水生態修復技術在城市河道污染治理工程中的應用

王睿，譚映宇，王震，李亞，任旭鋒，徐佳佳

(浙江省生態環境科學設計研究院，杭州 310007)

近年來，隨著我國經濟的發展以及城市化和工業化進程的不斷加快，人民的生活水平不斷提高。然而由于河道流域產業結構和布局不合理及人們對環境認識的不足，使得大量未經處理或者處理后未達到排放標準的城市污水排入城市內河中，超出了河道水體的自凈能力，導致水體發黑發臭，嚴重影響了城市水體的景觀和人民生活[1]。國內外諸多學者對城市河道治理技術進行了探究，取得了一系列成果，目前仍在進一步探索中[2-9]。

河道生態修復是利用生態學原理和技術，通過河道水污染控制、水量和水流態的調節，以及河道河底和岸坡形態結構的生態改造，恢復河道生物多樣性，重建河道生態系統的結構和功能，使之達到良性的自然生態平衡[10]。水生生態系統修復技術如人工曝氣可提高水體中的溶解氧(DO)含量，提高水體的自凈能力，促進水體生態系統的恢復[10]；生態浮床不僅可以提高水體的凈化效果還可以增加水體的景觀效果[11-13]；微生物強化技術可以加強微生物降解污染物的能力。我們綜合這些技術對溫瑞塘河—豐湖河的水環境生態修復進行了應用研究。

溫瑞塘河(環城河)整治是浙江省“811”環境保護新三年行動計劃之一，而在溫瑞塘河(環城河)進行生態修復工程試點是溫瑞塘河(環城河)整治的內容之一。豐湖河是溫瑞塘河(環城河)的一部分，兩岸居民密集，是城市重要的景觀河道，是人們重點關注和政府重點治理的河道之一，同時豐湖河下游有益民水閘控制，具有一定的獨立性。根據瑞安市環境監測站以往的監測結果，該河段中超標較為嚴重的水質指標分別是NH3-N、DO、BOD5和石油類，水質類別為劣Ⅴ類，水污染特征為有機污染，主要的污染來源是沿河居民排放的生活污水。該試點工程于2009年清淤并進行河道保潔后，豐湖河的水質相對有所改善，但松甬河河段水質在未補水或降雨較少的情況下，水體水質惡化速度明顯，黑臭現象尤為嚴重。因此，對受污染的豐湖河水體進行治理修復是瑞安市生態環境建設的迫切需要。

1 材料與方法

1.1 生態修復技術

豐湖河位于瑞安市舊城區玉海街道轄區內，工程河段從益民水閘至兩面河交匯口，全長約740m，河段水深平均約2.0m，河寬6m～15m；其支流松甬河河長280m，河寬4m～30m。工程河段內淤泥已于2009年完成疏浚，疏浚后的河底高程平均為0.7m(黃海高程)。

為了選擇適合豐湖河水環境生態的修復措施，在實地調研的基礎上，通過對國內成功案例的實地踏勘、專家咨詢等多種途徑，聯合多家在水體修復領域有較好經驗和技術專長的企事業單位，制定豐湖河的治理方案為生態浮床+微孔曝氣+微生物組合技術。該技術利用微孔曝氣提高水體DO，利用微生物來降解水體中的污染物，利用浮床提高水體凈化能力并增加水體的景觀效果，通過三種方法的共同作用來改善水質。

1.1.1 微生物處理技術

微生物處理技術是利用投加微生物的方法來消除水體中有機污染及水體富營養化。本次工程采用的是河海大學自主研發的“本源微生物菌劑及XL生物促進劑”。該菌種具有除臭效果明顯、削減污泥能力強、施工簡便等優點。根據實驗室模擬結果和現場經驗，在被治理河道投加本源微生物菌3.1t，XL促進劑1.5t。

1.1.2 曝氣復氧技術

河道曝氣復氧技術是人工向水體中充入空氣或氧氣，加速水體復氧過程，以提高水體DO濃度的技術。該技術具有削減底泥、抑制藻類、消除水體黑臭等功效。根據河流富氧公式計算和實地工程經驗，本次工程人工曝氣充氧選用的曝氣量為6.92m3/min，同時考慮風機運行時受到的水深壓力和管道的沿程阻力，選用風機的升壓為39.2kPa，據此選用的風機型號為MFSR100。另外，考慮到風機運行的實際狀況，風機選用2臺(1用1備)。

1.1.3 生態浮床技術

生態浮床是指將植物置于浮在水面的床體上，利用植物根系吸收水體中的污染物質從而達到凈化水體的目的。生態浮床不僅能夠吸收氮、磷等營養物質，而且還具有一定的景觀美化作用。本次工程設計浮床的種植面積為500m2，其中挺水植物浮床300m2，浮水植物浮床200m2；覆蓋面積比純植物措施覆蓋面積要小，約占總水面面積的8%左右。浮床以長方形和六邊形為主，沿河岸間隔排列。本次方案中使用的植物是浮水植物粉綠狐尾藻和圓幣草，挺水植物為黃菖蒲、常綠水生鳶尾和美人蕉。

1.2 取樣及分析方法

1.2.1 取樣方法

試點河道共布設了六個監測斷面，分別為1#廣場路(河段外上游的對比斷面)、2#電業局、3#豐湖橋、4#豐湖街支流、5#環城路東側和6#白巖橋，采樣點分布見圖1。監測時間除了2010年7月20日所取的背景樣以外，還在工程建設過程中以及完工后進行了取樣分析，具體時間分別為2010年11月8日、11月11日、12月9日、12月27日、2011年1月11日、2月22日、3月23日、4月27日、5月25日、6月30日、7月26日和8月31日。監測指標為CODMn、NH3-N、DO、色度及對水體感官五項，其中色度和感官變化的測定為試點河道全河道監測，CODMn、NH3-N和DO的測定位于3#豐湖橋，此處有一個瑞安市環境監測站在豐湖河設置的常規監測斷面(單月監測)。

1.2.2 分析方法

CODMn的測定采用高錳酸鉀法、色度的測定采用稀釋倍數法、NH3-N的測定采用納氏試劑分光光度法、DO的測定采用便攜式溶氧儀。

2 結果與分析

2.1 水體感官變化

工程實施前和實施后水體感官監測結果見表1。

圖1 豐湖河治理河段水質監測取樣點位置圖

從表1可以看出，工程實施前，水體感官為淡黃、清；工程實施后，除2010年12月9日外，其他時期水體感官為無色、清，要優于工程實施前。2010年12月9日水體呈淡黃色，微濁，主要原因是微生物投菌結束后，在1～2個星期內微生物在底泥中大量繁殖，通過厭氧作用消耗河底的底泥，導致底泥疏松，小團的底泥浮出水面，肉眼看水體呈微濁狀態。

2.2 CODMn變化

2009—2011年豐湖河施工前和施工后CODMn的變化趨勢如圖2所示，其中2009—2010是指2009年9月—2010年9月，2010—2011是指2010年11月—2011年8月(2010年11月和2010年12月均有兩次監測，取平均值)，以下同。

從圖2中可知，除了4月—5月，其余時間段的CODMn均比施工前好。從整體趨勢上看，11月—次年3月施工后的水質明顯優于施工前，從4月開始，二者水質較為接近，其原因是2011年1月初瑞安供電所處的隔水壩拆除后，豐湖河水流加速，水力停留時間縮短，處理效果減弱。6月在試點河段上游兩面河處修建了一座隔水壩，所以從6月開始施工后水質優于施工前。但該隔水壩的最高處離水面還有20cm，在夏季水量大的時候過水較多，在一定程度上影響了試點河段的治理效果。從年平均水平看，2009—2010年的年平均值為6.4mg/L，2010—2011年的年平均值為4.6mg/L，改善程度為28%。這表明采取生態措施后，水體的CODMn改善效果明顯。

表1 豐湖河水體感官監測結果

圖2 豐湖河CODMn濃度的變化趨勢圖

2.3 色度變化

水的色度是對天然水或處理后的各種水進行顏色定量測定的指標。天然水經常顯示淺黃、淺褐或黃綠等不同的顏色。水的顏色是由于溶于水的腐殖質、有機物或無機物質所造成的，經過污染的水也會呈現不同的顏色。表2為豐湖河監測的色度變化情況，圖3是水質色度變化趨勢圖。

圖3 豐湖河水質色度的變化趨勢圖

從表2和圖3可見，2010年7月20日色度最高，達到35；項目施工后，色度開始下降。在2010年11月8日—2011年2月22日這段時間內，河道內的色度基本高于年平均色度，原因是微生物投加至河道后，擾動了底泥，底泥疏松被水流帶起，致使水體色度上升。2011年2月22日之后，氣溫上升，微生物繁殖速度加快，對河水中腐殖質等的削減作用明顯。同時，浮床植物開始生長，對水中氮、磷等營養物質的吸收逐漸加快，水中無機物質也逐漸下降。因此，水的色度逐漸下降。從整體趨勢上看，施工后的色度均低于施工前，這表明經過治理后河水比治理前清澈，水質有所好轉。

2.4 NH3-N變化

2009—2011年豐湖河施工前和施工后NH3-N濃度的變化趨勢如圖4所示。

圖4 豐湖河NH3-N濃度的變化趨勢圖

從圖4中可知，投菌后第一個月和第二個月NH3-N值優于投菌前，其余時間內均劣于施工前。2010年12月微生物投菌結束后，微生物大量繁殖，氧化水中的NH3-N使得河水中的NH3-N有所下降。但是，自2011年1月初堰壩拆除后，微生物有所流失，也影響了去除效果。據國內相關研究，湖泊或河道在疏浚后一段時間內水質明顯變好，但一段時間后，由于底泥的再沉降，水質又會很快惡化。豐湖河疏浚已有一年，由于上游污染不斷進入，會有底泥逐漸沉降，因此，水質也會慢慢惡化。此外，在現場發現，1#點對面的施工工地時有施工廢水滲漏，也在一定程度上加劇了河水中的NH3-N含量，而且由于不同年份水文條件以及外源輸入情況的不同，也會導致不同年份之間水體水質有較大差異。從年平均上看，2009—2010年的年平均值為4.06mg/L，2010—2011年的年平均值為7.76mg/L，大于施工前的數值，增長率為91%。

表2 豐湖河色度變化監測結果(倍數)

2.5 DO變化

2009—2011年豐湖河施工前和施工后DO濃度的變化趨勢如圖5所示。

圖5 豐湖河DO濃度的變化趨勢圖

從圖5可知，隨著曝氣復氧裝置的使用，試點河道的DO比施工前有明顯的增加。從年平均值看，2009—2010的年平均值為1.07mg/L，2010—2011的年平均值為4.19mg/L，DO含量提高了292%，這表明曝氣復氧工程對河流DO的改善非常有效。

3 結 論

本次工程采用生態浮床+微孔曝氣+微生物技術對豐湖河進行生態修復，主要結論如下：

(1)生態浮床中挺水植物生長以河道中的污染物作為營養物質，挺水植物的根系為微生物的生長提供了載體，微孔曝氣大幅提升了河道水體的DO濃度，通過組合生態修復技術的協同作用，最終使河道生態系統得到修復，河道自凈能力恢復良性循環。

(2)微生物菌劑措施有效分解了河道中的污染物質，改善了河道水質；生態浮床和微孔曝氣組合工程技術一方面改善了河道的水質，另一方面美化了河道景觀，改善了兩岸的人居環境。

(3)工程施工后，試點河段的水體由淡黃、微濁變為清澈，水體清澈度和透明度大幅度增加，富營養化和黑臭消失，水體感官明顯改善。

(4)工程施工后，根據試點河段內外的監測數據對比，CODMn和DO的改善程度分別為28%和292%，達到了工程的預期目標要求。