黑臭水體生物治理與生態修復的實踐探討

薛 蓮

(無錫市水利設計研究院有限公司， 江蘇 無錫 214000)

黑臭水體生物治理與生態修復的實踐探討

薛 蓮

(無錫市水利設計研究院有限公司， 江蘇 無錫 214000)

生物修復是指通過特定的生物清除、吸收、降解或轉化污染物，使受污染的環境可以完全恢復到原始狀態。當前在對受到污染的水體進行修復時主要采用化學修復技術、生物修復技術和物理修復技術，其中生物修復技術具有生態節能、環境友好等優點，是一種應用前景廣闊的生態修復技術。本文以江蘇省無錫市濱湖區為例對黑臭水體形成的原因進行了分析，然后提出了生態修復設計理念，并重點從水質凈化、水體生態系統構建兩個方面對生態修復措施進行了討論，希望能為接近條件的城市河道治理提供參考。

黑臭水體； 生物治理； 生態修復； 實踐

1 工程概況

江蘇省無錫市濱湖區隸屬太湖流域區域，境內河網密布，地表水系發達。其中流經濱湖區的河道除京杭大運河、梁溪河、罵蠡港等省、市級河道外，更多的是區級以下河道，這類河道有數百條之多。這些密布于居民聚集區的眾多河流和小河浜，對濱湖區的經濟和社會可持續發展以及人民群眾的生活質量產生著重要影響。由于濱湖區水域眾多、水網密布、水污染矛盾長期積累，部分河道周圍生活污水、企業生產污水直接排入河道，河道水體黑臭現象十分嚴重。根據濱湖區對區域河道現狀全面徹底的調查，全區共有11條河道(段)黑臭現象非常明顯，黑臭程度也十分嚴重，亟待整治的問題也非常嚴峻。

2 河水黑臭原因分析

a.雨污水排放影響。沿線雨水管有排放生活污水及居民公廁有外溢風險，以及梁溪區范圍的蘆莊小區居民生活污水均易造成圩灣里浜水體水質惡化。

b.底泥污染。圩灣里浜河道內底泥淤積情況較為嚴重，河道范圍于2012年、2013年進行過清淤作業，但由于河道為斷頭浜，并且受河道斷面窄小影響，河道水體流通不暢，淤積較重。現場調研結果表明，河道內淤積較為嚴重，加之生活污水直排，造成該區段淤積情況尤為嚴重，底泥厚度達30～150cm，在夏季高溫季節淤泥上浮造成河道黑臭。

c.河道單一，生態自凈能力差。由于河道水體污染嚴重，河道生態系統遭到破壞，河道內水體單一，自凈能力差。

3 生態修復設計

完整的生態系統主要由生產者、消費者和分解者組成。對于水生態系統來說，生產者主要由小型藻類、大型水生植被構成；消費者主要是由各種底棲動物、魚類和浮游動物構成；微生物則是水體中的分解者，可以將水中各種污染物和動植物殘骸分解成礦物質、CO2、水等小分子化合物，這些小分子化合物重新回到環境中成為生產者進行光合作用，如此循環、周而復始，而河道水質變臭主要是因為積累了過多的污染物或營養物質[1]。生態凈化系統的設計主要是按照生態原理建立多層次水生生物系統，并建立食物鏈，對營養物和污染物進行降級、固定和轉移，并在這個過程中達到凈化水質的目的。建立生態系統的重點是建立完善的水生植物(生產者)、水生動物(消費者)和微生物系統(分解者)，并形成良性關系。生態系統原理如圖1所示。

圖1 生態系統原理

4 水質凈化

4.1 營造生物環境

本項目可利用西側滾水壩進行短時間的降水，將水位降至適宜施工位置，對沉積在河道底部的垃圾和淤泥進行清理及改良。項目水系為淤泥底，為后期水生動植物營造生境條件，需要對河底進行底質改良。對水系內淤泥淤積較厚的區域進行清淤，移至其他區域，保證水體有一定的深度，考慮到后期沉水植物的恢復，需要保證河道底部20cm的淤泥厚度。同時，現河道有大量藻類，需要進行控藻措施，保障后期水體生態系統的長期穩定，通過利用微生物菌劑對底泥消毒、活化、預處理等，以實現改善底質 pH，增加土壤中水生動植物生長發育所需要的常量元素和微量元素，以及降低有害物質含量等作用，起到除害殺菌、施肥、改善底質等方面效果，有效活化底泥，使其適宜沉水植物生長和恢復[2]。在河道內有橋梁兩處，結合橋洞構建生物基網系統，橋寬約10m，雙向攔網設計增加系統比表面積，生物基網攔截系統40m2，生物基網設計與水面同高，底部用20cm×20cm石籠固定，兩端利用木樁加固。

4.2 處理污水口

污水口處設置能夠吸附降解污染物濃度的“生態圍隔 +生態浮毯+生物基”系統對污染進行初步凈化處理，削減部分污染物，在河道接受新污染時具有緩沖作用。根據污水口分布及河道寬度情況，設計污水口規格為2m×10m×1.5m，保證污水在圍隔內的停留時間，提升凈化效果。污水口內部生物基設置在水面0.5m以下水域，生物基相鄰帶間相隔1m。單個的生態基通過底部固定在一起形成生態基片，相鄰生態基單體間距為0.15m，高度1.0m。根據污水口個數及形態，需要建立生物基網90m2，生物基100m2，系統植物100m2(系統植物以粉綠狐尾藻及香菇草為主)。

4.3 提升河水透明度

根據項目現場勘查，本項目治理河道為封閉型水系，水體渾濁，透明度低，不利于水生動植物的恢復，故生態系統構建首先要對水體透明度進行提升。影響水體透明度的因素主要為藻類及懸浮物含量，故水體透明度提升需要針對水體藻類及懸浮物含量進行削減[3]。在水體大量培養食藻性浮游動物，采用“經典生物操縱”理論控制水體中藻類數量。根據河道水質葉綠素含量，設計項目河道投放浮游動物50L。

4.4 生態浮床凈化系統構建技術

生態浮床技術是應用無土栽培的原理，利用可漂浮在水面并能夠承受較大重量的生態浮板作為載體，通過水生植物(挺水植物如美人蕉、梭魚草等，浮葉植物如香菇草、粉綠狐尾藻等)深入水中強大根系的吸收、吸附、截留作用，物種競爭相克的機理，以及微生物的生化降解等作用，消減發黑發臭水體中的N、P及有機物質，并以收獲植物體的形式將其撤離水體，從而達到凈化水質的效果[4]，原理如圖2所示。

圖2 生態浮床凈化系統原理

圩灣里水系以木樁駁岸及垂直硬質駁岸為主，景觀性差，岸邊水深較深，挺水植物難以生長，根據人為活動區域及景觀節點考慮，在貢湖大道東側水系及西側近橋區域間隔設置帶狀生態浮床，起到凈化水質、軟化駁岸、提升景觀的作用。

貢湖大道東側水系面積約為890m2，河岸線長約100m，設計生態浮床100m2，西側在近橋景觀節點處，設計生態浮床60m2，保障人居活動區域景觀效果，增加河道親水性。浮床設計長條型，單個面積約為10m2，可疊加增加景觀層次感，保障岸線處處有景。

5 水體生態系統構建

5.1 沉水植物群落構建

根據水生植物對氮素、磷素等營養的吸收作用和對重金屬離子的富集作用，結合河道的水質、水位及底質等情況，需要在河道構建沉水植物群落，根據水質情況選擇沉水植物品種，選擇凈水能力強、景觀效果好的矮生耐寒苦草、刺苦草、輪葉黑藻。沉水植物構建采用群落間植的方式，以提高凈水的綜合效率，恢復和重建水體食物鏈，強化水體污染物的分解和氮磷等營養鹽的去除，提升水體免疫力和自凈能力[5]。沉水植物根系固定底泥，可有效防止底棲動物對底泥的擾動，而導致底泥中的污染物重新釋放到上覆水體中，造成水體的二次污染。

項目河道總面積為3460m2，根據消除黑臭的設計目標和沉水植物削減能力計算及項目實際情況，在截污完成后，設計恢復沉水植物2076m2，約為河道總面積的60%。本案水體設計水深約2.0m，冬季氣溫較低，根據水生植物的生長特性，淺水區主要以矮生耐寒苦草為主，深水區輔以刺苦草、輪葉黑藻構建沉水植物凈化體系，打造層次豐富的水下景觀。

5.2 大型挺水植物系統構建

根據河道的駁岸和水位情況，對河道內的水生植被進行恢復。在貢湖大道西側木樁駁岸段，河道自然護坡水路交接處，設計大型挺水植物構建濱水景觀帶，植物主要選擇品種有蒲葦、旱傘草、美人蕉、黃菖蒲等可適應旱地生長的挺水植物，保證植物存活率。在橋下景觀節點處點綴部分浮葉植物，以睡蓮為主，增加水生植物層次，形成景觀焦點。由于河道駁岸、水體參數及水生植物生長習性限制，本項目挺水植物恢復面積有限，故設計恢復挺水植物400m2，浮葉植物150m2，如圖3所示。

圖3 水生植物恢復技術設計

5.3 水生動物恢復

水生動物的放養將充分考慮水生動物物種的配置結構，合理選擇放養模式。故根據水體類型建議恢復類型以底棲動物為主，構建平衡穩定的生態系統(水生動物對環境要求較高，本項目建議在水體水質達標后，恢復水生動物系統)。底棲生物的放養種類主要以濾食性的雙殼類和刮食性的螺類為主。底棲動物密度以20～40g/m2為宜，螺貝類適宜比為3∶1。按河道總面積3460m2計算，根據河道類型取密度為30g/m2，故需要投放環棱螺78kg，河蚌26kg。

6 結 語

濱湖區通過采用生物治理措施進行治理后，取得了良好的水體生物治理效果和生態修復效果，處理效果穩定。工程治理期間水面清澈干凈，沒有出現浮萍、藻類等漂浮物聚集的情況，消除了河水黑臭的問題，挺水植物和沉水植物生長狀態良好，提高了河道的自凈能力，達到消除黑臭的設計目標。

[1] 王英才，劉永定，郝宗杰，等.上海市幾條黑臭河道治理效果的比較與分析[J].水生生物學報，2009，33(2):355-359.

[2] 陳偉，葉舜濤，張明旭.蘇州河河道曝氣復氧探討[J].給水排水，2001，27(4):7-9.

[3] 諶偉，李小平，孫從軍，等.低強度曝氣技術修復河道黑臭水體的可行性研究[J].中國給水排水，2009，25(1):57-59.

[4] 沙昊雷，章黎筍，陳金媛.常州市白蕩浜黑臭水體生態治理與景觀修復[J].中國給水排水，2012，(14):165-167.

[5] 沈士華，朱弘，董鑄梁.浙江余杭濕地生態修復現狀及技術措施[J].濕地科學與管理，2012，(3):54-56.

Discussion on biological treatment and ecological restoration practice of black and odorous water

XUE Lian

(WuxiWaterConservancyDesignInstituteCo.,Ltd.,Wuxi214000,China)

Biological restoration means polluted environment can be restored to the original state fully through specific biological removal, absorption, degradation and transformation of pollutants. Chemical remediation technology, bioremediation technology and physical remediation technology are adopted mainly at present when polluted waters are restored, wherein bioremediation technology has the advantages of ecological energy saving, environmental protection, etc. It is an ecological restoration technology with wide application prospect in the future. In the paper, Binhu District is regarded as an example for analyzing the reasons of forming black and odorous water. Then, the concept of ecological restoration design is proposed. Ecological restoration measures are discussed mainly from two aspects of water purification and water ecological system construction. It is expected that the paper can provide reference for controlling urban water channels approaching to conditions.

black and odorous water; biological treatment; ecological restoration; practice

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.03.012

TV213.4

A

2096-0131(2017)03- 0038- 04