胡 瓊 張宇灝 邱 玉 孫朝霞

（1南京翰博翠景環(huán)?？萍加邢薰?江蘇南京 210000 2南京第一中學(xué) 江蘇南京 210000 3中國(guó)藥科大學(xué) 江蘇南京 210000 4清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院 北京 100000）

引言

蘇州地處江南水網(wǎng)地區(qū)，境內(nèi)河港交錯(cuò)，湖泊星羅密布，水面積3609.4平方千米，占總面積的42.5%,素有“東方威尼斯”之稱。但隨著蘇州市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全市許多河道先后遭到不同程度污染，其中部分水體自凈能力差，河道生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化，水體常年呈墨綠色或乳白色，出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了城市的生態(tài)文明建設(shè)。

本文對(duì)河道外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行探討，為建設(shè)生態(tài)文明城市提供技術(shù)保障。

1 蘇州城市河道污染特征及河道污染對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

城市河道兩側(cè)建筑密集、流動(dòng)人口多、基礎(chǔ)設(shè)施不完善，入河污染源來(lái)源多、位置分散、成分復(fù)雜、排放時(shí)間規(guī)律不強(qiáng)，盡管單個(gè)排放口排放量少，但污染源總體污染負(fù)荷較大，對(duì)水環(huán)境沖擊較大。

其中部分河流水體滯流，缺乏補(bǔ)充水源，水體自凈能力差，河道生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化，導(dǎo)致水體常年呈墨綠色或乳白色，出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，同時(shí)水體景觀功能喪失。

2 蘇州城市河道外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

城市河道外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)修復(fù)以系統(tǒng)性河道水質(zhì)恢復(fù)技術(shù)體系建設(shè)為核心，以控源減負(fù)、水動(dòng)態(tài)調(diào)控、快速凈化和生境營(yíng)造為重點(diǎn)。

2.2 生態(tài)修復(fù)功能性植物選擇

2.2.1 選用原則

植物選用具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力且篩選凈化能力強(qiáng)的物種；生長(zhǎng)量較小，易于管理；不引入外來(lái)物種，選用當(dāng)?shù)靥烊缓恿髦写嬖诘闹参颷1]。

2.2.2 配置選擇

蘇州城市河道生態(tài)修復(fù)可采用的物種有：水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜、睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草、金魚藻等[2]。

3 蘇州城市河道外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)修復(fù)技術(shù)示范應(yīng)用

3.1 示范工程區(qū)概況

官瀆花園內(nèi)河，位于蘇州城北部，屬太湖流域，河道走向基本為東西向，總長(zhǎng)度500米，流域面積約22公頃，河面寬15～20米，河底高程0.5米（吳淞）。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可確定為劣Ⅴ類水體（見表1），同時(shí)因水流不暢、水體自凈能力差、生態(tài)系統(tǒng)退化，再加上水體污染物來(lái)源及構(gòu)成復(fù)雜、污染物長(zhǎng)期累積，使得河道景觀功能喪失，嚴(yán)重影響周邊居民生活環(huán)境，降低居民生活質(zhì)量。

表1 2017年3月至2017年7月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

3.2 示范工程區(qū)污染現(xiàn)狀分析

3.2.1 底泥污染嚴(yán)重

河床淤泥深度0.3-1.2米，含大量有機(jī)污染物，長(zhǎng)期未進(jìn)行清淤。

3.2.2 水生生物多樣性低

以寡毛類顫蚓、水絲蚓以及腹足類環(huán)棱螺等耐污物種為主。

3.2.3 固體污染物的進(jìn)入

河道內(nèi)沉積了相當(dāng)數(shù)量的建筑和生活垃圾，同時(shí)泄洪功能受到較大影響。

3.2.4 生活污水的進(jìn)入

沿河居民網(wǎng)點(diǎn)的生活污水因未接入規(guī)劃的市政管道，未經(jīng)處理就直排入河。

3.2.5 水體黑臭且富營(yíng)養(yǎng)化

水體濁度很高，COD超過85mg/L，氮磷濃度非常高，污染物嚴(yán)重超標(biāo)；水體黑臭嚴(yán)重，且污染呈加重趨勢(shì)。

3.3 示范工程設(shè)計(jì)與實(shí)施

本工程包括河道污染源控制、河道清淤、表流型濕地建設(shè)、外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。首先改造河道周圍排污管道將其接入市政污水系統(tǒng)；同時(shí)對(duì)河道進(jìn)行清淤，將污水引入濕地，通過功能性植物初步處理[3]；其次，再泵入外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)造好氧環(huán)境，利用硝化菌等好氧微生物降解污染物，裝置上部功能性植物吸附去除氮、磷等，逐漸恢復(fù)水體自凈能力，綜合提高系統(tǒng)處理效果。

具體流程如下：

圖1 流程圖

3.3.1 控制污染源

改造項(xiàng)目東側(cè)現(xiàn)有污水管道，引外源污染物入市政污水管網(wǎng)；無(wú)法接入污水管網(wǎng)的排污口，分散布置引入水體，減少負(fù)荷沖擊。

3.3.2 河道清淤

與食品廠基建部門對(duì)接，進(jìn)行淤泥堆放場(chǎng)地施工，展開官瀆花園內(nèi)河清淤作業(yè)，總清淤量約2000立方米，泥漿（泥水混合物）約6000立方米，建筑和生活垃圾800立方米。

3.3.3 濕地系統(tǒng)

建設(shè)600平方米的濕地系統(tǒng)，篩選培育特種功能性植物處理現(xiàn)有水體，保持河道泄洪功能，提高景觀水平。進(jìn)行河道淺表層的污染物吸收與水質(zhì)進(jìn)化。

經(jīng)試驗(yàn)種植和篩選，確定了漂浮植物為當(dāng)?shù)厮鄄耍桓o、球莖及種子植物為荷花、睡蓮、菱角、荸薺；挺水草本植物為茭草、香蒲、水蔥；沉水植物為金魚藻。外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系植物選擇同濕地系統(tǒng)。

3.3.4 外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)

建設(shè)總?cè)萘?10立方米的復(fù)氧生態(tài)基質(zhì)工程，鋪設(shè)復(fù)氧管道1400米，定制復(fù)氧控制單元60個(gè)，采購(gòu)潛水泵12臺(tái)，設(shè)計(jì)控制終端12個(gè)；培育配套功能性植物300平方米，水面功能性植物500平方米。

核心裝置“外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)處理器”設(shè)計(jì)為淺層或者多層結(jié)構(gòu)，填料采用高吸附性基質(zhì)，如高分子填料、改性硅藻土等，根據(jù)處理水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性選擇配比，每一層中按顆粒大小級(jí)配分層鋪砌，增加比表面積（設(shè)計(jì)填料比表面積為800～1200平方米/立方米），增加待處理水與氧氣接觸面積，同時(shí)創(chuàng)造生態(tài)島嶼。在裝置后端安裝復(fù)氧控制單元增加處理水體溶解氧含量。

（1）單組系統(tǒng)示意圖：

圖2 單組系統(tǒng)示意圖

（2）剖面示意圖：

圖3 剖面示意圖1

圖4 剖面示意圖2

圖5 剖面示意圖3

（3）過濾池示意圖：

圖6 過濾池示意圖

（4）外景示意圖：

圖7 外景示意圖

3.4 示范工程效果分析

3.4.1 工程試驗(yàn)效果

水樣取樣點(diǎn)：外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)出口位置河流斷面；

采樣頻次：15天/次；

化驗(yàn)監(jiān)督項(xiàng)目有：DO、氨氮、TP、CODCr、pH[4]；

驗(yàn)收參考指標(biāo)：DO≥2mg/L、氨氮≤2mg/L、TP≤0.4mg/L、CODCr≤40mg/L、pH=6-9。

圖8 水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化趨勢(shì)圖（一）

圖9 水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化趨勢(shì)圖（二）

根據(jù)圖8和圖9顯示，經(jīng)過7個(gè)月的生態(tài)修復(fù)后，治理后的平均DO、氨氮、TP、CODCr、pH均已經(jīng)合格，達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和污水綜合排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]；符合設(shè)計(jì)預(yù)期，并滿足景觀水質(zhì)要求。

3.4.2 工程試驗(yàn)?zāi)芎膶?duì)比

從不同工況下測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，雖然處理后水體要求不同，但相比傳統(tǒng)生物處理技術(shù)，該系統(tǒng)具有高效、低能耗、快速消除河道水體中污染物的優(yōu)勢(shì)。

表2 工程試驗(yàn)耗能對(duì)比表

3.4.3 討論與分析

（1）通過外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)建立了高效、低能耗的生物生態(tài)組合凈化系統(tǒng)，示范工程官瀆花園內(nèi)河河水黑臭現(xiàn)象得到根本控制，水體主要指標(biāo)達(dá)到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，魚類開始大量出現(xiàn)。

（2）從分析數(shù)據(jù)可知水體溶解氧不斷提高，化學(xué)需氧量、氨氮、總磷得到控制并呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。隨著外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)的不斷“成長(zhǎng)”，生態(tài)系統(tǒng)中的分解者、生產(chǎn)者、消費(fèi)者生態(tài)循環(huán)建立，各技術(shù)單元協(xié)同發(fā)揮作用，水體自凈能力進(jìn)一步增強(qiáng)，效果會(huì)更加明顯。

（3）外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)，為單元組合式結(jié)構(gòu)，形態(tài)可變性較強(qiáng)，能夠?qū)⑻幚砥鞲鶕?jù)污染源類型、總量和河岸特點(diǎn)，設(shè)計(jì)建設(shè)成地下式、懸掛式和復(fù)合式結(jié)構(gòu)，與河道周圍環(huán)境融為一體。

3.5 結(jié)論

本示范工程的成功實(shí)踐，表明城市河道中的“黑臭河”可以采用外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行治理。外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)合型填料與污水充分接觸，勢(shì)能復(fù)氧接近飽和，功能填料為硝化菌等好氧微生物建立了高密度富集生態(tài)“島嶼”，高效率分解水中污染物；再由根部毛細(xì)作用將污水中氮、磷輸送給處理器上部植物，進(jìn)一步去除氮、磷污染物。由此實(shí)現(xiàn)重污染河道水體的生物凈化和生態(tài)恢復(fù)，提高水體自凈能力。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了外循環(huán)復(fù)氧生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要內(nèi)容及其應(yīng)用案例。該技術(shù)能有效改善城市河道水質(zhì)，恢復(fù)河道自凈能力，滿足城市居民親水愿望，提高河流的生態(tài)價(jià)值，改善人居環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)與自然、人文景觀高度友好和諧。