廖遠(yuǎn)三 ,陳承勝 ,周?chē)?guó)靜

(1.溫州市龍灣區(qū)生態(tài)環(huán)境分局,浙江 溫州 325000;2.溫州蓮情水生花卉專(zhuān)業(yè)合作社,浙江 溫州 325000)

近年來(lái),浙江省為堅(jiān)決打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn),積極推進(jìn)農(nóng)田水環(huán)境治理,在全國(guó)率先開(kāi)展農(nóng)田溝渠水環(huán)境綜合治理探索,累計(jì)建設(shè)農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)300 多條,總長(zhǎng)超過(guò)370 km,覆蓋農(nóng)田面積約1.6 萬(wàn)hm2。在確保排水溝渠具有排澇、排漬或防治土壤鹽堿化等功能的基礎(chǔ)上,通過(guò)在溝渠中設(shè)置節(jié)制閘壩、攔水坎、集泥井、透水壩等輔助性工程設(shè)施,以及采用植物生物材料及配置植物群落等措施,強(qiáng)化溝渠對(duì)氮、磷等物質(zhì)的攔截凈化能力,農(nóng)田排水化學(xué)需氧量、總氮、總磷分別減少20%、30%及30%以上,有效改善了溝渠的生境條件,使田間溝渠的生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)和完善,構(gòu)建起優(yōu)美的田園生態(tài)環(huán)境[1-3]。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的有效實(shí)施和美麗田園建設(shè)的逐步推進(jìn),在農(nóng)業(yè)面源污染治理的同時(shí),農(nóng)業(yè)景觀設(shè)計(jì)的重要性逐漸凸顯。本文以溫州市龍灣區(qū)永興糧食生產(chǎn)功能區(qū)農(nóng)業(yè)園為例,就結(jié)合美麗田園景觀建設(shè)的生態(tài)攔截溝工程設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 工程概況

龍灣區(qū)永興糧食功能區(qū)位于溫州市的東大門(mén),片區(qū)糧食作物播種面積約782 hm2,主要種植苗木、蔬菜、水稻和瓜果,其農(nóng)藥、化肥使用量較大,是龍灣區(qū)的主要農(nóng)業(yè)園區(qū),也是美麗田園的重要組成部分。功能區(qū)內(nèi)有多條溝瀝和河道,涉及樂(lè)一、祠南、永樂(lè)、萼芳、榕樹(shù)下、樂(lè)二、永民等7個(gè)行政村,并與龍灣區(qū)國(guó)際機(jī)場(chǎng)相鄰,同時(shí)也是龍灣區(qū)主城區(qū)和新區(qū)空港區(qū)的溝通要道。2018 年以來(lái),為進(jìn)一步落實(shí) “藏糧于地、藏糧于技” 的戰(zhàn)略,高質(zhì)量推進(jìn)糧食生產(chǎn)功能區(qū)的建設(shè)保護(hù),將糧食生產(chǎn)功能區(qū)提標(biāo)改造項(xiàng)目納入空港都市休閑農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)村振興示范帶建設(shè),在生態(tài)攔截溝設(shè)計(jì)方面,既要在農(nóng)業(yè)面源治理上減少污染源排入河道,又要兼顧美麗田園的景觀建設(shè)的要求,實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村生態(tài)底色,讓城市居民更向往美麗田園。休閑農(nóng)業(yè)示范帶生態(tài)攔截溝工程1 (榕南瀝) 涉及水域面積12 804 m2,施工河長(zhǎng)1 067 m,綠化面積1 560 m2;生態(tài)攔截溝渠工程2 (大塘瀝) 建設(shè)溝渠長(zhǎng)度為1.2 km,寬8 m,施工面積約9 600 m2,綠化面積2 991 m2,施工范圍內(nèi)周邊匯入大塘瀝排水的農(nóng)田面積近20 hm2。

永興糧食功能區(qū)以雙季稻種植為主,亦有苗木、蔬菜、瓜果之類(lèi)。附近基本無(wú)居民居住,岸邊均為農(nóng)田。每到作物種植生長(zhǎng)季節(jié),農(nóng)田的農(nóng)藥殘留會(huì)排入溝渠。根據(jù)2018 年3—12 月及2019 年片區(qū)河道水質(zhì)的監(jiān)測(cè) (根據(jù) 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3838—2002) 顯示,區(qū)域范圍內(nèi)透明度、pH值、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧等指標(biāo)均較好,處于Ⅴ類(lèi)水以上水平,氨態(tài)氮、總磷在4—8 月偏高,是影響水質(zhì)的重要因素。

1.2 研究方法

在資料研究與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上,根據(jù)周邊環(huán)境、水環(huán)境現(xiàn)狀的分析,提出控制水污染生態(tài)攔截的總體構(gòu)思。在水生植物的選擇和搭配上,既要考慮凈化能力和景觀效果,又要考慮其對(duì)地域氣候的適應(yīng)性,并盡量培育搭配本土植物[4]。本生態(tài)攔截工程以原有溝渠及溝瀝、河道為支撐,工程項(xiàng)目主要包括浮水、挺水植物栽植,并建以生態(tài)透水壩、宣傳牌、設(shè)施固定器、香根草防護(hù)網(wǎng)、噴泉、電纜電器安裝系統(tǒng)等,輔以植物浮島、沉泥、反硝化除磷池,根據(jù)片區(qū)季節(jié)性農(nóng)作物面源污染 (水質(zhì)實(shí)測(cè)) 的情況,在生態(tài)植物基礎(chǔ)上,結(jié)合微生物吸附隔離技術(shù),控制片區(qū)農(nóng)田尾水入河污染濃度。其中,浮水植物以常綠香水蓮、印度紅、白睡蓮、藍(lán)色香水蓮、譚群為主,挺水植物栽植以香根草、再力花、翠蘆莉、美人蕉為主。

1.3 治理工藝

根據(jù)片區(qū)實(shí)地調(diào)查,生態(tài)攔截工程的治理方法主要采用微生物緩釋降解技術(shù)、生態(tài)浮島、景觀噴泉、生態(tài)透水壩、沉泥反硝化除磷池、香根草綜合治理技術(shù)多種技術(shù)綜合治理。

1.3.1 復(fù)合菌 (LQ-er 菌-固體菌) 緩釋降解污染物

復(fù)合菌緩釋降解污染物技術(shù)是將固定在特定載體上的特定復(fù)合菌緩慢釋放并快速、大量增殖,利用復(fù)合菌的新陳代謝降解污染物的生物技術(shù)。本方案通過(guò)常規(guī)水質(zhì)采樣分析,在生態(tài)溝攔截范圍內(nèi)實(shí)施復(fù)合菌種 (LQ-er 菌) 的輔助措施,復(fù)合菌通過(guò)水體流動(dòng)和水氣交換不斷散發(fā)進(jìn)入水體,并在水體中不斷繁殖,通過(guò)自身強(qiáng)大的有機(jī)物降解能力,快速降低溝渠水體中的有機(jī)污染物及N、P 等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這一技術(shù)有見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì),在農(nóng)業(yè)面源污染集中時(shí)段,可快速消解化學(xué)需氧量 (COD)、生化需氧量 (BOD) 和氨態(tài)氮,同時(shí)對(duì)底泥中有機(jī)物進(jìn)行有效分解,有利于恢復(fù)植物生長(zhǎng)環(huán)境。

1.3.2 生態(tài)浮島

生態(tài)浮島是一種針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的水質(zhì),利用生態(tài)工學(xué)原理,降解水中的COD、氮、磷含量的人工浮島,該措施對(duì)藻類(lèi)有很好的抑制效果。其對(duì)水質(zhì)凈化最主要的功效是利用植物的根系吸收水中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),使得水體的營(yíng)養(yǎng)得到轉(zhuǎn)移,減輕水體由于封閉或自循環(huán)不足帶來(lái)的水體腥臭和富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。植物的生長(zhǎng)繁殖過(guò)程需要大量營(yíng)養(yǎng),生態(tài)浮島植物根系在水中形成的富氧環(huán)境和根系表面生物膜能高效的降解水中COD、氮、磷的含量,而根系膜內(nèi)配合復(fù)合菌產(chǎn)生的多聚糖能有效吸附水中懸浮物。

大量在可控條件下的研究和基本處于靜態(tài)條件下的示范工程表明,在新的污染物不再進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)水體的前提下,采用生態(tài)浮島技術(shù)治理污染水體的效果是極其顯著的,對(duì)全氮 (TN)、全磷 (TP)、COD、BOD 等主要水質(zhì)指標(biāo)的去除率均能達(dá)到較高水平。其中,以種植一季夏季植物和生態(tài)浮島覆蓋率30%為例,在本底值TN、COD 分別為10 和50 mg·L-1以上時(shí),去除率一般在50%～80%。

生態(tài)浮島是受污染水體生態(tài)攔截中原位水質(zhì)改善中的創(chuàng)新技術(shù),其作用可以使受污染水體的透明度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及溶解氧等水體重要指標(biāo)得到改善,為受污染水體的生態(tài)攔截創(chuàng)造條件,在改善水質(zhì)的同時(shí),還可以增加生物多樣性,同時(shí)提升景觀效果。在水面上鋪設(shè)生態(tài)浮島,種植水生植物后逐漸會(huì)重新形成魚(yú)蝦、浮游生物等,最終產(chǎn)生如圖1所示的小型循環(huán)生物鏈,使水體得以凈化。

圖1 生態(tài)浮島設(shè)計(jì)的思路

1.3.3 景觀噴泉

噴泉曝氣機(jī)配置高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳在提水的同時(shí),充分?jǐn)嚢韬铀?令水層產(chǎn)生上下加速循環(huán),促進(jìn)水層的流動(dòng),從而使水體充分曝氣溶氧,除去水中的有機(jī)物質(zhì),增加水體的溶解氧含量,提高水體的自凈能力。有效抑制水華,防止非流動(dòng)性的水質(zhì)腐爛發(fā)臭,抑制蚊子孳生,消除黑臭現(xiàn)象,有效提高與改善水生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)攔截、水資源保護(hù)及水體凈化。噴泉曝氣機(jī)特有的造景功能對(duì)河道能提供裝飾作用,可提升河道景觀。

1.3.4 生態(tài)透水壩

生態(tài)透水壩應(yīng)用于處理農(nóng)村面源污染,在水力坡減小、河網(wǎng)密集的平原地區(qū),采用礫石和碎石在被污染的溝渠中人工壘筑壩體,再在壩體上配置對(duì)水質(zhì)有凈化作用的植物,結(jié)合快速滲濾原理和人工濕地原理,對(duì)污水進(jìn)行一定的凈化。因本工程以河道為支撐,結(jié)合功能區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,采用生物膜凈水柵欄進(jìn)行水體的攔截過(guò)濾,水底配置了級(jí)配碎石與菌窩,并用鍍鋅鋼管固定壩體。通過(guò)延長(zhǎng)水力停留的時(shí)間,促進(jìn)水中泥沙及營(yíng)養(yǎng)鹽的沉降,進(jìn)一步吸收、吸附、攔截營(yíng)養(yǎng)鹽,從而降低營(yíng)養(yǎng)鹽的含量,抑制藻類(lèi)過(guò)度繁殖,減緩富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程,從而改善水質(zhì)。

1.3.5 沉泥、反硝化除磷池

反硝化除磷技術(shù)是由反硝化聚磷菌 (DPB)在厭氧/缺氧 (A/A) 的交替環(huán)境中,通過(guò)其獨(dú)特的新陳代謝功能,達(dá)到過(guò)量吸磷和反硝化脫氮的雙重目的。作為一種新型高效低能耗的技術(shù),反硝化除磷成為近年來(lái)水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn),可在缺氧段無(wú)碳源的情況下進(jìn)行,不僅實(shí)現(xiàn)同時(shí)除磷脫氮,還克服了生活污水中基質(zhì)缺乏的問(wèn)題,尤其適用于高氮磷廢水及產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸潛力低的城市污水。本工程將沉泥、反硝化除磷池安裝在農(nóng)田排口處,使用管道將農(nóng)田排水接入處理池內(nèi),池內(nèi)安置生物膜凈水柵與菌窩,并投入沸石粉及菌種,在峰值時(shí)段,農(nóng)田污水進(jìn)入池內(nèi)可處理500 kg·h-1的量,同時(shí)在水面安裝生態(tài)浮島,種植具有強(qiáng)吸收氮磷作用的香根草,搭配翠蘆莉,同時(shí)起到豐富景觀的效果 (圖2)。

圖2 工程設(shè)計(jì)及實(shí)際建設(shè)效果

2 結(jié)果與分析

永興糧食生產(chǎn)功能區(qū)涉及河道有中橫河、五溪瀝、民樂(lè)瀝、永樂(lè)瀝、樂(lè)二瀝、樂(lè)一瀝等河道,2016 年以來(lái)均進(jìn)行了水質(zhì)檢測(cè),其中2016 和2017年為雙月檢測(cè),2018 年3 月后均為每月1 測(cè),檢測(cè)指標(biāo)包括總磷、氨態(tài)氮、高錳酸鹽指數(shù)、透明度和溶解氧。

由表1 可知,2016—2020 年,河道水質(zhì)的透明度、高錳酸鹽指數(shù)、氨態(tài)氮、總磷和溶解氧中,透明度、高錳酸鹽指數(shù)和溶解氧均相對(duì)穩(wěn)定,且均在Ⅳ類(lèi)水以上;氨態(tài)氮濃度雖逐年有所下降,但總體偏高,還需進(jìn)行重點(diǎn)處置。2016、2017 年,總磷濃度在Ⅴ類(lèi)水以上,2018 年后濃度降至Ⅳ類(lèi)水以上,需要一般治理。

表1 中橫河等河道2016—2020 年水質(zhì)檢測(cè)

2019 年初,在生態(tài)攔截溝建成后,選取氨態(tài)氮和總磷2 項(xiàng)指標(biāo),檢測(cè)攔截溝內(nèi)農(nóng)田排水口和尾水出水口水質(zhì)。根據(jù)水質(zhì)的分析,在設(shè)計(jì)施工中,除水生物常規(guī)配置外,項(xiàng)目增加了曝氣裝置和沉泥、反硝化除磷池及微生物緩釋降解技術(shù)等輔助裝置。由表2 可知,生態(tài)攔截溝建成后,在河水相對(duì)靜態(tài)條件下,氨態(tài)氮實(shí)際去除率達(dá)58%、總磷去除率達(dá)69%以上,攔截溝尾水出水口的氨態(tài)氮和總磷含量較排放口大大下降,可見(jiàn)攔截溝對(duì)水質(zhì)的改進(jìn)效果很好。

表2 2019 年生態(tài)攔截溝1 進(jìn)出水質(zhì)檢測(cè)

2021 年12 月,根據(jù)水功能區(qū)排放的要求,業(yè)主方委托第三方對(duì)生態(tài)攔截溝出水口河道 (冬季農(nóng)田排入口幾無(wú)排水) 水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果顯示,氨態(tài)氮、總磷去除率分別為0.191 和0.05 mg·L-1,生態(tài)攔截時(shí)間越長(zhǎng),氨態(tài)氮、總磷去除率就更高。類(lèi)似的攔截工程,在碧湖鎮(zhèn)缸窯村建設(shè)的氮磷生態(tài)攔截溝渠的監(jiān)測(cè)分析表明,農(nóng)田水源化學(xué)需氧量和養(yǎng)分流失氮、磷的濃度分別減少30%、40%和40%以上[4],說(shuō)明不同地區(qū)的生態(tài)攔截溝渠工程對(duì)河道水質(zhì)改善均有明顯的效果,本設(shè)計(jì)工藝具有較好的科學(xué)實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

3 討論

該片區(qū)主要為農(nóng)田范圍,除了實(shí)施生態(tài)攔截溝建設(shè)外,也加強(qiáng)了其他農(nóng)業(yè)面源污染措施整治。就總體情況看,片區(qū)河道水質(zhì)逐年完善。從水質(zhì)的幾個(gè)指標(biāo)來(lái)看,片區(qū)河道的透明度、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧含量基本穩(wěn)定,且達(dá)到Ⅴ類(lèi)水以上,氨態(tài)氮指標(biāo)相對(duì)偏高,需要加強(qiáng)對(duì)氨態(tài)氮的研究處理。

按照 《浙江省農(nóng)田面源污染控制氮磷生態(tài)攔截溝渠建設(shè)技術(shù)規(guī)范》,采用以傳統(tǒng)水生植物治理為主,輔助于生物菌、生態(tài)浮島及曝氣裝置,有利于更好的控制生態(tài)攔截溝的出水水質(zhì),生態(tài)攔截和景觀提升相結(jié)合,同時(shí)也有助于突破工程維護(hù)、項(xiàng)目運(yùn)行機(jī)制、經(jīng)費(fèi)來(lái)源等瓶頸,從而更好地推動(dòng)農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)的建設(shè)落地與應(yīng)用。

該片區(qū)為美麗田園,也是溫州城區(qū)的網(wǎng)紅打卡點(diǎn)之一,生態(tài)攔截溝建設(shè)需要考慮田園觀光需要。貫徹生態(tài)、環(huán)境和景觀功能三者兼顧的理念,因地制宜,結(jié)合現(xiàn)代休閑觀光農(nóng)業(yè)的需求,推進(jìn)美麗田園景觀實(shí)施生態(tài)攔截溝渠工程對(duì)于鄉(xiāng)村振興發(fā)展的促進(jìn)作用,有利于發(fā)揮生態(tài)攔截溝的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)層面的綜合效益。