cè)滾水壩進(jìn)行短時(shí)間的降水，將水位降至適宜施工位置，對(duì)沉積在河道底部的垃圾和淤泥進(jìn)行清理及改良。項(xiàng)目水系為淤泥底，為后期水生動(dòng)植物營(yíng)造生境條件，需要對(duì)河底進(jìn)行底質(zhì)改良。對(duì)水系內(nèi)淤泥淤積較厚的區(qū)域進(jìn)行清淤，移至其他區(qū)域，保證水體有一定的深度，考慮到后期沉水植物的恢復(fù)，需要保證河道底部20cm的淤泥厚度。同時(shí)，現(xiàn)河道有大量藻類，需要進(jìn)行控藻措施，保障后期水體生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定，通過利用微生物菌劑對(duì)底泥消毒、活化、預(yù)處理等，以實(shí)現(xiàn)改善底質(zhì) pH，增加土壤中水生動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的常量元素和微量元素，以及降低有害物質(zhì)含量等作用，起到除害殺菌、施肥、改善底質(zhì)等方面效果，有效活化底泥，使其適宜沉水植物生長(zhǎng)和恢復(fù)[2]。在河道內(nèi)有橋梁兩處，結(jié)合橋洞構(gòu)建生物基網(wǎng)系統(tǒng)，橋?qū)捈s10m，雙向攔網(wǎng)設(shè)計(jì)增加系統(tǒng)比表面積，生物基網(wǎng)攔截系統(tǒng)40m2，生物基網(wǎng)設(shè)計(jì)與水面同高，底部用20cm×20cm石籠固定，兩端利用木樁加固。

4.2 處理污水口

污水口處設(shè)置能夠吸附降解污染物濃度的“生態(tài)圍隔 +生態(tài)浮毯+生物基”系統(tǒng)對(duì)污染進(jìn)行初步凈化處理，削減部分污染物，在河道接受新污染時(shí)具有緩沖作用。根據(jù)污水口分布及河道寬度情況，設(shè)計(jì)污水口規(guī)格為2m×10m×1.5m，保證污水在圍隔內(nèi)的停留時(shí)間，提升凈化效果。污水口內(nèi)部生物基設(shè)置在水面0.5m以下水域，生物基相鄰帶間相隔1m。單個(gè)的生態(tài)基通過底部固定在一起形成生態(tài)基片，相鄰生態(tài)基單體間距為0.15m，高度1.0m。根據(jù)污水口個(gè)數(shù)及形態(tài)，需要建立生物基網(wǎng)90m2，生物基100m2，系統(tǒng)植物100m2(系統(tǒng)植物以粉綠狐尾藻及香菇草為主)。

4.3 提升河水透明度

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)勘查，本項(xiàng)目治理河道為封閉型水系，水體渾濁，透明度低，不利于水生動(dòng)植物的恢復(fù)，故生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建首先要對(duì)水體透明度進(jìn)行提升。影響水體透明度的因素主要為藻類及懸浮物含量，故水體透明度提升需要針對(duì)水體藻類及懸浮物含量進(jìn)行削減[3]。在水體大量培養(yǎng)食藻性浮游動(dòng)物，采用“經(jīng)典生物操縱”理論控制水體中藻類數(shù)量。根據(jù)河道水質(zhì)葉綠素含量，設(shè)計(jì)項(xiàng)目河道投放浮游動(dòng)物50L。

4.4 生態(tài)浮床凈化系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)

生態(tài)浮床技術(shù)是應(yīng)用無土栽培的原理，利用可漂浮在水面并能夠承受較大重量的生態(tài)浮板作為載體，通過水生植物(挺水植物如美人蕉、梭魚草等，浮葉植物如香菇草、粉綠狐尾藻等)深入水中強(qiáng)大根系的吸收、吸附、截留作用，物種競(jìng)爭(zhēng)相克的機(jī)理，以及微生物的生化降解等作用，消減發(fā)黑發(fā)臭水體中的N、P及有機(jī)物質(zhì)，并以收獲植物體的形式將其撤離水體，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果[4]，原理如圖2所示。

圖2 生態(tài)浮床凈化系統(tǒng)原理

圩灣里水系以木樁駁岸及垂直硬質(zhì)駁岸為主，景觀性差，岸邊水深較深，挺水植物難以生長(zhǎng)，根據(jù)人為活動(dòng)區(qū)域及景觀節(jié)點(diǎn)考慮，在貢湖大道東側(cè)水系及西側(cè)近橋區(qū)域間隔設(shè)置帶狀生態(tài)浮床，起到凈化水質(zhì)、軟化駁岸、提升景觀的作用。

貢湖大道東側(cè)水系面積約為890m2，河岸線長(zhǎng)約100m，設(shè)計(jì)生態(tài)浮床100m2，西側(cè)在近橋景觀節(jié)點(diǎn)處，設(shè)計(jì)生態(tài)浮床60m2，保障人居活動(dòng)區(qū)域景觀效果，增加河道親水性。浮床設(shè)計(jì)長(zhǎng)條型，單個(gè)面積約為10m2，可疊加增加景觀層次感，保障岸線處處有景。

5 水體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

5.1 沉水植物群落構(gòu)建

根據(jù)水生植物對(duì)氮素、磷素等營(yíng)養(yǎng)的吸收作用和對(duì)重金屬離子的富集作用，結(jié)合河道的水質(zhì)、水位及底質(zhì)等情況，需要在河道構(gòu)建沉水植物群落，根據(jù)水質(zhì)情況選擇沉水植物品種，選擇凈水能力強(qiáng)、景觀效果好的矮生耐寒苦草、刺苦草、輪葉黑藻。沉水植物構(gòu)建采用群落間植的方式，以提高凈水的綜合效率，恢復(fù)和重建水體食物鏈，強(qiáng)化水體污染物的分解和氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的去除，提升水體免疫力和自凈能力[5]。沉水植物根系固定底泥，可有效防止底棲動(dòng)物對(duì)底泥的擾動(dòng)，而導(dǎo)致底泥中的污染物重新釋放到上覆水體中，造成水體的二次污染。

項(xiàng)目河道總面積為3460m2，根據(jù)消除黑臭的設(shè)計(jì)目標(biāo)和沉水植物削減能力計(jì)算及項(xiàng)目實(shí)際情況，在截污完成后，設(shè)計(jì)恢復(fù)沉水植物2076m2，約為河道總面積的60%。本案水體設(shè)計(jì)水深約2.0m，冬季氣溫較低，根據(jù)水生植物的生長(zhǎng)特性，淺水區(qū)主要以矮生耐寒苦草為主，深水區(qū)輔以刺苦草、輪葉黑藻構(gòu)建沉水植物凈化體系，打造層次豐富的水下景觀。

5.2 大型挺水植物系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)河道的駁岸和水位情況，對(duì)河道內(nèi)的水生植被進(jìn)行恢復(fù)。在貢湖大道西側(cè)木樁駁岸段，河道自然護(hù)坡水路交接處，設(shè)計(jì)大型挺水植物構(gòu)建濱水景觀帶，植物主要選擇品種有蒲葦、旱傘草、美人蕉、黃菖蒲等可適應(yīng)旱地生長(zhǎng)的挺水植物，保證植物存活率。在橋下景觀節(jié)點(diǎn)處點(diǎn)綴部分浮葉植物，以睡蓮為主，增加水生植物層次，形成景觀焦點(diǎn)。由于河道駁岸、水體參數(shù)及水生植物生長(zhǎng)習(xí)性限制，本項(xiàng)目挺水植物恢復(fù)面積有限，故設(shè)計(jì)恢復(fù)挺水植物400m2，浮葉植物150m2，如圖3所示。

圖3 水生植物恢復(fù)技術(shù)設(shè)計(jì)

5.3 水生動(dòng)物恢復(fù)

水生動(dòng)物的放養(yǎng)將充分考慮水生動(dòng)物物種的配置結(jié)構(gòu)，合理選擇放養(yǎng)模式。故根據(jù)水體類型建議恢復(fù)類型以底棲動(dòng)物為主，構(gòu)建平衡穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)(水生動(dòng)物對(duì)環(huán)境要求較高，本項(xiàng)目建議在水體水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，恢復(fù)水生動(dòng)物系統(tǒng))。底棲生物的放養(yǎng)種類主要以濾食性的雙殼類和刮食性的螺類為主。底棲動(dòng)物密度以20～40g/m2為宜，螺貝類適宜比為3∶1。按河道總面積3460m2計(jì)算，根據(jù)河道類型取密度為30g/m2，故需要投放環(huán)棱螺78kg，河蚌26kg。

6 結(jié) 語

濱湖區(qū)通過采用生物治理措施進(jìn)行治理后，取得了良好的水體生物治理效果和生態(tài)修復(fù)效果，處理效果穩(wěn)定。工程治理期間水面清澈干凈，沒有出現(xiàn)浮萍、藻類等漂浮物聚集的情況，消除了河水黑臭的問題，挺水植物和沉水植物生長(zhǎng)狀態(tài)良好，提高了河道的自凈能力，達(dá)到消除黑臭的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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Discussion on biological treatment and ecological restoration practice of black and odorous water

XUE Lian

(WuxiWaterConservancyDesignInstituteCo.,Ltd.,Wuxi214000,China)

Biological restoration means polluted environment can be restored to the original state fully through specific biological removal, absorption, degradation and transformation of pollutants. Chemical remediation technology, bioremediation technology and physical remediation technology are adopted mainly at present when polluted waters are restored, wherein bioremediation technology has the advantages of ecological energy saving, environmental protection, etc. It is an ecological restoration technology with wide application prospect in the future. In the paper, Binhu District is regarded as an example for analyzing the reasons of forming black and odorous water. Then, the concept of ecological restoration design is proposed. Ecological restoration measures are discussed mainly from two aspects of water purification and water ecological system construction. It is expected that the paper can provide reference for controlling urban water channels approaching to conditions.

black and odorous water; biological treatment; ecological restoration; practice

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.03.012

TV213.4

A

2096-0131(2017)03- 0038- 04