生態修復技術在秦安縣城區段葫蘆河生態治理中的應用

王青荷

摘 要：未經處理的葫蘆河水流入渭河，導致渭河水質不能達到水功能區的要求，進而影響黃河水系的水質安全，因此加強對葫蘆河生態治理顯得十分重要和迫切。秦安縣通過在葫蘆河生態治理中應用生態修復技術，達到葫蘆河水質保障、恢復自然水環境、全面整治黑臭河道的目標，進而促進葫蘆河生態文明建設。

關鍵詞：葫蘆河;生態修復;水質凈化

中圖分類號：X52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0153-03

The Application of Ecological Restoration Technology in Ecological

Control of Hulu River in Urban Section of Qinan County

WANG Qinghe

（Qinan County Water Bureau，Qin'an Gansu 741600）

Abstract： The untreated Water from Hulu River flows into Weihe River， which results in the water quality of Weihe River failing to meet the requirements of water functional area， thus affecting the water quality safety of the Yellow River system. Therefore， it is very important and urgent to strengthen the ecological management of Hulu River. Qin'an County， through the application of ecological restoration technology in the ecological treatment of Hulu River， achieved the water quality guarantee of Hulu River， restored the natural water environment， and comprehensively regulated the black and smelly river channel， thus promoting the ecological civilization construction of Hulu River.

Keywords： Hulu River;ecological restoration;the water quality purification

葫蘆河作為黃河中上游渭河水系的一級支流，其水量約為渭河甘肅段水量的8%～10%，占渭河平均水量的4%～5%。而根據秦安縣環保局檢測結果推算，葫蘆河污染物最大超標倍數為：COD超標5.7倍，BOD超標8.7倍，氨氮超標13.7倍，總磷超標2倍，形成農業灌溉用水為劣V類，水環境形勢不容樂觀。秦安縣多次召開葫蘆河秦安段污染防治專項整治工作會議，大力開展葫蘆河秦安段水質保障及生態修復工程。

1 流域概況

葫蘆河是渭河在甘肅境內最大的一級支流。秦安縣境內葫蘆河由清水河、顯親河、西小河、南小河等河流匯成，自北向南縱貫秦安中部，境內海拔高程為1 120～2 020 m。干流長度為45.2 km，流域面積為1 493.2 km2，平均比降為4‰，多年平均自產水資源流量為2.46 m3/s，多年平均自產水資源徑流量為0.78億m3。流域內地形地貌屬隴東黃土梁峁溝壑區，水土流失嚴重，年均含沙量為162 kg/m3，年輸沙量為359萬t。葫蘆河天然水質屬重碳酸鈣類，離子總量在300～500 mg/L，加之秦安縣境內葫蘆河及其支流是人口密集和鄉鎮企業集中地帶，受人類活動的影響，污染較為嚴重，水質表現為COD、BOD、總磷、氨氮嚴重超標[1]。未經處理的葫蘆河水流入渭河，會導致渭河水質不能達到水功能區的要求，進而影響黃河水系的水質安全。

2 本河段修復工程方案

2.1 治理目標

葫蘆河秦安段水質保障及生態修復工程的建設是以保障渭河和黃河水系的水質安全為目標，圍繞葫蘆河秦安段斷面進行考核，通過水質凈化和河流自然生態氧化塘項目、尾水凈化人工濕地生態活水公園項目，進行了強化生物處理水體的葫蘆河和秦安縣6.4 km河道的全面提高整治。

2.2 工程概況

在充分認識本河段水情特點、水勢變化規律的前提下，選取葫蘆河3#橋下游約200 m處為起點，南小河匯入口以上30 m處為末端，依據清洪分治的原則，依次布置3道景觀合頁壩及相應的附屬設施，形成水域長度3.1 km;在1#合頁壩西側和河道右岸修建寬度為60～25 m的泄洪槽;在1#合頁壩前的河道內設置曝氣管進行曝氣排泥，配套1座采砂平臺;在1#合頁壩東側建設閘板閥，1#合頁壩緊鄰左岸的位置，修建向下游左岸約130 m的引水渠道，河水通過引水渠自流進入G-BAF裝置，然后進行生物處理;生態濕地活水公園北起南小河匯入口、南至污水處理廠，全長2.68 km，布置多介質潮汐流人工濕地2.7 hm2、表面流人工濕地1.41 hm2、綠化工程5.44 hm2、道路廣場2.64 hm2。

合頁壩抬高河道水位，調節水量，形成攔河梯級蓄水景觀工程。泄水槽采用全斷面鋼筋砼襯砌，提升河道自然景觀的同時，降低河道綜合糙率，提高河道綜合行洪能力，并保護右岸防洪基礎免受洪水淘刷，有效防治了項目區的水土流失。合頁壩之間通過建設處理量為89×104 m3/d的固定化微生物-高效生物濾池（G-BAF或I-BAF）強化生物處理系統及24.78萬m2河道自然生態氧化塘體系，有效迅速降解了水系中的污染物質，使得主要水質指標滿足地表水Ⅲ類，并且培養有效的微生物、植物，改善水的溶解氧，最大限度減少污染，建立河流生態系統，構建科學完善的水陸空間格局、豐富多樣的微生物和植物體系、健全水質自凈化系統。

人工濕地生態活水公園分為四大區：濕地凈化區、文化休閑區、生態內河區、自然河灘區[2]。多介質潮汐流人工濕地及表面流人工濕地對生活污水廠提標改造后的尾水進行生態處理，處理后水質達到地表水Ⅲ類。

2.3 主要技術方案

河道的生態修復技術主要有微生物強化、植物凈化、穩定塘、人工濕地、生態浮島、生物膜凈化、多自然河道構建、生物操縱、曝氣增氧等。本河段修復工程主體工藝采用固定化微生物-高效生物濾池工藝（簡稱G-BAF或I-BAF），通過高效生物濾池一體化裝置，快速去除水中的有機物、氨氮和總磷。同時，在河道中形成高效微生物強化河水自凈、生態塘、人工濕地和魚類生物操縱系統，進一步強化了氮、磷的去除效果。

2.3.1 G-BAF工藝原理。G-BAF（或I-BAF）工藝是一種對難處理的含氮污水、河流污水、有機污水進行生物處理的工藝。在G-BAF中加入占曝氣池有效容積40%～60%的大孔生物載體，并在其上固定酶制劑與高效微生物。根據污水水質的特點和污染物中有機物的特定成分，通過生物過濾工藝接種不同的高效菌，對污染物的降解順序安排各種特定微生物。反應器中微生物表現出分類、聚類現象，各類微生物處于相對穩定適宜的環境中，為各種污染物的降解創造了相對優化的條件，從而有效提高目標污染物的降解效果。G-BAF系統在運行的過程中，不斷上升的空氣與大孔反復碰撞、切割，被好氧微生物快速反應吸收，直到完成進入載體內氧氣的消耗，這樣每個載體內部就生成了好氧、缺氧和厭氧區，使載體內部產生了無數微小的硝化和反硝化反應器形式，從而可在同一反應器中同時發生多類作用，即氨氧化、硝化和反硝化，有效保證了其中的氨氮和總氮的高效去除和消減，同時還節約了反硝化脫氮所需的有機物和堿。它在處理河流污水、含氮污水和難降解有機污水方面具有無法比擬的優點。

2.3.2 人工濕地凈化技術。按照水體流動方式，通常將人工濕地分為表面流和潛流兩種類型。其中潛流型人工濕地根據水流狀態的不同，可分為潮汐流人工濕地、垂直流人工濕地和水平流人工濕地。根據葫蘆河秦安縣城區段河道實際情況，本著因地制宜、經濟高效的原則，本河段采用的濕地凈化技術為表面流人工濕地和潮汐流人工濕地技術相結合。

2.3.2.1 表面流型人工濕地。表面流人工濕地與天然沼澤相似，底部為泥，暴露在大氣中。水體在人工濕地基質表面流動，淺水位為0.1～0.6 m。大多數有機物的去除是通過生長在植物水下莖桿上的生物膜完成的。所以，這種系統難以充分利用生長在基質表面的生物膜和生長豐富的生物根系對污染物的降解作用，其處理能力較低，負荷小、占地面積較大，冬季表面結冰，夏季繁殖蚊蠅，而且該系統中底層一般未經密封，有可能造成地下水污染。本河段治理是在河岸兩側寬2 m的淺水或者露出水面的部分種植植物，形成表面流人工濕地，人工濕地植物以當地容易成活的香蒲、荷花、蘆葦等植物為主，不存在地下水污染問題。

2.3.2.2 潮汐流人工濕地。潮汐流人工濕地通過潮汐運行過程中床體浸潤面變化產生的孔隙吸力將大氣氧吸入床體，使得濕地在冬季植物釋氧較低時也可以保證氨氮發生硝化作用時所需的氧氣，進而顯著提高濕地床的氧傳輸量和污染物的凈化效果。相比于傳統的人工濕地，潮汐流人工濕地的復氧能力可達450 g/（m2·d），遠高于傳統的潛流型人工濕地[≤100 g/（m2·d）]。本河段治理采用的多介質潮汐流人工濕地，是在現有河道一側進行墊高夯實后建設，地面鋪設防水土工布，濕地圍堰用磚砌結構。進水來自污水廠的提升管道，濕地填料主要為改性多孔網泡聚氨酯濾料、納米鐵改性多介質濾料、碳基改性多介質濾料、鐵碳雙原電池多介質濾料、鈣鎂基多介質濾料、生物質長效碳源等。出水通過埋設在填料層底部的穿孔集水管，通過旋轉彎頭調節濕地水位。濕地出水分成兩部分：一部分直接進入河道，另一部分通過排水渠進入表面流人工濕地。濕地植物選擇黃花鳶尾、千屈菜、水莎草、水蔥、蘆葦、水毛花、黑三棱等。

2.3.2.3 凈化原理

①有機降解。有機污染物進入濕地單元后，大部分不溶性有機污染物通過沉淀、過濾、吸附，以SS的形式困在濕地前端的填料中。隨后，這些有機污染物被微生物逐漸降解、礦化或沉積到底部并趨于穩定，從而在該階段從污水中首先清除。有機物去除除了具有填料截擊和微生物降解功能外，還可根據該系統實現植物、微生物和填料的協同凈化。濕地系統的各個組成部分通過這種合作和協調，實現了有機污染物的去除。

②濕地的脫氮機理。人工濕地脫氮的主要方式有植物和其他生物吸收、微生物氨化、硝化反硝化和氨氣揮發等。其中，微生物的硝化和反硝化是人工濕地的主要脫氮方法，尤其是污水中NO3--N含量較高時。在人工濕地處理系統中，約90%的氨通過微生物的硝化和反硝化去除，10%的氮通過植物吸收和沉積物積累清除，氨氣的揮發可以忽略不計。

③濕地的除磷機理。人工濕地除磷是通過水生植物、填料和微生物的共同作用完成的。水生植物對磷的去除主要是通過自身的吸收。不同植物及其不同部位對磷的清除能力不同。此外，濕地植物的收獲頻率也會影響磷的去除率。微生物能將有機磷分解為無機磷酸鹽。當污水流經濕地時，填料通過吸附、過濾、沉淀、離子交換等功能去除污水中的磷。濕地填料中的Al3+、Mg3+和Ca3+與可溶性磷化物反應生成不溶性磷酸鹽。一般認為磷酸鹽與填料中的金屬離子發生了交換反應，進而在填料表面發生沉淀。

④SS的去除機理。在人工濕地中，濕地中的水流速度較小且水深較淺，加上填料和植物莖稈的阻擋，有利于物理沉降，使得SS有充分的時間和環境條件去除。SS的去除主要是依靠在濕地系統中的物理沉降和過濾來完成的。

⑤重金屬離子和病菌的去除機理。重金屬與人工濕地系統相互作用，并以不同方式有效地去除重金屬，這一過程主要體現在微生物、植物、基質的協調作用下利用生物、物理、化學方法，通過微生物分解、吸收、過濾、吸附、離子交換等方式處理并實現重金屬的清除。

病原菌是由TSS水中的懸浮物帶入濕地中的，其去除與TSS的去除和水力停留時間等因素有關。由TSS帶入的病原菌的去除機理與去除TSS一樣，通過沉淀、攔截等過程去除。當污水通過基質層時，寄生蟲卵被沉降、截留。細菌和病原體在濕地中的去除主要通過紫外線照射等實現，另外植物根系和某些細菌的分泌物對病毒也有滅活作用。

3 生物/生態技術在河流污染治理中的優勢

①所需投入的能源、物質少，人為管理控制少，更為經濟。生物/生態技術較少人為管理以維持凈化系統的運行。

②可以保持和發揮河流的污染凈化作用。在一定條件下，微生物和動植物利用生物/生態技術可以自主生長和繁殖，生物的量不會由于使用凈化的效果而消耗揮發，反而可能逐漸增加，并且水凈化在整個生命周期中都在發揮作用。

③幾乎無副作用，對環境危害小或者無害。生物/生態技術是利用自然界現有的或稍微改良過的生物，對環境無害，不會造成二次污染。各種生物相互依存、相互制約，不容易影響外部環境。

④整個系統可以自我調節，適應環境的變化。在河水污染物改變的情況下，生物/生態技術仍然可以在一定程度上起到凈化水體的作用。

⑤可與親水景觀建設相結合。生物/生態技術能較為容易地與原有自然環境相融合，外在表現形式自然親切，更富人性化。

4 結語

生物/生態技術對污染水體的治理有著非常重要的作用，既能長期有效地恢復被污染的水體，又不會對周圍環境產生不良影響。因此，可將其作為河道修復的主要技術。在人們對生活環境要求不斷提高、環境意識不斷增強的今天，生物/生態技術能較好地改善河道生態環境，促進河道良性可持續的發展，滿足人們對環境的需求。

參考文獻：

[1]秦安統計年鑒：2018[K].秦安：秦安縣統計局，2018.

[2]吳樹杰.城市河道生態修復技術研究[J].城市建筑，2017（3）：334.