嚴(yán)向軍,梁 旭,汪國(guó)英

(杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心,浙江 杭州 310003)

1 問題的提出

健康的城市河流保障著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。但是,由于城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,河道污染問題日漸突出:合流、分流制系統(tǒng)出現(xiàn)雨天溢流及雨污混接的現(xiàn)象、降雨初期污染徑流[1-2]、水體滯流造成含有機(jī)物、氮、磷、重金屬等污染物質(zhì)的底泥沉積[3]等。外源污染和內(nèi)源污染共同的長(zhǎng)期影響,造成城市水體產(chǎn)生黑臭。此外,河床硬化、河岸護(hù)坡硬化等更加劇了水體的惡化。

杭州市 “十二五”規(guī)劃提出,要按照 “截污、清淤、駁坎、配水、綠化、造景、管理” 的要求,深化城區(qū)河道綜合整治。到2015年,杭州市區(qū)河道基本達(dá)到水功能區(qū)要求。河道生態(tài)修復(fù)主要是通過重新建立生態(tài)系統(tǒng),利用生態(tài)系統(tǒng)中植物的吸收作用以及微生物的降解作用恢復(fù)已經(jīng)被人為污染破壞的水體的自凈能力并改善水質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)外河道修復(fù)的主要生態(tài)手段一般選擇以沉水植物、浮水植物或者微生物填料中的一種或多種,并結(jié)合人工曝氣、魚類放養(yǎng)等手段,達(dá)成生態(tài)修復(fù)的目的。但受到污染現(xiàn)狀的嚴(yán)重制約,即目標(biāo)河道有大量?jī)?nèi)外源污染輸入而超過所能建立的生態(tài)系統(tǒng)的耐受極限時(shí),修復(fù)工程的效果便無(wú)法體現(xiàn)。因此河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)能否大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵在于能否強(qiáng)化河道的環(huán)境容量即其抗污染的耐受限度。

2 杭州市區(qū)河道生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

目前杭州市城區(qū)河道治理采用的河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要可分為物理法、化學(xué)法和生物—生態(tài)法。杭州小紫金港河、大小龍駒塢溪、老東岳溪及西溪河等運(yùn)用物理法進(jìn)行了治理,杭州古新河、貼沙河、東穆塢溪、蔡家河則運(yùn)用生物—生態(tài)法進(jìn)行治理,都有不錯(cuò)的效果。本文將結(jié)合工程實(shí)例對(duì)各類方法對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性及其實(shí)際效果進(jìn)行論述。

2.1 物理法

2.1.1 截污清淤

河流的外源污染物主要分為點(diǎn)源污染和面源污染。點(diǎn)源污染主要來(lái)自于生活污水的排放及第三產(chǎn)業(yè)污水排放,面源污染主要來(lái)自雨水地表徑流攜帶污染物進(jìn)入水體。杭州的河流面源污染比較嚴(yán)重,蕭山北塘河整治采取通過北塘河綠化帶內(nèi)的生態(tài)濾溝過濾的措施來(lái)解決初期雨水的面源污染。但由于面源污染受氣溫和水流條件的影響較大,目前河道治理一般以控制點(diǎn)源污染為主。其中,一個(gè)重要措施就是通過去除底泥中所含的污染物 (氮、磷及重金屬等)來(lái)改善河流水質(zhì),即底泥疏浚工程[4-6]。

傳統(tǒng)底泥疏浚工程直接將河道底泥勾挖上岸,簡(jiǎn)單填埋處理。這種工藝的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生大量污泥,需要較大的儲(chǔ)存占地面積,同時(shí)運(yùn)輸裝卸難、成本高,還可能在堆放過程中對(duì)環(huán)境形成二次污染。環(huán)保清淤是通過局部封閉絞吸清除沉積物表層的氮磷、有機(jī)質(zhì)的富集層,將底泥中的污染物移出河流生態(tài)系統(tǒng),有效避免因絞刀擾動(dòng)使底泥向水體擴(kuò)散造成的二次污染。該工藝主要利用環(huán)保絞吸式挖泥船,將挖掘、輸送、泥漿處理和排出等清淤工序一次完成,然后通過分級(jí)加壓和軟管將絞吸上來(lái)的泥漿直接運(yùn)送至堆放區(qū)域,通過化學(xué)手段、機(jī)械手段脫水再進(jìn)行處置。運(yùn)輸過程中利用管道代替車船成本較低,不影響景觀,同時(shí)也避免了施工方在運(yùn)輸過程中底泥泄漏入水體而帶來(lái)不必要的二次污染。

脫水處理后的淤泥根據(jù)不同污染情況進(jìn)行不同處理,由于淤泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和植物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因此輕污染的淤泥用于園林工程對(duì)于景觀植物具有很好的促進(jìn)作用。朱廣偉等人[7]將京杭運(yùn)河(杭州段)的疏浚底泥用于青菜種植及園林綠化后發(fā)現(xiàn),底泥投放量超過270 t/hm2并逐漸增加時(shí),青菜長(zhǎng)勢(shì)隨之減緩;當(dāng)增至1350 t/hm2時(shí),青菜中銅、鋅含量超標(biāo)。而草坪草及園藝花卉隨著底泥投放量的增加生長(zhǎng)勢(shì)頭保持良好。

重污染的底泥處理后常直接被填埋或用于制造建筑材料。通過高溫焙燒,底泥中大部分重金屬固化在成品中,對(duì)環(huán)境影響小。

具體采用以上何種底泥處理方案要依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況而定。

2.1.2 環(huán)境調(diào)水

環(huán)境調(diào)水是通過水利設(shè)施的調(diào)控將污染河道附近的清潔水源引入,使水中污染物快速擴(kuò)散、凈化和輸出,緩解水體黑臭,但不能實(shí)現(xiàn)黑臭河道水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定改善[8]。

蕭山平原河網(wǎng)總體水質(zhì)屬劣V類,通過引入水源錢塘江干支流,水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn),城區(qū)河道水質(zhì)達(dá)到V類指標(biāo)。同樣的還有引貼沙河水沖洗官河等工程,短期內(nèi)都有較好的效果。

2.1.3 曝氣充氧

曝氣充氧通過提高水體中的溶解氧含量達(dá)到恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的目的,被廣泛應(yīng)用。諶偉等人[9]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在深度為3.35～5.79 m離2.24 kW曝氣機(jī)35 m遠(yuǎn)處仍可以測(cè)到其造成的水流,證明了即便是一個(gè)很小的曝氣裝置也可以發(fā)揮作用。杭州的小紫金港河、大小龍駒塢溪、老東岳溪及西溪河等均采用了機(jī)械曝氣技術(shù),顯著增加了水體溶解氧含量與河道生物量。

曝氣復(fù)氧船近年來(lái)也被廣泛運(yùn)用,但受設(shè)備、能耗等因素限制,只在小型河道或局部河道中使用[10]。目前杭州市內(nèi)還沒有應(yīng)用曝氣復(fù)氧船的實(shí)例。上海蘇州河投入使用了國(guó)內(nèi)充氧能力最大的一艘曝氣復(fù)氧船,它利用國(guó)外先進(jìn)的曝氣復(fù)氧技術(shù)提高河流水體溶解氧濃度,加快蘇州河的水質(zhì)改善。

2.2 化學(xué)法

近年來(lái),化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理技術(shù)在城市污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用日漸成熟,學(xué)者們遂將其應(yīng)用于污染河水的化學(xué)處理領(lǐng)域,開辟出了強(qiáng)化絮凝、化學(xué)氧化和化學(xué)沉淀等一些快速高效的污染河水治理途徑,但投加化學(xué)藥劑不能根本解決污染問題。目前,加藥絮凝法常用于改善城市自來(lái)水廠飲用水水質(zhì)的凈化,杭州的城市河道更多使用人工清淤、生態(tài)修復(fù)等物理的、生態(tài)的方法。

2.3 物理化學(xué)法

具有良好物理化學(xué)吸附性能的炭黑和有機(jī)膨潤(rùn)土等高效吸附材料被應(yīng)用于河道內(nèi)源污染控制,如底泥固化等。底泥固化技術(shù)是利用人工或天然材料使底泥中污染物質(zhì)固化,減少對(duì)水體的釋放與污染。在杭州市趙家浜河道污染源生態(tài)控制、生物修復(fù)中,通過投放炭黑,有效降低了河道底泥中氮、磷及大分子有機(jī)污染物的釋放,避免了底泥疏浚產(chǎn)生的一些弊端。

2.4 生物—生態(tài)法

生物修復(fù)技術(shù)分為原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù),一般常指原位生物修復(fù)。原位生物修復(fù)技術(shù)包括水生植物修復(fù)、水生動(dòng)物修復(fù)、微生物修復(fù)、人工濕地凈化、生態(tài)浮床凈化等。

2.4.1 水生植物修復(fù)

水生植物按植物生長(zhǎng)特點(diǎn)分類,主要有挺水植物、漂浮植物、浮葉植物、沉水植物4類。水生植物在恢復(fù)受損和退化水生生態(tài)系統(tǒng)的過程中主要起到光合供氧作用、除濁和抑藻作用、污染物凈化作用、促進(jìn)生物對(duì)養(yǎng)性恢復(fù)作用等,但需要對(duì)水生植物定期清除枯葉、防治蟲害。婁敏等[11]利用紫萍、水浮蓮和鳳眼蓮3種水生漂浮植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)3種漂浮植物能有效抑制藻類生長(zhǎng),去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的總氮、總磷以及增加水體中的溶解氧。其中水浮蓮和鳳眼蓮適應(yīng)環(huán)境能力較強(qiáng),處理效果較好。鳳眼蓮曾被應(yīng)用于杭州古新河的生態(tài)修復(fù),對(duì)古新河水質(zhì)的改善發(fā)揮了重要作用。

2.4.2 水生動(dòng)物修復(fù)

水生動(dòng)物包括浮游動(dòng)物、游泳動(dòng)物和底棲動(dòng)物。利用水生動(dòng)物食取浮游藻類、游離細(xì)菌及有機(jī)碎屑等調(diào)控生態(tài),減少藻類生物量。石巖等[12]的研究結(jié)果表明,草食性浮游動(dòng)物、蚌和螺類及養(yǎng)殖草食性魚類凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體效果非常明顯。杭州貼沙河的生態(tài)修復(fù)工程中曾投放大量鰱魚和鳙魚,通過投放魚類并定期捕撈,有效減少了水華事件的發(fā)生。

2.4.3 人工濕地

人工濕地是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng),利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理,有運(yùn)行效果穩(wěn)定、二次污染少、能耗節(jié)省、護(hù)沙固沙、防水土流失、凈化污染的優(yōu)點(diǎn)[13-14]。杭州市的東穆塢溪和5號(hào)渠都采用了人工濕地技術(shù),大大降低了水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有害物質(zhì)的含量。

2.4.4 生態(tài)浮床凈化

生態(tài)浮床技術(shù)是在被污染的水體中種植挺水植物和陸生植物,利用體系中的生物膜和種植植物對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化。浮床植物有除濁、抑制藻類和光合供氧的作用,能促進(jìn)生物的多樣性恢復(fù),減緩風(fēng)浪沖擊,同時(shí)也提供了動(dòng)物棲息地,景觀效果好。浮床下可設(shè)置人工水草,強(qiáng)化水體凈化效果。杭州市的蔡家河和5號(hào)渠都曾采用此技術(shù),具有明顯的水質(zhì)改善效果。

然而,人工浮島對(duì)河道的生態(tài)修復(fù)具有不可持續(xù)性,且費(fèi)用高昂,維護(hù)更新麻煩。另外,浮床載體遮擋了沉水植物光合作用所需的光照,阻礙了河道生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)。

2.4.5 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)技術(shù)主要利用水體中的土著或者外源微生物消除水體中的污染物。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是水體凈化效率高、可消化河底淤泥,但是受氣候影響大,不適合流速快的河道。杭州市的蔣家浜河利用生物酶進(jìn)行修復(fù),蝦龍圩工程將光合細(xì)菌用于改良底泥、控制黑臭等。應(yīng)用于生物修復(fù)的微生物按照來(lái)源可分為土著微生物、外來(lái)微生物和基因工程菌。

2.4.5.1 土著微生物

水體中存在著數(shù)量巨大、種類繁多的微生物,它們代謝類型多樣、變異能力強(qiáng),能夠分解一些難降解甚至有毒的有機(jī)化合物,如除草劑、殺蟲劑、增塑劑等。王瑋等[15]通過向污染河流投加有效微生物菌群,趙志萍等[16]通過向黑臭河水中投加EM富集液和復(fù)合菌,都獲得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

2.4.5.2 外來(lái)微生物

當(dāng)污染水體中合適的土著微生物較少,可培養(yǎng)土著微生物的時(shí)間較短時(shí),可以向水體環(huán)境中引入高效菌種,培養(yǎng)河道自身的生物環(huán)境。該技術(shù)可以借鑒投菌法治理廢水的經(jīng)驗(yàn),如應(yīng)用珊瑚色諾卡氏菌處理含腈廢水,用熱帶假絲酵母處理油脂廢水等。目前,用于微生物修復(fù)的高效菌劑可大批量商業(yè)化生產(chǎn)。

2.4.5.3 基因工程菌

工程菌采用基因工程技術(shù),將降解性質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能在污水中生存的菌體內(nèi),能夠高效降解難降解的污染物。工程菌的適應(yīng)期比土著菌種的馴化期短,更容易適應(yīng)生存,而且當(dāng)其降解功能下降時(shí)可重新接種。在實(shí)際應(yīng)用中,工程菌的安全性問題也非常突出,一旦沒有把握好,會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響。

鑒于土著微生物降解污染物的能力,微生物修復(fù)工程中大多應(yīng)用土著微生物。

2.4.6 生態(tài)護(hù)坡修復(fù)

除上述修復(fù)技術(shù)外,近年來(lái)杭州也常應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)來(lái)治理城市河道。生態(tài)護(hù)坡技術(shù)綜合利用工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):截留懸浮物和沉淀物質(zhì)、內(nèi)部生物膜對(duì)水體有凈化功能、跌水為水體提供氧氣、引導(dǎo)河流及洪水、防止水土流失等。同時(shí)該技術(shù)也存在垃圾清理工作困難的缺點(diǎn)。生態(tài)護(hù)坡施工方便,但運(yùn)行維護(hù)較麻煩。杭州花塢口溪、王家塢溪的治理就綜合應(yīng)用了石籠網(wǎng)生態(tài)壩和植物種植,COD降解20%～50%,取得了較好的治理效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

杭州市區(qū)的黑臭河道屬于重污染水體,城區(qū)50%左右的河道處于劣V類,由于河道的水文條件、污染特征和水功能各不相同,所采用的污染治理和生態(tài)修復(fù)方法要因地制宜、因河而宜。根據(jù)水體受污的實(shí)際情況,針對(duì)性的選擇物理、化學(xué)處理方法,在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化生物修復(fù)。由于杭州的河道重金屬和有毒有害有機(jī)物污染較少,可以對(duì)杭州市河道進(jìn)行生態(tài)修復(fù),根據(jù)不同種類水生植物的生物學(xué)特性、耐污性和其氮磷的去除能力,篩選能適應(yīng)黑臭河道水質(zhì)現(xiàn)狀的物種,讓微生物、植物、水生動(dòng)物充分發(fā)揮生物修復(fù)的作用。

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(責(zé)任編輯 郎忘憂)

水利部稽察組對(duì)浙江省海塘開展稽察項(xiàng)目復(fù)查

2012年7月31日至8月17日,水利部稽察組徐洪一行8人,對(duì)溫州市鹿城區(qū)七都島標(biāo)準(zhǔn)塘工程、臺(tái)州市路橋區(qū)白沙外堤海塘加固工程和舟山市定海區(qū)白泉大閘加固工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查,并重點(diǎn)稽察了工程前期設(shè)計(jì)、建設(shè)管理、計(jì)劃下達(dá)與執(zhí)行、資金使用與管理、工程質(zhì)量與安全、建后管護(hù)等方面的內(nèi)容。浙江省水利廳有關(guān)部門及各市有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)參與和陪同了項(xiàng)目復(fù)查工作。8月17日上午,稽察組向省水利廳反饋了復(fù)查意見。

稽察組認(rèn)為在省水利廳的指導(dǎo)和各市、區(qū)的共同努力下,浙江省海塘稽察項(xiàng)目已經(jīng)全面完成落實(shí)整改,省水利廳開展了包括海塘在內(nèi)的各項(xiàng)稽察工作,加強(qiáng)監(jiān)管,取得了良好的成效。同時(shí),對(duì)于本次復(fù)查中發(fā)現(xiàn)的一些問題和不足,稽察組也提出了意見和建議。省水利廳將全面梳理總結(jié),進(jìn)一步做好海塘的監(jiān)管工作。