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        河道水系治理的關(guān)鍵技術(shù)

        2021-12-21 09:03:44李夢龍
        建筑施工 2021年8期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)污染生態(tài)

        盧 松 馮 濤 李夢龍 張 永

        中建三局集團(tuán)有限公司 北京 100097

        當(dāng)前河道治理工作面臨的形勢十分嚴(yán)峻,在人為因素和自然因素的共同作用下,水資源存在嚴(yán)重污染問題,水生物數(shù)量減少,河道阻塞現(xiàn)象嚴(yán)重。為了能夠?qū)崿F(xiàn)河道中水資源的合理利用,需要有效地解決河道中存在的一系列問題,更好地維護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡,打造一個(gè)健康、和諧河流生態(tài)環(huán)境[1-3]。

        1 工程概況

        聯(lián)盟河是涪江的一條支流,位于四川省遂寧市境內(nèi),項(xiàng)目生態(tài)修復(fù)范圍包括以陽保堰為起點(diǎn)至永興鎮(zhèn)2.50 km、永興鎮(zhèn)下游河道8.30 km,以及下游支流罐子口河750 m,共約11.55 km,水域面積約為47.5萬 m2。河道上游寬約為10 m,水深1 m左右,下游河寬約為40 m,水深3 m左右,流速緩慢,補(bǔ)水為雨水以及部分生活污水,水質(zhì)為劣Ⅴ類水。

        2 工程目標(biāo)

        通過底質(zhì)改良、微生物系統(tǒng)構(gòu)建、沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建、水生動(dòng)物系統(tǒng)構(gòu)建,使水體恢復(fù)穩(wěn)定的自然生態(tài)系統(tǒng),保障水體無大面積藍(lán)綠藻暴發(fā),無明顯垃圾漂浮物,透明度不低于50 cm;經(jīng)過區(qū)域的截污治污及生態(tài)系統(tǒng)凈化,水體水質(zhì)主要指標(biāo)在非雨季達(dá)地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn):化學(xué)需氧量≤30 mg/L,氨氮≤1.5 mg/L,總磷≤0.3 mg/L。

        3 技術(shù)路線

        本項(xiàng)目依據(jù)生態(tài)、自然、和諧的理念,結(jié)合聯(lián)盟河項(xiàng)目所在地的氣候條件,水體狀況、水質(zhì)現(xiàn)狀及水體景觀,有針對性地對聯(lián)盟河采取相應(yīng)的水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建和水處理技術(shù),以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)。

        綜上所述,針對現(xiàn)場調(diào)研和水質(zhì)分析的問題歸類總結(jié),整體設(shè)計(jì)思路與技術(shù)路線如圖1所示。根據(jù)項(xiàng)目河道特點(diǎn)及水質(zhì)治理目標(biāo),采取“物理、生物技術(shù)等綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)”,構(gòu)建以沉水植物為主的水生植物生產(chǎn)者群落,結(jié)合生態(tài)浮島和曝氣復(fù)氧技術(shù),在完善食物鏈的同時(shí),實(shí)現(xiàn)河道水體自凈,提高水體透明度,改善河道水質(zhì)。

        圖1 治理路線

        4 關(guān)鍵技術(shù)

        4.1 出水口水生態(tài)凈化建設(shè)

        聯(lián)盟河上游有大量農(nóng)田以及養(yǎng)殖業(yè),導(dǎo)致農(nóng)田以及養(yǎng)殖廢水進(jìn)入河道,同時(shí)初期雨水匯入也增加了面源污染。針對河道上游道路雨水及部分生活用水未經(jīng)過水質(zhì)凈化便通過渠道出水口直接排入河道中,導(dǎo)致河道水質(zhì)污染嚴(yán)重的狀況,通過對原有渠道及出水口的生態(tài)修復(fù),從源頭控制河道污染源。

        4.1.1 出水口原狀

        河道沿岸共47個(gè)出水口,由于垃圾堆積,水土流失及水體污染嚴(yán)重,已經(jīng)不具備凈水功能。

        出水口主要分為以下幾個(gè)類型:雨水溝,旱季沖溝為干溝;上游有污水,但水量不大,來水經(jīng)植被土渠凈化,或經(jīng)塘體凈化,末端水質(zhì)污染不嚴(yán)重;出水基本為污水,有蓄滯設(shè)施但有外溢風(fēng)險(xiǎn);排污量較大,有大型水塘蓄滯。

        4.1.2 出水口治理

        生態(tài)凈化區(qū):保留原狀沖溝內(nèi)的喬木和大型灌木等具有凈水功能的植物,對原有渠道進(jìn)行落葉、垃圾清除,沿原狀溝渠底坡清淤,對原有池塘進(jìn)行清淤,清除底部厚500 mm淤泥層后種植石菖蒲,爾后回填厚300 mm、粒徑28~32 mm的本地卵礫石,結(jié)合現(xiàn)狀地形地勢建設(shè)生態(tài)凈化區(qū),凈化后水體進(jìn)入聯(lián)盟河。此外,在原狀渠道縱向設(shè)置磚砌擋水堰,增加在該區(qū)域水體流動(dòng)過程中的緩滯和沉沙功能,堰頂高于渠底0.15 m,寬度與渠道寬相同。污水由原有渠道流入生態(tài)凈化區(qū),經(jīng)過生態(tài)凈化區(qū)的植物與卵礫石的生態(tài)凈化作用后,流入河道水生態(tài)系統(tǒng)。

        4.2 河道生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

        由于聯(lián)盟河控污系統(tǒng)不完善,河水長期受到污染,導(dǎo)致河底積累大量淤泥,淤泥內(nèi)含有大量的污染物,在一定條件下又重新釋放出來,形成內(nèi)源污染。同時(shí),部分河段有少量挺水植被,沉水植被缺失,水系內(nèi)缺失健康的水域生態(tài)系統(tǒng),自凈能力差。

        針對以上問題,結(jié)合聯(lián)盟河河道特點(diǎn)及水質(zhì)治理目標(biāo),采取“物理、生物技術(shù)等綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)”,構(gòu)建以沉水植物為主的水生植物生產(chǎn)者群落,結(jié)合生態(tài)浮島和曝氣復(fù)氧技術(shù),在完善食物鏈的同時(shí),實(shí)現(xiàn)河道水體自凈,提高水體透明度,改善河道水質(zhì)。

        4.2.1 底質(zhì)改良

        底泥是水系內(nèi)源污染主要的來源,針對河道底泥環(huán)境問題進(jìn)行底質(zhì)改良,一方面分解剩余底泥中的污染物,控制內(nèi)源污染的繼續(xù)釋放,另一方面,恢復(fù)底泥環(huán)境以及底泥中的有益微生物系統(tǒng),促進(jìn)底泥中底棲生物系統(tǒng)的自我恢復(fù)和沉水植被系統(tǒng)的人工恢復(fù)。

        針對河底淤泥,采用底質(zhì)改良型微生物環(huán)境修復(fù)劑原位改善底泥,使得黑臭底泥表層的有益微生物系統(tǒng)得到恢復(fù),改善底泥的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、氧化還原電位和溶氧狀況,促進(jìn)底質(zhì)有益微生物系統(tǒng)對黑臭底質(zhì)的分解作用。

        1)底質(zhì)改良劑實(shí)施的必要性。聯(lián)盟河河道內(nèi)未進(jìn)行清淤,通過底泥改良工程有效控制內(nèi)源的污染。底質(zhì)改良劑可快速分解底泥中的污染物,從根本上解決水體的黑臭問題。同時(shí),底質(zhì)改良劑能夠解決底泥富營養(yǎng)和強(qiáng)度低的問題,防止植物根系腐爛,能提高水生植物成活率20%以上和生長速率30%以上,并保證水生植物多樣性,提高水體生態(tài)凈化率。

        2)底質(zhì)改良劑的用量。根據(jù)底泥的污染狀況,投加范圍為項(xiàng)目區(qū)全部水域范圍475 000 m2,投加量為62.1 t。

        4.2.2 水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

        水域生態(tài)修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)是基于復(fù)建完整、健康水生態(tài)系統(tǒng)的綜合技術(shù),通過對水體生態(tài)鏈的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)水域的自凈?;诤拥浪鷳B(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀,針對性地設(shè)計(jì)以下幾項(xiàng)措施來進(jìn)行水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù):

        1)有益微生物系統(tǒng)構(gòu)建。水生態(tài)修復(fù)劑是一種液體的微生物菌劑,不會(huì)對水生生物產(chǎn)生危害,不會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)二次污染。能有效降低水體中氮、磷含量,降低水體富營養(yǎng)化程度,從而減少藍(lán)綠藻暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn),保障水體穩(wěn)定,提高水體安全性。

        ① 水質(zhì)調(diào)控型微生物工程的必要性。水體生態(tài)系統(tǒng)中凈化主體將是構(gòu)建的有益微生物系統(tǒng),配合人工增氧措施迅速改善水體水質(zhì),抑制藻類暴發(fā),提高水體透明度,為水生植物進(jìn)一步凈化水體提供條件。

        ② 水質(zhì)調(diào)控型微生物菌劑用量及作用效果。根據(jù)水域面積以及水質(zhì)情況,水質(zhì)調(diào)控劑的投撒量為47.5 t,投加面積475 000 m2,具體投撒時(shí)間、投撒頻次以及投撒量需要根據(jù)實(shí)際水質(zhì)變化情況進(jìn)行調(diào)整,用量變化一般不會(huì)超過5%。在水生植物種植前及種植初期,用以輔助水體凈化,保證沉水植物成活率,防止剛剛栽種的沉水植物因污染物濃度過高而死亡。在水生態(tài)構(gòu)建工程顯效期(始于水生植物種植完成,至其后60 d)內(nèi),多次潑灑,用以避免剛剛構(gòu)建的尚未穩(wěn)定的較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。

        2)沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建。沉水植被的恢復(fù)和重建是水體水質(zhì)得到穩(wěn)定和改善的關(guān)鍵。當(dāng)沉水植被豐富時(shí),水質(zhì)清澈、溶解氧高、浮游藻類密度低。通過充分考慮聯(lián)盟河的氣候特征,優(yōu)先選擇本土物種,恢復(fù)河道本有的生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)行合理的生態(tài)構(gòu)建,選擇冷暖季沉水植被合理搭配,人為構(gòu)建仿自然的生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)原本的自然生態(tài)系統(tǒng)。伴隨著植物種類的健全,既可逐步提高水質(zhì)凈化率,使水質(zhì)理化指標(biāo)均能達(dá)到水體的治理目標(biāo),又可很好地抑制藻類的暴發(fā),加上后期的運(yùn)營維護(hù),水體長時(shí)間保持草型穩(wěn)定的狀態(tài),水體感觀效果明顯。根據(jù)植物種類能夠適應(yīng)水域的特點(diǎn),選擇冷暖季沉水植被搭配種植,并能相互依存、形成群落,防止單一物種瘋長。合理設(shè)計(jì)植被種植密度,密度過低不利于植物形成依存關(guān)系,導(dǎo)致生長不良,不利于污染物去除;植被密度過高,植物缺少生長擴(kuò)展空間,導(dǎo)致生長受限,也不利于污染物的凈化去除。冷季型沉水植被群落(狐尾藻、龍須眼子菜)是維持冬天水體自凈的主體,也是促進(jìn)來年春天和夏天沉水植被自行修復(fù)的必要條件,種植面積占50%。暖季型沉水植被群落(苦草、輪葉黑藻)在夏季水溫較高、水質(zhì)不穩(wěn)定、容易變壞時(shí),可保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,主要種植在水邊淺水區(qū),種植面積占50%。在合適的水深(0.5~3.0 m)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)沉水植被,冷暖型沉水植被交錯(cuò)種植。

        3)挺水及浮葉植被構(gòu)建。挺水植物及浮葉植物不僅具有同化吸收污染物的作用,根和莖也有過濾污染物的效果,同時(shí)給微生物提供附著的場所。種植范圍為河道兩側(cè)駁岸景觀道路至水深50 cm內(nèi),具體種植區(qū)域根據(jù)現(xiàn)場岸坡平整情況而定。荷花睡蓮在生態(tài)塘內(nèi)種植。挺水植物主要選擇千屈菜、美人蕉、旱傘草、再力花、香蒲,種植面積64 000 m2。

        4)水生動(dòng)物系統(tǒng)構(gòu)建。水生動(dòng)物的投加需先期水質(zhì)達(dá)到預(yù)期指標(biāo)后,在生態(tài)優(yōu)化和穩(wěn)定期時(shí)放養(yǎng),選取具有可操縱性的魚類烏鱧、環(huán)棱螺、河蚌等投放到水體中,幫助清掃水草表面的懸浮物,同時(shí)將水體中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)從水體中去除。水生動(dòng)物的放養(yǎng),不僅實(shí)現(xiàn)水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡,同時(shí)水體中觀賞動(dòng)物與觀賞植物也能達(dá)到景觀效果。投放種類有:烏鱧,選擇規(guī)格0.8~1.5 kg/尾,每畝(667 m2)投放2 kg;河蚌,選擇規(guī)格大于5 cm/只,25 m2投放1只;蘿卜螺,每180 m2投放1 kg;環(huán)棱螺,每180 m2投放2 kg;鲴魚,選擇規(guī)格0.8~1.5 kg/尾,每667 m2投放20 kg;花白鰱,選擇規(guī)格0.8~1.5 kg/尾,每667 m2投放20 kg。投放區(qū)域總面積84 000 m2。

        5)高效生態(tài)浮島。高效生態(tài)浮島技術(shù)通過增加有益微生物的附著面積,提高對有機(jī)污染物的分解,并利用浮島上的植被吸收氮磷營養(yǎng)元素,高效、快速地起到凈化水體的作用。為加大微生物附著面積,在河道內(nèi)安裝3 200 m2生態(tài)浮島,主要在陽堡堰至上游生態(tài)塘以及下游入河口處(圖2)。

        圖2 生態(tài)浮島放置區(qū)域

        6)增強(qiáng)型推流曝氣機(jī)。聯(lián)盟河下游水體流動(dòng)性差,易造成水體缺氧、發(fā)黑發(fā)臭;同時(shí),降雨后存在溢流污染,水質(zhì)超標(biāo),水體自凈能力變?nèi)?,恢?fù)時(shí)間較長。為增加水體的流動(dòng)性,增大水體復(fù)氧能力,提高水體溶解氧,在河道內(nèi)布設(shè)13臺(tái)1.5 kW增強(qiáng)型推流曝氣機(jī)(圖3)。增強(qiáng)型推流曝氣機(jī)利用推流、循環(huán)原理將微生物擴(kuò)散到水中,不僅能吸收、轉(zhuǎn)化、降解、清除水中的黑臭污染物,還能隨著循環(huán)水流到達(dá)池底,將底泥分解,解決河道清淤難題。

        圖3 推流曝氣機(jī)放置區(qū)域

        5 結(jié)語

        河道作為城市生態(tài)系統(tǒng)的一部分,其生態(tài)化治理是一項(xiàng)長期、艱難的系統(tǒng)工程。通過設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)等措施,模擬出適合生物生長的環(huán)境,為生活在水中、陸地的動(dòng)植物創(chuàng)造良好的生存環(huán)境,促進(jìn)其繁衍生息。同時(shí),還需要根據(jù)河道當(dāng)前現(xiàn)狀,合理選擇動(dòng)植物,形成生態(tài)系統(tǒng),重新構(gòu)建河道生態(tài)環(huán)境,能夠使得城市河道形成一個(gè)更為完善的整體?,F(xiàn)在我國的水體治理技術(shù)處于起步階段,對于水質(zhì)的改善和景觀的建設(shè)還存在著諸多問題,要重視綜合整治建設(shè)綠化河道,實(shí)現(xiàn)生態(tài)水系和城市河道發(fā)展的共同增長、共同改善。

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