城市河道外循環(huán)復氧生態(tài)修復技術
——以蘇州道官瀆花園內河為例

胡 瓊 張宇灝 邱 玉 孫朝霞

（1南京翰博翠景環(huán)保科技有限公司 江蘇南京 210000 2南京第一中學 江蘇南京 210000 3中國藥科大學 江蘇南京 210000 4清華大學環(huán)境學院 北京 100000）

引言

蘇州地處江南水網(wǎng)地區(qū)，境內河港交錯，湖泊星羅密布，水面積3609.4平方千米，占總面積的42.5%,素有“東方威尼斯”之稱。但隨著蘇州市經濟的快速發(fā)展，全市許多河道先后遭到不同程度污染，其中部分水體自凈能力差，河道生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，水體常年呈墨綠色或乳白色，出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，嚴重影響了城市的生態(tài)文明建設。

本文對河道外循環(huán)復氧生態(tài)修復技術進行探討，為建設生態(tài)文明城市提供技術保障。

1 蘇州城市河道污染特征及河道污染對生態(tài)環(huán)境的影響

城市河道兩側建筑密集、流動人口多、基礎設施不完善，入河污染源來源多、位置分散、成分復雜、排放時間規(guī)律不強，盡管單個排放口排放量少，但污染源總體污染負荷較大，對水環(huán)境沖擊較大。

其中部分河流水體滯流，缺乏補充水源，水體自凈能力差，河道生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，導致水體常年呈墨綠色或乳白色，出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，同時水體景觀功能喪失。

2 蘇州城市河道外循環(huán)復氧生態(tài)修復設計

2.1 設計思路

城市河道外循環(huán)復氧生態(tài)修復以系統(tǒng)性河道水質恢復技術體系建設為核心，以控源減負、水動態(tài)調控、快速凈化和生境營造為重點。

2.2 生態(tài)修復功能性植物選擇

2.2.1 選用原則

植物選用具有良好的生態(tài)適應能力且篩選凈化能力強的物種；生長量較小，易于管理；不引入外來物種，選用當?shù)靥烊缓恿髦写嬖诘闹参颷1]。

2.2.2 配置選擇

蘇州城市河道生態(tài)修復可采用的物種有：水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜、睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草、金魚藻等[2]。

3 蘇州城市河道外循環(huán)復氧生態(tài)修復技術示范應用

3.1 示范工程區(qū)概況

官瀆花園內河，位于蘇州城北部，屬太湖流域，河道走向基本為東西向，總長度500米，流域面積約22公頃，河面寬15～20米，河底高程0.5米（吳淞）。根據(jù)水質監(jiān)測數(shù)據(jù)可確定為劣Ⅴ類水體（見表1），同時因水流不暢、水體自凈能力差、生態(tài)系統(tǒng)退化，再加上水體污染物來源及構成復雜、污染物長期累積，使得河道景觀功能喪失，嚴重影響周邊居民生活環(huán)境，降低居民生活質量。

表1 2017年3月至2017年7月監(jiān)測數(shù)據(jù)表

3.2 示范工程區(qū)污染現(xiàn)狀分析

3.2.1 底泥污染嚴重

河床淤泥深度0.3-1.2米，含大量有機污染物，長期未進行清淤。

3.2.2 水生生物多樣性低

以寡毛類顫蚓、水絲蚓以及腹足類環(huán)棱螺等耐污物種為主。

3.2.3 固體污染物的進入

河道內沉積了相當數(shù)量的建筑和生活垃圾，同時泄洪功能受到較大影響。

3.2.4 生活污水的進入

沿河居民網(wǎng)點的生活污水因未接入規(guī)劃的市政管道，未經處理就直排入河。

3.2.5 水體黑臭且富營養(yǎng)化

水體濁度很高，COD超過85mg/L，氮磷濃度非常高，污染物嚴重超標；水體黑臭嚴重，且污染呈加重趨勢。

3.3 示范工程設計與實施

本工程包括河道污染源控制、河道清淤、表流型濕地建設、外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)建設。首先改造河道周圍排污管道將其接入市政污水系統(tǒng)；同時對河道進行清淤，將污水引入濕地，通過功能性植物初步處理[3]；其次，再泵入外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)造好氧環(huán)境，利用硝化菌等好氧微生物降解污染物，裝置上部功能性植物吸附去除氮、磷等，逐漸恢復水體自凈能力，綜合提高系統(tǒng)處理效果。

具體流程如下：

圖1 流程圖

3.3.1 控制污染源

改造項目東側現(xiàn)有污水管道，引外源污染物入市政污水管網(wǎng)；無法接入污水管網(wǎng)的排污口，分散布置引入水體，減少負荷沖擊。

3.3.2 河道清淤

與食品廠基建部門對接，進行淤泥堆放場地施工，展開官瀆花園內河清淤作業(yè)，總清淤量約2000立方米，泥漿（泥水混合物）約6000立方米，建筑和生活垃圾800立方米。

3.3.3 濕地系統(tǒng)

建設600平方米的濕地系統(tǒng)，篩選培育特種功能性植物處理現(xiàn)有水體，保持河道泄洪功能，提高景觀水平。進行河道淺表層的污染物吸收與水質進化。

經試驗種植和篩選，確定了漂浮植物為當?shù)厮鄄?；根莖、球莖及種子植物為荷花、睡蓮、菱角、荸薺；挺水草本植物為茭草、香蒲、水蔥；沉水植物為金魚藻。外循環(huán)復氧生態(tài)系植物選擇同濕地系統(tǒng)。

3.3.4 外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)

建設總容量210立方米的復氧生態(tài)基質工程，鋪設復氧管道1400米，定制復氧控制單元60個，采購潛水泵12臺，設計控制終端12個；培育配套功能性植物300平方米，水面功能性植物500平方米。

核心裝置“外循環(huán)復氧生態(tài)處理器”設計為淺層或者多層結構，填料采用高吸附性基質，如高分子填料、改性硅藻土等，根據(jù)處理水質特點進行針對性選擇配比，每一層中按顆粒大小級配分層鋪砌，增加比表面積（設計填料比表面積為800～1200平方米/立方米），增加待處理水與氧氣接觸面積，同時創(chuàng)造生態(tài)島嶼。在裝置后端安裝復氧控制單元增加處理水體溶解氧含量。

（1）單組系統(tǒng)示意圖：

圖2 單組系統(tǒng)示意圖

（2）剖面示意圖：

圖3 剖面示意圖1

圖4 剖面示意圖2

圖5 剖面示意圖3

（3）過濾池示意圖：

圖6 過濾池示意圖

（4）外景示意圖：

圖7 外景示意圖

3.4 示范工程效果分析

3.4.1 工程試驗效果

水樣取樣點：外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)出口位置河流斷面；

采樣頻次：15天/次；

化驗監(jiān)督項目有：DO、氨氮、TP、CODCr、pH[4]；

驗收參考指標：DO≥2mg/L、氨氮≤2mg/L、TP≤0.4mg/L、CODCr≤40mg/L、pH=6-9。

圖8 水質監(jiān)測指標變化趨勢圖（一）

圖9 水質監(jiān)測指標變化趨勢圖（二）

根據(jù)圖8和圖9顯示，經過7個月的生態(tài)修復后，治理后的平均DO、氨氮、TP、CODCr、pH均已經合格，達到Ⅴ類水質標準和污水綜合排放一級標準[5]；符合設計預期，并滿足景觀水質要求。

3.4.2 工程試驗能耗對比

從不同工況下測試數(shù)據(jù)可以看出，雖然處理后水體要求不同，但相比傳統(tǒng)生物處理技術，該系統(tǒng)具有高效、低能耗、快速消除河道水體中污染物的優(yōu)勢。

表2 工程試驗耗能對比表

3.4.3 討論與分析

（1）通過外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)建立了高效、低能耗的生物生態(tài)組合凈化系統(tǒng)，示范工程官瀆花園內河河水黑臭現(xiàn)象得到根本控制，水體主要指標達到規(guī)劃標準，魚類開始大量出現(xiàn)。

（2）從分析數(shù)據(jù)可知水體溶解氧不斷提高，化學需氧量、氨氮、總磷得到控制并呈現(xiàn)下降趨勢。隨著外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)的不斷“成長”，生態(tài)系統(tǒng)中的分解者、生產者、消費者生態(tài)循環(huán)建立，各技術單元協(xié)同發(fā)揮作用，水體自凈能力進一步增強，效果會更加明顯。

（3）外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)，為單元組合式結構，形態(tài)可變性較強，能夠將處理器根據(jù)污染源類型、總量和河岸特點，設計建設成地下式、懸掛式和復合式結構，與河道周圍環(huán)境融為一體。

3.5 結論

本示范工程的成功實踐，表明城市河道中的“黑臭河”可以采用外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)進行治理。外循環(huán)復氧生態(tài)系統(tǒng)中復合型填料與污水充分接觸，勢能復氧接近飽和，功能填料為硝化菌等好氧微生物建立了高密度富集生態(tài)“島嶼”，高效率分解水中污染物；再由根部毛細作用將污水中氮、磷輸送給處理器上部植物，進一步去除氮、磷污染物。由此實現(xiàn)重污染河道水體的生物凈化和生態(tài)恢復，提高水體自凈能力。

結語

本文介紹了外循環(huán)復氧生態(tài)修復技術主要內容及其應用案例。該技術能有效改善城市河道水質，恢復河道自凈能力，滿足城市居民親水愿望，提高河流的生態(tài)價值，改善人居環(huán)境質量，實現(xiàn)與自然、人文景觀高度友好和諧。