張瑞斌

（1.江蘇龍騰工程設(shè)計有限公司，江蘇 宜興 214206；2.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 ，江蘇 南京 210023）

蘇南地區(qū)河道低污染水生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

張瑞斌1，2

（1.江蘇龍騰工程設(shè)計有限公司，江蘇 宜興 214206；2.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 ，江蘇 南京 210023）

以烏溪港的支流西渡河為例，開展了河道低污染水生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究，研究出適用于蘇南河網(wǎng)地區(qū)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，包括潛沒式生態(tài)床技術(shù)、生物接觸氧化技術(shù)、生態(tài)浮島技術(shù)等，通過進(jìn)一步優(yōu)化，可形成適合于太湖流域河網(wǎng)地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量改善和生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵共性技術(shù)。

河道；低污染水；生態(tài)修復(fù)；水生植物；西渡河

太湖流域的污染負(fù)荷主要來自于入湖河流及其支流，開展入湖河流及其支流水環(huán)境綜合治理對太湖流域水環(huán)境和湖體富營養(yǎng)化改善具有重要的意義。本研究通過在河道水體中集成生態(tài)修復(fù)技術(shù)，使河網(wǎng)水質(zhì)達(dá)到功能區(qū)要求，降低入湖河流烏溪港及其支流的污染物總量，從而降低太湖流域污染負(fù)荷[1,2]。通過對西渡河的水質(zhì)現(xiàn)狀及區(qū)域狀況分析，對西渡河進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究，研究出適合于太湖流域河網(wǎng)地區(qū)的生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，為太湖流域生態(tài)處理技術(shù)優(yōu)化提供基礎(chǔ)，為相關(guān)示范工程的順利進(jìn)行提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)域概況

烏溪港河位于江蘇省宜興市丁蜀鎮(zhèn)南端，西起蓮花蕩，東入太湖，西至銅官山山腳，是南部山區(qū)主要的泄洪入湖河道，是太湖重要的入湖河流。主河總長5.1km，平均河面寬40m，河底寬20m，年徑流量1.736億m3。烏溪港主要流經(jīng)定溪村與洑東村，擁有4條支浜，分別為烏溪河、西渡河、長征河、東橫蕩河，支浜長度分別為2.3km、1.8km、1.2km、7.8km，總長為13.1km。

西渡河位于宜興市丁蜀鎮(zhèn)，全長1.8km，河寬平均14m，河深平均1.47m，水流緩慢。水體中有浮萍、水花生等水生植物，水體季節(jié)性地在富營養(yǎng)化水體與濁水藻水體之間變換。河流穿過池潭村和磨坊村，匯水面積約1726畝，其中耕地約873畝，多為水稻田、菜地等。

2 西渡河水質(zhì)現(xiàn)狀

由于西渡河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經(jīng)過處理，一般都是直接排入附近的小河或小塘里；衛(wèi)生間和洗澡的污水及其它一些廢水排入化糞池后被排入村河中。河道兩岸居民生活污水未經(jīng)有效處理而匯入西渡河，使西渡河水質(zhì)呈惡化趨勢，主要污染指標(biāo)為COD、氨氮、總氮，污染源主要為生活污水和農(nóng)業(yè)面源，屬于地表水劣V類。

為了解西渡河的水質(zhì)狀況，在西渡河上游、中游、下游布設(shè)了3個采樣點，同時為對比與烏溪港的差異，在西渡河匯入烏溪港的下游（4#采樣點）設(shè)置采樣點監(jiān)測烏溪港水質(zhì)狀況（監(jiān)測點布設(shè)見圖1）。

圖1 西渡河地理位置及監(jiān)測點布設(shè)圖

監(jiān)測結(jié)果顯示西渡河各監(jiān)測點水質(zhì)基本無很大差異。烏溪港處即監(jiān)測站點4#，水體中氨氮、總氮、總磷均高于西渡河，而硝氮含量低于西渡河，這從一定程度上表明西渡河的水質(zhì)略好于烏溪港，水體中硝氮含量高也表明水體的自我凈化過程良好。同時河段水流緩慢，污染物質(zhì)難以快速降解，導(dǎo)致水體濁度較大。

3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

針對西渡河的污染特征和水體的功能要求，設(shè)計西渡河生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究方案，采用潛沒式生態(tài)床技術(shù)、生物接觸氧化技術(shù)、生態(tài)浮島技術(shù)等轉(zhuǎn)化氮磷營養(yǎng)鹽，強化凈化河道水體水質(zhì)[3]。西渡河兩岸全部采用岸邊修復(fù)，河道中上游與下游均采用生態(tài)浮島技術(shù)，中上游與中下游分別采用潛沒式生態(tài)床技術(shù)和生物接觸氧化技術(shù)，并設(shè)計生態(tài)透水壩2處。

根據(jù)調(diào)查，西渡河土著植物有水浮蓮、浮萍、睡蓮、金魚藻、蘆葦、香蒲、美人蕉以及岸邊的大型喬木等。綜合考慮本研究擬選擇沉水植物中的黑藻、金魚藻、苦草，浮水植物中的浮萍、睡蓮，挺水植物中的水蕹菜、蘆葦、香蒲、黃菖蒲、茭白、荸薺、美人蕉、旱傘草等進(jìn)行生態(tài)修復(fù)[4,5]。

3.1 潛沒式生態(tài)床技術(shù)

潛沒式生態(tài)床技術(shù)是采用潛沒式生態(tài)床處理河湖、水庫水體污染的一種技術(shù)。潛沒式生態(tài)床包括浮力調(diào)節(jié)裝置、錨定裝置、沉水植物床、微生物床、曝氣裝置、微孔曝氣管，其中潛沒式生態(tài)床上部為沉水植物床，下部為可撤卸式微生物床，潛沒床底部設(shè)微孔曝氣系統(tǒng)，潛沒床頂部為浮力調(diào)節(jié)裝置，底部為錨定裝置。

潛沒式生態(tài)床既可以根據(jù)所種植水生植物種類調(diào)節(jié)水深，適合挺水植物、漂浮植物、沉水植物生長，為水生植物與水中微生物在水體有氧—缺氧條件下的生長提供條件，又可以根據(jù)河、湖、水庫水體透明度條件調(diào)節(jié)床體深度[6]。因此，應(yīng)用潛沒式生態(tài)床技術(shù)可在水體透明度低、水位波動大，沉水植物難以存活的水域進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)，而潛沒式生態(tài)床能夠?qū)Υ搀w立體位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，依照水質(zhì)狀況改變生態(tài)床的潛沒深度，使生態(tài)床的應(yīng)用范圍更加廣泛[7]。

3.2 生物接觸氧化技術(shù)

生物接觸氧化床是采用適宜于微生物生長的掛膜材料，利用棲附在填料上的生物膜和充分供應(yīng)的氧氣，通過生物氧化作用，將廢水中的有機物氧化分解，達(dá)到凈化目的。采用多種性質(zhì)的填料進(jìn)行微生物掛膜研究，篩選適宜于微生物生長的掛膜材料[8]；根據(jù)微生物生長特性篩選不同性質(zhì)、形狀的填料，分析采用不同掛膜材料時，微生物掛膜的生物量、掛膜速率和對水體污染物的去除效果[9]。

3.3 生態(tài)浮島技術(shù)

研究生態(tài)浮島技術(shù)與固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)集成對西渡河水體的凈化作用，著重研究生態(tài)浮島植物－固定化氮循環(huán)細(xì)菌微生物之間互利共生強化去除湖泊水體氮磷的作用[10]。在潛水湖泊水體采集、馴化、篩選高效脫氮細(xì)菌，包括氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌；研究制備出適宜于微生物生長，具有生物相容性、環(huán)境和諧性的微生態(tài)型固定化載體；采用高新技術(shù)將篩選出的高效氮循環(huán)細(xì)菌固定在生物相容性載體上，研究制備出固定化高效脫氮細(xì)菌（氨化、硝化、亞硝化、反硝化細(xì)菌）；研究采用生態(tài)浮島植物－固定化氮

循環(huán)細(xì)菌技術(shù)強化凈化西渡河水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽。生態(tài)浮島示意見圖2。

綜合考慮水生植物的凈化效果、生長季節(jié)、存活難易、土著種類、景觀效果、后續(xù)管理、長效管理及水體中營養(yǎng)物質(zhì)監(jiān)測結(jié)果等綜合因素，選擇對TN、氨氮、總磷處理效果好的水生植物，同時選擇挺水植物、沉水植物、浮水植物相結(jié)合進(jìn)行配置。對TP去除效果較好的水生植物有：沉水植物中的黑藻、苦草[7]，挺水植物中的蘆葦、香蒲、黃菖蒲、茭白、荸薺[11]，浮水植物中的水浮蓮、浮萍、水蕹菜[12]。對氨氮去除效果較好的植物有：沉水植物中的黑藻、金魚藻、苦草、輪藻，挺水植物中的蘆葦、香蒲、菖蒲、水蔥、茭白、蓮藕[13]，浮水植物中的水浮蓮、浮萍、水蕹菜、菱、雨久花、睡蓮，陸生植物中的美人蕉、旱傘草，其中水浮蓮[14]、浮萍效果最好。

3.4 生態(tài)透水壩

生態(tài)透水壩[15]包含控制層、過渡層、溢流層、穩(wěn)定層四個部分，具有以下顯著的優(yōu)點：無動力運行，降低了建設(shè)成本，具有很好的針對性，可以獲得10%左右的COD去除率，10%～20%的TN去除率，20%～40%的TP去除率。生態(tài)透水壩的設(shè)計流程為首先勘測筑壩地址的地形條件和查詢水文氣象資料或其他設(shè)計資料，得到生態(tài)透水壩的幾何參數(shù)和設(shè)計流量，將上述參數(shù)代入滲流力學(xué)中的杜平公式中進(jìn)行試算，得到合理的滲透系數(shù)和停留時間，然后進(jìn)行生態(tài)透水壩進(jìn)一步的設(shè)計，選擇合適的礫石級配、筑壩材料、種植植物[15]。生態(tài)透水壩示意見圖3。

圖2 生態(tài)浮島示意圖

圖3 生態(tài)透水壩示意圖

4 研究成果及后續(xù)研究工作

4.1 研究成果

河道低污染水生態(tài)修復(fù)的步驟為：1）在河道中按水流方向，河道兩岸全部設(shè)置岸邊修復(fù)；2）在河道上游設(shè)置生態(tài)浮島與岸邊修復(fù)帶；3）在河道上游與中游之間設(shè)置生態(tài)透水壩；4）在河道中游設(shè)置潛沒式生態(tài)床與生物接觸氧化床；5）在河道中游與下游之間設(shè)置生態(tài)透水壩；6）在河道下游設(shè)置生態(tài)浮島與岸邊修復(fù)帶。

4.2 后續(xù)研究工作

蘇南地區(qū)為平原河網(wǎng)區(qū)，該地區(qū)類似西渡河以收納生活污水、農(nóng)田尾水等低污染水為主的河道很多，河道低污染水生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用空間較大。以下工作有待深入研究：1）對河道低污染水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的處理效果進(jìn)行分析與評價；2）在對處理效果分析評價的基礎(chǔ)上，提出河道低污染水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)化方案；3）在烏溪港流域以及整個蘇南河網(wǎng)地區(qū)示范推廣，最終形成適合于太湖流域河網(wǎng)地區(qū)的河道低污染水負(fù)荷削減生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系。

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Study on Eco-restoration Technology of Watercourse Light Polluted Water in Southern Areas of Jiangsu

ZHANG Rui-bin

X703

A

1006-5377（2015）10-0046-03

江蘇省自然科學(xué)青年基金項目(BK20140603)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助(20620140486)；太湖西岸（宜興地區(qū)）水環(huán)境綜合治理規(guī)劃研究(太湖流域水環(huán)境綜合治理專項)。