蔣歡　 朱斌　 耿海峰等

摘要 以徐州的河道型微污染水源地——小沿河為例，采用生態(tài)懸床技術構建水生生態(tài)系統(tǒng)，對河道水體進行原位生態(tài)凈化，研究生態(tài)懸床技術對河道型微污染水源地水質(zhì)凈化效果。結果表明，項目實施后，水質(zhì)得到明顯改善，工程區(qū)域進出水CODMn、TP、NH3N平均去除率分別達15.25%、26.94%、25.23%，取水口水質(zhì)基本穩(wěn)定達到地表水Ⅲ類標準?？梢?，生態(tài)懸床對于河道型微污染水源地中有機物的去除效果不顯著，對于總磷、氨氮的去除效果較好。

關鍵詞 河道型水源地；微污染水源水；生態(tài)懸床；水質(zhì)凈化

中圖分類號 S273 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）08-02432-02

Purification of Slightly Polluted Rivertype Water Source with Ecological Suspended Plant Bed

JIANG Huan et al （Shanghai Investigation and Design Institute， Shanghai 200434）

Abstract With rivertype slightly polluted water source of Xuzhou—Xiaoyanhe River as an example， ecological suspended plant beds were adopted to construct an aquatic ecosystem， the purification of slightly polluted rivertype water source with ecological suspended plant bed was studied. The results showed that after the project implementation， water quality has been improved significantly with the average removal efficiency of CODMn， TP and NH3N reaching 6.62%， 25.27% and 25.47%， respectively. Water in the intake has steadily satisfied the environmental quality standards for surface water of class Ⅲ. Ecological suspended plant bed has no significant removal effects on organic matters in rivertype slightly polluted water source， while has obvious removal effect on TP and NH3N.

Key words Rivertype water source； Slightly polluted water； Ecological suspended plant bed； Water purification

河流是我國重要的飲用水水源地，但目前由于生活廢水、工業(yè)污水的排放，我國河流飲用水源地受到嚴重污染，全國113個重點環(huán)保城市的222個飲用水地表水源的平均水質(zhì)達標率僅為72%，且合格水源地呈現(xiàn)縮減趨勢[1]。2007年7月1日正式施行的《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）水質(zhì)指標由GB 5749-85的35項增加至106項，其中毒理指標中有機化合物由5項增至53項，對水中微量有機物提出了更加嚴格的控制要求[2]。傳統(tǒng)的給水處理技術主要為混凝、沉淀、過濾、消毒，這些技術主要用于去除水中的懸浮物、濁度、色度，對溶解性有機物的去除效果不佳，而深度處理技術存在投資額大、運行成本高等問題[3]。因此，研究水源地水質(zhì)提升和保障方法，從根源上解決水廠原水水質(zhì)問題，對于減少水廠建設改造投資及運行費用、提升飲用水水質(zhì)、保障人民身體健康具有重大的意義。

利用水生植物凈化水質(zhì)的生態(tài)凈化方法具有成本低、能耗小、治理效果較好、對環(huán)境擾動小、有一定的經(jīng)濟效益和景觀價值等優(yōu)點[4]，因此被應用于河岸護坡、緩沖帶、人工浮床、人工濕地等水體凈化實踐中，并取得了眾多成果[5]。人工沉床技術是一種利用沉床載體和人工介質(zhì)栽植大型水生植物的生態(tài)凈化技術，可以通過床體升降控制植物在水下的深度，適用于透明度低和水深較大的受污染水體[6]。崔玉川等將微污染水源水定義為受到污染程度較低、水質(zhì)指標有所降低、但仍可作為飲用水水源的水體[7]。微污染水源水中污染物濃度低，常規(guī)給水處理工藝不能有效去除污染物。因此，利用生態(tài)凈化技術對微污染水源水進行處理是一種合理的解決方案。我國北部城市徐州的河道型微污染水源地——小沿河，采用改良型人工沉床技術——生態(tài)懸床技術構建水生生態(tài)系統(tǒng)，對河道水體進行原位生態(tài)凈化。在此，筆者介紹了該工程的背景和技術方案，并對工程的實際凈化效果進行分析，為今后類似工程的開展提供經(jīng)驗和參考。

1 材料與方法

1.1 工程背景

小沿河位于銅山區(qū)柳新鎮(zhèn)李場村北，現(xiàn)為徐州市區(qū)主要地表水飲用水源地，河道長度約為15.5 km，寬度50～60 m，河道中心水深5～6 m。小沿河水位主要受上游微山湖水位和河道農(nóng)灌抽水設施影響，夏季正常水位為32.5～32.6 m，冬季為31.9～32.0 m，河道兩側目前基本無污染源，河水水質(zhì)主要受上游微山湖來水水質(zhì)影響。2010年下半年和2011年度小沿河水質(zhì)較好，除CODMn在夏末、秋初時段有所超標外，其余水質(zhì)指標相對較好，基本符合地表水Ⅲ類標準。從水質(zhì)指標可以看出小沿河為典型的微污染水體。

項目實施河道長度約3.1 km，工程范圍內(nèi)的斷面較為陡峭，河道中部水深較大，斷面的很多區(qū)域無法開展傳統(tǒng)的水生態(tài)修復工程。徐州地處長江以南的北方區(qū)域，冬季氣候較為寒冷，河道存在結冰問題。河道上游與微山湖相連，水體中有較多的草食性魚類。

1.2 工程技術方案 此次工程采用的生態(tài)懸床是一種懸浮式沉水植物床，由可種植沉水植物的種植床與種植床連接的浮力系統(tǒng)和防護系統(tǒng)組成。在懸床工藝中，懸浮于水中距離水面一定深度的種植床中裝有種植基質(zhì)，為沉水植物提供生長基質(zhì)和適宜的光照條件。種植床床體位于水面以下，可避免紫外線照射和冬季水面結冰對床體和沉水植物造成傷害。防護系統(tǒng)為一定孔徑的漁網(wǎng)，將床體包絡其中，防止植物萌發(fā)時被河道中草食性魚類牧食影響生長。種植床上的沉水植物包括夏季種和冬季種，以實現(xiàn)植物季相交替，保證周年凈化效果。生態(tài)懸床對于水體的凈化是一個復雜的物理、化學、生物過程。植物對水體營養(yǎng)物質(zhì)可以直接吸收并同化為自身組成物質(zhì)；植物和填料可以對大顆粒污染物進行吸附截留；水生植物的光合作用釋放氧氣可提高水體溶解氧濃度；植物的化感作用可以抑制藻類和部分致病菌生長；植物為微生物提供附著界面，兩者的協(xié)同作用可促進污染物的降解[6]。

單個懸床面積為2 m2，12或16個單體連接成排，各排交錯布置于河道中央，排間距為4 m，全部共布設242排，共計3 000個懸床單元，總面積6 000 m2。懸床的浮力系統(tǒng)由PPR管和彎頭通過熱熔法連接成正方形框體，且內(nèi)部跳蟲塑料泡沫，防止浮筒意外進水后造成懸床下沉。種植床系統(tǒng)由床體和載體框架組成，床體使用高密度泡沫板機械壓制，下部預留透水孔，便于河水滲入床體基質(zhì)；載體框架使用PPR管熱熔連接而成。種植基質(zhì)為3層配置，底層為土工布，中層為土壤，上層為碎石層。植物種植形式為苦草、輪葉黑藻和伊樂藻間隔種植，冬季主要靠伊樂藻。

1.3 水質(zhì)監(jiān)測分析方法

2012年6月～2013年6月每月對項目實施河道起點和終點進行一次水樣采集分析，水樣采集點位置為河道斷面中心水面以下0.5 m處。水質(zhì)分析方法分別是有機物采用酸性高錳酸鹽氧化法（GB 11892-1989）、總磷采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-1989）、氨氮采用納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009）。

2 結果與分析

2.1 生態(tài)懸床對水體中有機物（以CODMn表示）的去除效果 由圖1可見，

生態(tài)懸床對水體中有機物的去除效果不顯著，最高去除率為28.66%，不同時段的去除率波動較大，無明顯規(guī)律性，平均去除率15.25%。該結果與童昌華等的研究結果[8]一致。生態(tài)懸床對于有機物的去除途徑之一是對水體中含有機物的懸浮物質(zhì)的吸附和沉降作用，該部分從水體中分離出的有機物與沉水植物凋零的枝葉在被微生物分解的過程中可能釋放出新的污染物進入水體，這種動態(tài)過程的不平衡性可能導致CODMn隨時間的波動[9]。

圖1 生態(tài)懸床對水體中有機物的去除效果

2.2 生態(tài)懸床對水體中總磷的去除效果 圖2顯示，

生態(tài)懸床對水體中總磷的去除效果較為理想，最高去除率為34.32%，平均去除率為26.94%。2012年6～11月的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示該段時間生態(tài)懸床對水體中總磷的去除率與上游來水的總磷濃度呈現(xiàn)一定的正相關性，而從2012年12月～2013年6月總磷去除率與來水濃度無明顯關聯(lián)，且波動較大，可能是由于此階段來水總磷濃度較低，其他干擾因素占主導地位所致。王麗卿研究表明沉水植物體系對總磷的去除途徑有2種，即植物葉片根系的直接吸收同化和沉降吸附[10]。5月中旬小沿河河道邊灘水深較淺處大量野生的菹草到達生長末期，且此時水溫已經(jīng)較高，菹草衰敗腐爛速率較快，植株體內(nèi)吸收的磷釋放進入水體中，可能是導致5～6月的總磷去除率較低的原因之一。

圖2 生態(tài)懸床對水體中總磷的去除效果

2.3 生態(tài)懸床對水體中氨氮的去除效果 從圖3可以看出，

生態(tài)懸床對水體中氨氮的去除效果較好，最高去除率為49.32%，平均去除率為25.23%。對比圖2和圖3可知，上游來水和出水中氨氮的濃度變化與總磷的變化規(guī)律相似。James研究指出細菌的降解作用在沉水植物對水體中氮的去除過程中占主導地位[11]。常會慶等研究表明沉水植物附著的固定化微生物的生物作用可促使氮素以氣態(tài)形式去除[12]。因此，植物不同生長周期、水溫、來水水質(zhì)的影響下，硝化細菌的生物活性和生物量造成氨氮的去除效果隨時間產(chǎn)生波動。

圖3 生態(tài)懸床對水體中氨氮的去除效果

3 結論與討論

小沿河是徐州市區(qū)目前主要的飲用水源地，是典型的微