張瑞斌

（1.江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)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(lái)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(duì)太湖流域水環(huán)境和湖體富營(yíng)養(yǎng)化改善具有重要的意義。本研究通過(guò)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(guò)對(duì)西渡河的水質(zhì)現(xiàn)狀及區(qū)域狀況分析，對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)征河、東橫蕩河，支浜長(zhǎng)度分別為2.3km、1.8km、1.2km、7.8km，總長(zhǎng)為13.1km。

西渡河位于宜興市丁蜀鎮(zhèn)，全長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)化水體與濁水藻水體之間變換。河流穿過(guò)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(guò)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(shì)，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(gè)采樣點(diǎn)，同時(shí)為對(duì)比與烏溪港的差異，在西渡河匯入烏溪港的下游（4#采樣點(diǎn)）設(shè)置采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)烏溪港水質(zhì)狀況（監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)見圖1）。

圖1 西渡河地理位置及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示西渡河各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)基本無(wú)很大差異。烏溪港處即監(jiān)測(cè)站點(diǎn)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(guò)程良好。同時(shí)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(duì)西渡河的污染特征和水體的功能要求，設(shè)計(jì)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(yíng)養(yǎng)鹽，強(qiáng)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(jì)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(kù)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(zhǎng)，為水生植物與水中微生物在水體有氧—缺氧條件下的生長(zhǎng)提供條件，又可以根據(jù)河、湖、水庫(kù)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(dòng)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(zhǎng)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(guò)生物氧化作用，將廢水中的有機(jī)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(zhǎng)的掛膜材料[8]；根據(jù)微生物生長(zhǎng)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(shí)，微生物掛膜的生物量、掛膜速率和對(duì)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(duì)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(qiáng)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(zhǎng)，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(qiáng)化凈化西渡河水體中的氮、磷營(yíng)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(zhǎng)季節(jié)、存活難易、土著種類、景觀效果、后續(xù)管理、長(zhǎng)效管理及水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果等綜合因素，選擇對(duì)TN、氨氮、總磷處理效果好的水生植物，同時(shí)選擇挺水植物、沉水植物、浮水植物相結(jié)合進(jìn)行配置。對(duì)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(duì)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(guò)渡層、溢流層、穩(wěn)定層四個(gè)部分，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)動(dòng)力運(yùn)行，降低了建設(shè)成本，具有很好的針對(duì)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(jì)流程為首先勘測(cè)筑壩地址的地形條件和查詢水文氣象資料或其他設(shè)計(jì)資料，得到生態(tài)透水壩的幾何參數(shù)和設(shè)計(jì)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(shí)間，然后進(jìn)行生態(tài)透水壩進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，選擇合適的礫石級(jí)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(duì)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(píng)價(jià)；2）在對(duì)處理效果分析評(píng)價(jià)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(gè)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。

[1]Stottmeister U, Wiener A, Kuschk P, et al.Effects of plants and microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment [J].Biotechnology Advances,2003,22 ：93-117.

[2]Zhang,M.et al.Magnetically ultraresponsive nanoscavengers for next-generation water purification systems. Nature Communication 2013，4：1866.

[3]王亞艷，張劍剛，倪鵬平，等.原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)在城市河道中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2015，33（3）：11-16.

[4]盧進(jìn)登，帥方敏，趙麗婭,等.人工生物浮床技術(shù)治理富營(yíng)養(yǎng)化水體的植物遴選[J].湖北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，27（4）：402-404.

[5]劉雯，丘錦榮，衛(wèi)澤斌.植物及其根系分泌物對(duì)污水凈化效果的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009，3（6）：971-975.

[6]常冠欽，宋存義，汪莉，等.生態(tài)床系統(tǒng)處理生活污泥的研究[J].環(huán)境工程，2004，22（5）：80-82.

[7]常會(huì)慶，寇太記，喬鮮花，等.幾種植物去除污染水體中養(yǎng)分效果研究[J].水土保持通報(bào)，2009，29（5）：118-122.

[8]趙慶良，溫鵬震，王琨，等.氣浮-水解酸化-生物接觸氧化工藝處理乳飲料廢水[J].水處理技術(shù)，2008，34（12）： 89-92.

[9]張輝，溫東輝，李璐，等.附加回流的生物接觸氧化工藝凈化滇池大清河水質(zhì)的示范工程研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009，3（2）：199-204.

[10]李艷楓，劉凌，陳寧，等.一種新型的復(fù)合生態(tài)浮床及其對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響[J].水資源保護(hù)，2014，30（2）：46-50.

[11]李濤，周律.濕地植物對(duì)污水中氮、磷去除效果的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程，2009，27（4）：25-28.

[12]劉婭琴，鄒國(guó)燕，宋祥甫，等.不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水體中生態(tài)浮床對(duì)浮游植物群落的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015， 4：37-42

[13]李建娜，胡曰利，吳曉芙，等.人工濕地污水處理系統(tǒng)中的植物氮磷吸收富集能力研究[J].環(huán)境污染與防治，2007，19（7）：505-509.

[14]黃亮，黎道豐，蔡慶華，等.不同水生植物對(duì)滇池入湖河道污水凈化效能的比較[J].生態(tài)環(huán)境，2008，17（4）： 1385-1389.

[15]田猛，張永春.用于控制太湖流域農(nóng)村面源污染的透水壩技術(shù)試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（10）：1665-1670.

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(xiàng)目(BK20140603)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)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(xiàng))。