陳永高, 張瑞斌

(1.浙江工業(yè)職業(yè)技術學院, 浙江 紹興 312000; 2.南京大學 環(huán)境學院,

江蘇 南京 210023; 3.江蘇龍騰工程設計有限公司, 江蘇 宜興 214206)

太湖流域河網水體生態(tài)修復工程及其效果

陳永高1, 張瑞斌2,3

(1.浙江工業(yè)職業(yè)技術學院, 浙江 紹興 312000; 2.南京大學 環(huán)境學院,

江蘇 南京 210023; 3.江蘇龍騰工程設計有限公司, 江蘇 宜興 214206)

摘要：[目的] 對太湖流域河網水體生態(tài)修復工程及其效果進行對比分析，為該流域環(huán)境管理及水質改善提供基礎。 [方法] 以太湖流域的夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流為例，通過在河道中分別實施復合塔式生物濾池處理工藝、五級負荷削減治理工藝、生態(tài)景觀修復工藝，對3個工程的運行效果進行比較，研究出適用于流域河網地區(qū)的生態(tài)修復技術。 [結果] 三條河流生態(tài)修復工程的處理效果由強到弱依次為：夏莊浜>洛西河>鳳溝河，由此可得3種生態(tài)修復工藝的去除污染物能力順序為：復合塔式生物濾池處理工藝>五級負荷削減治理工藝>生態(tài)景觀修復工藝。 [結論] 污染物去除效果表明，3種工藝對河道中氮、磷等污染物質的去除效果均較好，并具有良好的生態(tài)景觀效果，通過進一步優(yōu)化，可形成適用于河網地區(qū)的水質改善關鍵技術。

關鍵詞：太湖流域; 河網; 生態(tài)修復工程; 效果分析

近年來，隨著太湖流域經濟快速發(fā)展和人口高度集聚，造成流域污染負荷不斷增加，加快了流域水環(huán)境惡化和湖體富營養(yǎng)化。2007—2009年太湖水質為劣Ⅴ類，處于中度富營養(yǎng)化水平；2010—2012年太湖水質指標有所改善，但總氮、總磷超標嚴重，水質總體仍為劣Ⅴ類[1-2]。湖泊受到污染的根源在于流域大量低污染水的排放[3]，由于太湖流域城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展以及環(huán)境基礎設施建設的滯后性，使得大量的城市生活污水直接排入河道，使河網水體成為太湖流域水污染防治的重點。國內外生態(tài)修復技術研究[4-6]已有大量報道，但大多數研究仍停留在試驗階段，對于各種生態(tài)修復工藝實施效果的研究較少[7-10]。本研究以太湖流域的夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流為研究對象，對治理河段的水環(huán)境狀況及區(qū)域概況進行對比，在三條河流分別實施復合塔式生物濾池處理工藝、五級負荷削減治理工藝、生態(tài)景觀修復工藝，對三個修復工程的實施效果進行分析，研究出適用于太湖流域河網水體的污染防治關鍵技術，為太湖流域水質改善提供科技支撐。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于江蘇省常州市，區(qū)域內河網密布、流速緩慢、河流相互貫通且流向不定，屬于太湖流域典型的自流水網，主要包括燒香河、大浦港、烏溪港及陳東港等19條入湖河流，此外還有眾多支流。選擇夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流進行生態(tài)修復工程研究。夏莊浜匯入漕橋河后流入太湖，洛西河、鳳溝河匯入武進港后流入太湖，河道岸邊均有居民區(qū)和農田，均有往復流現(xiàn)象，三條河流速均較緩慢，下墊面均為淤泥，水深均在1.5～4.5 m之間，因此，三條河水動力、水質條件相似。夏莊浜位于雪堰鎮(zhèn)，河道長度為1 460 m，水面面積約13 470 m2，服務人口約1 430人，服務面積61.5 hm2，農業(yè)面源、生活污水及企業(yè)達標排放尾水等污水排放量為917 m3/d，污水處理后流進漕橋河。夏莊浜施工長度是820 m，寬度是16 m，多年平均水位是3.9 m，枯水期水深是2.6 m，為太湖流域典型的納污河道，藻類瘋長，水質惡臭，且已喪失通航功能。洛西河位于洛陽鎮(zhèn)，治理工程將位于S232兩邊，水流方向從西向東，全長約950 m，寬約14～18 m，面積約7 300 m2。治理段劉家村橋西段河岸部分為混凝土擋墻駁岸、東段為自然土駁岸。水深1.2～2.6 m，透明度約為30 cm，水體流速較為緩慢。水體中有浮萍、水花生等水生植物，水體季節(jié)性的在富營養(yǎng)化水體與濁水藻水體之間變換。鳳溝河治理段為橫林鎮(zhèn)鳳溝村，服務人口739人，服務面積72.13 hm2，生活污水排放量126 m3/d，污水經處理后排入武進港。隨著河道兩岸工農業(yè)生產的發(fā)展以及人口快速增長，污染源增加，其中的點源和面源的污水排放量大幅度增加，而水環(huán)境保護措施嚴重落后，使河流中大量的有機污染物和含氮、磷的營養(yǎng)鹽類繼續(xù)排入武進港。

2水環(huán)境現(xiàn)狀

由于夏莊浜河道附近沒有污水處理廠，周邊居民的生活污水基本上沒有處理，一般都是直接排入附近的小河小塘里；衛(wèi)生間和洗澡的污水及其它一些廢水排入化糞池然后被排入村河中。河道兩岸居民生活污水未經有效處理而匯入夏莊浜，使夏莊浜水質呈惡化趨勢，主要污染指標為COD、氨氮、總氮，污染源主要為生活污水和農業(yè)面源，屬于地表水劣Ⅴ類。通過對洛西河的實地調查發(fā)現(xiàn)，農戶和集市中生活污水以及生活垃圾依然沒有得到處理，村中生活污水直接排到村中的八段河中，沿河堆滿了生活垃圾，夏季能聞到刺鼻的臭氣，沿河周圍地下水已不能飲用，環(huán)境狀況很差。該河流污染源以生活污水和農業(yè)面源為主，主要超標因子為COD(化學需氧量)、總磷、SS(懸浮物濃度)。鳳溝河沿岸分布有大量的制造企業(yè)及造紙企業(yè)，糞便污水、生活污水、工業(yè)廢水等無組織排放污染了鳳溝河水體。污染源主要是生活污水和工業(yè)廢水。由鳳溝河河水水質監(jiān)測結果可以看出，水質為地表水環(huán)境質量標準劣Ⅴ類，主要污染指標為COD、氨氮、總氮、總磷。

3生態(tài)修復工程設計方案

2012—2013年在夏莊浜、洛西河、鳳溝河實施了生態(tài)修復工程，在河道中分別實施復合塔式生物濾池處理工藝、五級負荷削減治理工藝、生態(tài)景觀修復工藝。

3.1　夏莊浜復合塔式生物濾池處理工藝方案

根據夏莊浜水體污染特點，在河道中實施生物—微生物—植物—填料的協(xié)同作用于一體的復合塔式生物濾池生活污水處理技術[11]。該技術由水解酸化池、塔式蚯蚓生態(tài)濾池、人工濕地三個單元組成，具有土地處理系統(tǒng)、蚯蚓構建生態(tài)系統(tǒng)以及人工濕地優(yōu)點，有效解決了污水處理中充氧、反硝化階段的碳源補充、濾池內填料與土壤板結、污泥消化等問題和有機物降解礦化等關鍵性技術難題[12]。

復合塔式生物濾池系統(tǒng)的主要技術參數為：處理能力10～100 m3/d；占地面積50～200 m2；水力負荷1.5 m3/(m2·d)；停留時間2～4 h；裝置成本2 500～3 500元/t；運行費少于0.15元/t。系統(tǒng)面向廣大農村地區(qū)農民使用，動力需求小，操作過程簡單，維護方便。復合塔式生物濾池污水處理效果好，出水水質穩(wěn)定，達到城鎮(zhèn)污水廠出水一級A標準。

新型復合塔式生物濾池充分利用了蚯蚓與微生物的協(xié)同作用，蚯蚓活動增加了通氣性，能夠更好地分解有機物、更有效地處理污水。蚯蚓在濾池內通過其砂囊研磨與腸道的生物化學作用降解有機物，促進C，N，P的轉化與礦化，蚯蚓在土壤活動層內的機械疏松對濾床起物理清掃作用，防止土壤板結、堵塞，還能有效提高微生物數量及微生物活性，促進有機物質的分解轉化[13]。

3.2　洛西河五級負荷削減治理工藝方案

洛西河接納污染物以生活污水與農田面源污染為主，根據河道自然狀況和水質特點，采用五級負荷削減治理工藝。該方案治理工藝流程如圖1所示。

圖1　鳳溝河污水處理工藝流程圖

(1) 河岸生態(tài)緩沖區(qū)。河道岸邊種植柳樹、水杉、柳杉、楊樹、楓樹等喬木樹種，邊坡種植灌木如玫瑰、黃楊、魔力等以及孔雀草、點地梅、山葡萄等草皮，與挺水植物共同構成水陸生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)對降雨徑流中污染物的攔截。

(2) 岸邊濕地攔截系統(tǒng)。采用浮島式人工濕地和表面流人工濕地，在洛西河布置潛沒式濕地185 m2，人工浮流式濕地200 m2，植物配以花葉蘆竹、荸薺、蓮、水芹、茭白荀、荷花、西伯利亞鳶尾等。

(3) 入河口生態(tài)攔截。為防止水面雜物進入河中污染河道，在工程兩側建造植物柵；同時設置凈化浮島，上部種植浮水植物，下部垂掛生物繩網，攔截、吸收污染物質。

(4) 生物繩接觸氧化技術。在工程段布置150 m3日本TBR公司生產的PP+K45型生物繩，結合好氧與厭氧過程，通過硝化反硝化過程去除水體氮磷營養(yǎng)。

(5) 植物凈化集成技術。選用浮島與挺水植物組合，形成生態(tài)浮島。挺水植物選用花葉蘆竹、鳶尾、菖蒲、美人蕉、千屈菜、再力花等；構建凈化浮島，上部種植浮水植物，下部為垂向移動式生態(tài)床。

在治理段投放底質改良劑962 kg，采用專業(yè)工具潑灑。治理段河道各面源污染點附近放置處設置生物柵382 m3，生物柵以捶掛于凈化浮島下形式設置。生態(tài)浮島設計長為2 m，寬為1 m，在河道中放置兩列，每兩個之間的間隔為2 m，采用駁岸牽拉的形式進行固定，種植旱傘草、美人蕉、香蒲、水浮蓮等，浮島水下部分放置微生物載體，其上布滿高效脫氮細菌(氨化，硝化、亞硝化、反硝化細菌)。生物繩接觸氧化技術采用PP+K45型生物繩，生物接觸氧化床長為2 m，寬為1 m，高為0.6 m，河道中放置兩列，每兩個之間的間隔為2 m。

3.3　鳳溝河生態(tài)景觀修復工藝方案

采用生態(tài)景觀型多功能堤岸技術構建緩沖帶、生態(tài)護坡等，削減河口段入河污染物。河道上游種植大型水生植物(蘆葦，香蒲、柳條等)，建成植物格柵，對生活污水或地表徑流中的體積較大的漂浮物、泥沙等進行攔截，使部分懸浮物質沉降下來。經過沉降后的污水進入接觸氧化池，該單元使用高性能接觸過濾材料——生物繩，污水與生物繩相接觸使微生物附著在生物繩上形成生物膜，在生物繩表面附著的微生物使污水中的有機物被氧化分解而達到水質凈化。在生物繩的中心附近，由于溶解氧氣減少，這類微生物可以消耗掉水中的硝酸鹽氮類，從而達到脫氮的效果。然后污水再進入垂直流人工濕地單元，濕地系統(tǒng)中存在的好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，保證了既有植物吸收作用，又有硝化、反硝化作用，去除更加徹底。河道兩岸構建由喬灌草組成的立體植物緩沖帶，確保水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性；護岸工程采用的透水材料，有利于營造生物的生育環(huán)境，對河道中的河水進行降解，去除懸浮物質澄清水質，確保出水水質達標排放。利用浮水植物來進一步改善水質，可以降低水中的營養(yǎng)鹽，提高河流的生態(tài)環(huán)境質量，達到強化凈化的效果[14]。在鳳溝河上設置面積為30 m2的生態(tài)浮床30個，設置浮床總面積為900 m2，浮床上種植菖蒲、鳶尾等。在河道岸邊建設一段長200 m，寬4 m，坡度0.5的生態(tài)護坡，種植垂柳、杜鵑、果桃、薔薇、月季等植物。系統(tǒng)出水的COD、總氮、總磷的去除率一般可達90%以上。

4工程實施效果分析

2014年夏秋兩季(4月至11月)對三個生態(tài)修復工程實施河段上、下游分別采樣。每月采樣1次，監(jiān)測的水質指標及其方法為：SS采用光度測定法，COD采用重鉻酸鉀消解法測定，TP采用鉬銻抗分光光度法測定，TN采用過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測定，NH3—N采用納氏比色法進行測定[15]。5—10月6次采樣監(jiān)測結果的平均值詳見表1。

表1　水質監(jiān)測數據平均值　mg/L

去除率(%)=(上游水質監(jiān)測濃度值-下游水質監(jiān)測濃度值)/上游水質監(jiān)測濃度值×100。污染物去除率結果詳見表2。

表2　工程污染物去除率計算結果　%

由表2可知，夏莊浜與洛西河的SS，COD，TN，TP，NH3—N去除率均高于20%，鳳溝河的SS，COD，TN，TP，NH3—N去除率均低于50%，其中COD，NH3—N去除率低于20%，去除效果較差。COD，TN，TP，NH3—N去除率均是夏莊浜最高，鳳溝河的SS去除率最高，洛西河的各項水質指標去除率均中等。因此，5種污染物的綜合去除能力由強到弱依次為：夏莊浜>洛西河>鳳溝河。

5結 論

夏莊浜、洛西河、鳳溝河三條河流生態(tài)修復工程的處理效果由強到弱依次為：夏莊浜>洛西河>鳳溝河，由此可得3種生態(tài)修復工藝的去除能力順序為：復合塔式生物濾池處理工藝>五級負荷削減治理工藝>生態(tài)景觀修復工藝。生態(tài)景觀修復工藝效果較差可能是因為該工藝更多依賴植物的吸收作用，而缺少硝化反硝化所需的微生物，氨氮、總氮的去除能力受到一定影響。

通過復合塔式生物濾池處理、五級負荷削減治理、生態(tài)景觀修復工程的實施，工程出水中COD，SS、氨氮、總氮、總磷的去除效果均較好。太湖流域為平原河網區(qū)，該區(qū)域類似夏莊浜、洛西河、鳳溝河以接收生活污水、農業(yè)面源等低污染水為主的河流眾多。本研究中的3種生態(tài)修復技術具有極大的推廣前景。研究結果為太湖流域河網地區(qū)水體污染控制及水質改善提供了科學依據。

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Ecological Restoration Engineering and Its Effects of River Network in Taihu Lake Basin

CHEN Yonggao1, ZHANG Ruibin2,3

(1.ZhejiangIndustryPolytechnicCollege,Shaoxing，Zhejiang312000,China; 2.SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing，Jiangsu210023,China; 3.JiangsuLong-leapingEngineeringDesignCo.,Ltd.,Yixing，Jiangsu214206,China)

Abstract：[Objective] The ecological restoration project for the river network of Taihu Lake basin and its effects were analyzed and compared in order to provid some bases for the environmental management and water quality improvement of the catchment. [Methods] Xiazhuang River, Luoxi River, Fenggou River of Taihu Lake basin were selected to carry out three projects as composite tower bio-filter treatment process, five-levels-load reduction treatment process and ecological landscape restoration process, respectively. After three rivers’ operation, the effects of these three demonstration projects were compared. [Results] The three ecological restoration projects had a effectiveness rank of Xiazhuang River>Luoxi River>Fenggou River. Thus, the ability of remove pollutants of the three ecological restoration processes ranked as : composite tower bio-filter treatment process>five-levels-load reduction treatment process>ecological landscape restoration process. [Conclusion] The three technologies can all effectively remove nitrogen, phosphorus and other pollutants of watercourse; They also have good ecological landscape. Considered the room of design and use optimization in river network, they could formed the key technologies of water quality improvement for river network.

Keywords:Taihu Lake basin; river network; ecological restoration engineering; effects analysis

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0192-04

中圖分類號：X522

收稿日期：2014-11-27修回日期：2015-03-03

資助項目：江蘇省自然科學青年基金項目“低污染水生態(tài)凈化技術模擬優(yōu)選與效果評估”(BK20140603); 中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項(20620140486)

第一作者：陳永高(1984—),男(漢族),江蘇省鹽城市人，碩士，講師，主要從事環(huán)境評價與工程管理方面的研究。E-mail:higaoge@163.com。