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递进式生境演替技术在老房亭河黑臭河道治理中应用
点击:201 日期:2020/3/27 16:16:55

范敬兰1,丁维程2

1 徐州市水利科学研究所,江苏省徐州市,221018

2 江苏天安永润环境科技有限公司,江苏省徐州市,221000

  :国务院颁布实施的《水污染防治行动计划》要求到2020年地级及以上城市黑臭水体控制在10%以内,黑臭河道生态治理已进入攻坚阶段,本文以徐州市老房亭河黑臭河道递进式生态治理为案例,详述城市黑臭河道生态治理的关键技术体系——递进式生境演替技术,以及治理老房亭河的实际效果,该河道已稳定运行一年,生态系统稳定,该技术可适应大多数污染河道的治理,其推广必将产生很大的经济、生态和社会效益。

关键词:递进式生境演替;黑臭河道;生态修复;生态浮岛;曝气

1引言

随着我国社会经济的发展以及人们对流域水环境问题认识的不断深入,生态环境综合治理工作受到人们的高度关注。习近平总书记关于生态文明建设和生态环境保护作出一系列重要指示,强调要大力增强水忧患意识、水危机意识,从全面建成小康社会、实现中华民族永续发展的战略高度,重视解决好水安全问题。李克强总理强调指出,水污染直接关系人们每天的生活,直接关系人们的健康,也关系食品安全,政府必须负起责任,向水污染宣战,以看得见的成效回应群众关切,推进绿色生态发展。

本文论述的是依据递进式生境演替技术治理徐州市老房亭河黑臭水体的实际案例,本项目实施运行近一年,其水体水质维持在地面水环境质量(GB3838-2002V类水的状态,且水体水质持续向好,生态系统稳定,河道生物多样性逐步体现。

生境即水域物种群体赖以生存的生态环境,是生物的个体、种群或群落所在的具体地域环境,生境内包含生物所必需的生存条件以及其他生态因素;生境演替即物种群体所在生态系统被另一种生态系统逐步替代的过程,黑臭河道的生态演替是通过一系列生态治理工程,将水域生态系统由重污染系统向可持续良好生态系统的转化过程;递进式生境演替技术即通过环环相扣的生态治理技术,由底泥到水体,逐步改善污染区域生境,使得生境由污染系统向可持续的生态系统转化,实现生态环境修复的目的。

2 项目现状

2.1项目状况

老房亭河是徐州主城区东部主要排洪河道,河道西起民祥园农贸市场西侧,向北向东至金龙湖入口,该河道跨越云龙区和经济开发区,全长约4.7km。该河道上游汛期是雨污合流的河道。

2-1 项目区位置图(红线)

治理前,老房亭河上游周边小区排水均为雨污合流,尤其在非汛期,生活污水排入该河段,水质差,污染严重,恶臭难闻,严重影响到周围居民日常生活。三孔闸是该河道重要的污水节制闸。非汛期工况下三孔闸处于闭闸状态,阻挡污水进入老房亭河,经埋设在三孔闸西侧老房亭河北侧的市区主排污管道进入三八河污水处理厂;汛期遇降雨时,通过三孔闸开闸排涝,由于汛期雨水量大,采用雨污合流的排水方式进入老房亭河。

房亭河是南水北调东线二期调水通道的复线,是京杭运河的一级支流,也是中运河西部地区的主要排水河道,老房亭河作为房亭河的一条支流,对其水体水质影响较大。2012年以前老房亭河沿线大小共20个排污口,工业污水、生活污水、集贸市场污水和畜禽养殖污水直排入河道,河道内水污染问题严重,河流水质较差,水质未能达到V类标准,严重影响周围居民的正常生活。

为彻底改善老房亭河水环境,改善沿河生态环境,促进人居环境质量提升,2018年两区政府对老房亭河排污口进行摸排封堵,在水体黑臭治理和水生态综合修复前,排污口封堵量达90%以上,在非汛期基本实现生活污水不进入该河道。

2.2治理前状况

20189月,省水整治办委托第三方检测机构对我省黑臭水体整治计划清单中2016年度完成整治的56条水体及2017年度已完成整治的13条黑臭水体进行了现场调查及水质检测。

1 徐州市老房亭河水质检测结果

样品序号

采样点位置

水质检测结果

黑臭判定

透明度(cm

溶解氧(mg/l)

氧化还原电位(mv)

氨氮(mg/l)

1

明祥路开明市场边

16

1.5

-125

29

重度黑臭

2

云苑路

20

1.1

-270

29

重度黑臭

3

彭旅桥

20

1.0

-320

30

重度黑臭

4

汉源大道

30

2.5

-80

8.5

重度黑臭

5

入湖口

45

6.5

80

3.5

重度黑臭

在《城市黑臭水体整治工作指南》中,将城市黑臭水体分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”两级,分级的评价指标包括透明度、溶解氧、氧化还原电位和氨氮,分级标准见下表:

2 城市黑臭水体评价分级标准

特征指标(单位)

轻度黑臭

重度黑臭

透明度(cm

2510

10

溶解氧(mg/l)

0.22.0

0.2

氧化还原电位(mv)

-20050

-200

氨氮(mg/l)

8.015

15

 

 

 

 

 

 

3递进式生境演替实施

3.1 “递进式”生境演替技术

递进式”水生态治理技术是指通过水生态技术递进式治理,一步步解决对水体污染的根本元素,从而达到彻底治愈水体的技术工艺。所谓递进式”是根据水体污染情况,从排污口及附近水域的污染控制,到主水体的底泥原位生态清淤、水体水质改善、藻相调控与微生态系统构建,再到生物操控重建生态系统,一层层、递进式把一个个污染关键元素通过技术工艺完全解决。它集成了生化协同、微生物控制及水生动植物操控等多项水生态治理与修复技术。

递进式技术,以水体和底泥的曝氧式链式催化解毒技术为前提,以原位治理底泥为起点,通过地矿藻相调控及微生态激活工艺,创造出适宜微生物生长繁殖和生存微生态环境,最大限度地发挥微生物分解者的功能,再通过生物操控技术完成生态系统的重构,实现生态系统的自我修复功能,回到污染前生态系统良性循环的轨道上。

递进式技术,以生态斑块为治理单元,将治理区域按治理位置、污染程度、底泥分布、景观需求等分为不同生态治理斑块,以斑块治理单元施以不同的治理措施,采用递进式施工技术,即进行外源污染调控、控制曝氧式链式催化解毒、复合地矿原位底泥治理及水质还清、微生态系统构建及生物操控技术,达到该系统水体还清、自我修复的目的

3.2 递进式生境演替技术实施

3.2.1  生态斑块的划分

本设计按生态斑块将老房亭河分为四段:

1)三孔闸~庆丰路(生物滤池段,长度400m

此斑块由于处于排污口的最前端,河底浮泥量大,浮泥累积速度快,水质最差,该斑块采用生物滤池构建技术,强化对底泥和水体的治理,采用建造梯级拦水坝,泥水分离,复合地矿持续底质改良及水质还清,生物滤池改造(底层铺设生物滤料),铺设人工水草与沉水植物,微孔曝气,构建生态浮岛,微生物扩繁投放等,强化前段生境处理。

2)庆丰路~云苑路(强化处理段,长度1700m

此斑块作为生物滤池段临近的下游段,水体氨氮、总磷都还很高,需强化治理,进一步降低水体的富营养物质,复合地矿持续强化底质改良及水体还清,全河段采用微孔曝气增氧,在徐州医科大校园内增加浮岛,强化微生物分解污染物,达到水质进一步提升的目的。

3)云苑路~上山闸(景观展示段,长度700m

景观展示段作为云龙区河段结束和经开区河道的起点,此斑块入水水质已经处于V类水,重点增加水生植物量,搭接完整生物链,保证水质进一步提高。在700m的河段,布设6个浮岛,480m2,河道两岸布设景观小浮岛,土质边坡的在水岸交接带布设挺水植物,水深不大于2m的水域全部布设沉水植物,配合微孔曝气和人工水草,确保在非汛期水质不低于地表水环境质量标准的V类水,此地段作为治理成果的展示区。

4)上山闸~入湖口(水质提升段,长度1900m

由于该河段的下游就是金龙湖,要确保入湖水质不低于地表水环境质量标准的V类水,除了把该区段的排污口封堵外,还要进行水质和景观提升,该河段除了布设深水曝气和浮岛外,还增加了景观喷泉。

3-1 生态治理分区图

3.2.2 老房亭河治理工艺路线

外源污染(三孔闸上游区域)治理→全河道截污→全河道底泥解毒、除黑臭→复合地矿底泥原位削减→底栖微生态系统构建→ 水体解毒、除黑臭→水质提升→水体微生态系统构建→水体造流曝气→生物接触氧化→生态浮床→水体自净功能恢复。

3.2.3 老房亭河治理具体实施过程

    针对老房亭河水体的流动性差、与边界污染河流有交汇、汛期季节性行洪排污以及截污不彻底等外因造成的污染物持续性增加,采取如下针对性治理工艺方案。

1)外源污染控制治理

针对三孔闸上游黑臭水域现有底泥和水体进行治理,对每天因附近排污管渗漏造成的新增污染,设置“生态列阵”进行持续调控,目的是削减新增污染对主水体的污染负荷,最大限度避免因新增污染导致三孔闸下游主河道边治理边污染的情况发生,根据季节环境温度的变化,生物列阵对新增有机污染物的削减幅度为68-95%

2复合地矿消除底泥黑臭,降解有毒有害物质

该环节具体实施步骤:第一步,向底泥层高压注射解毒产品,对底部环境进行全面解毒,消除底泥黑、臭,原位削减有机底泥。原理:产品入水溶解,产生新生态氧和各种高能量、高活性的小分子自由基,通过链式催化反应系统,破坏病原微生物细胞膜的通透性,干扰病原体的DNARNA合成,杀灭各种病原微生物;氧化分解硫化氢、亚硝酸盐、二价铁化合物、二价锰化合物等还原性有害物质;降解多氯联苯、多环芳烃、农药、除草剂、染料(如孔雀石绿等)、藻毒素等化学结构稳定、生物毒性强、环境危害大、生物法难降解的有毒污染物;降解因使用卤制剂、溴和碘制剂、二氧化氯、“三致”的醛类消毒剂等造成的二次污染;络合和氧化重金属离子,使其形成稳定无毒价态;提高水体氧化还原电位,利用反应体系中产生的强氧化性自由基,使水体中有机污染物分解成小分子物质,再将小分子有机质矿化成CO2H2O和相应的无机离子,全方位降解底泥污染物。解毒后的沉淀有机物、残饵和死藻变成悬浮的微粒有机絮团,为浮游生物、有益微生物和鱼虾提供了营养源,快速形成微生物成长的温床。第二步,向河底注入复合地矿,复合地矿增加水体的硅元素,使水体由蓝藻作为优势种逐步转化为小球藻和硅藻为优势种群,水体颜色发生变化,水色逐步清亮,富营养物质被降解,水质逐步变好。

 

3)构建生态浮岛,增加水体生物量及微生物载体。

生态浮岛又称人工浮岛、生态浮床等,生态浮岛是模拟自然界的规律,高分子材料等作为载体和基质,种植水生植物而建立的去除水体中污染物的人工生态系统。具有净化水质、改善景观、创造生物的生存空间等多方面的功能。生态浮岛是利用植物的根系吸收水体中的氮、磷和有机物,使得水体的营养得到转移,减轻水体由于封闭或自循环不足带来的水体腥臭、富营养化现象。

生态浮岛的材料选择

本方案采用新型抗风浪植物生态浮岛,HDPE(高密度聚乙烯)材料制成,坚固耐用,其中更添加了抗氧化和抗UV材料,能够适应自然环境下各种日晒雨淋等恶劣天气,使用寿命更长,独特的边角设计增强了浮岛的抗撞抗挤压性能。

浮岛上水生植物的选择

采用挺水植物与浮水植物相结合的方式进行,充分利用种植面,节约施工成本,增大根茎、叶片与水体接触面积,提高净水效率。将不同花期的植物组合种植,保证不同季节河道的景观性。同时搭配耐寒植物,满足冬季其他植物休眠和枯萎所造成的净化缺陷。生态浮岛种植水生植物要选择适合当地水体的品种,如美人蕉、耐寒水芹、水竹、鸢尾、慈菇等都可以作为浮岛植物。这些植物生长快、分株多、生物量大、根系发达,并有一定的观赏价值和经济价值。

本项目共构建26个生态浮岛,总面积共7800m2,沿河均匀布置,参照现场情况,合理布设。

 

4)安装曝气设备,增加水体溶解氧

河水中溶解氧的含量是反映水体污染状态的一个重要指标,受污染水体溶解氧浓度变化的过程反映了河流的自净过程。当河水受到严重的有机污染时,会导致污染源下游或下游某段河道处于缺氧或厌氧状态时,黑臭河道可以采用人工曝气的方式向河流水体充氧,加速水体复氧过程,提高水体中好氧微生物的活力,以改善水质。故曝气能有效地改善、缓和水体的黑臭程度。

根据工程需要,布设微孔曝气15套,同时搭配16处喷泉,既可增加水体溶解氧,根系又为微生物载体,还增添了河道的景观效果。

微孔曝气系统由沉水式风机+机房+双自控系统配电柜+双送风管道系统+自沉式水底纳米微孔曝气盘组成。通过高压把空气经由送气管系统送到自沉式水底纳米微孔曝气盘中,再以大量微小气泡的形式溢出,从紧贴淤泥的水底层上升到水表层最后浮出水面。

 

5)布设沉水植物,搭接完整生物链

生植物群落构建,是通过不同类型水生植物的合理搭配,在河道内形成错落有致的“水下森林”景观,同时通过系统调试完善河道的生物链结构。

沉水植被的种植吸收水中的氮、磷等物质,去除率为 70%,亦能产生大量的氧气,增氧率约为 45%;通过植被净化水体、抑制蓝藻爆发,防止水体恶臭,提高水体透明度,具有长期性、 有效性、景观性。根据河道水质特点,本区域河道沉水植物以耐污型沉水植物即密齿苦草为主。

由于该河道底层浮泥较多,景观展示段平台要先抑制芦苇,铺设抑制芦苇的地布,本项目沉水植物种植采用专利技术“种植网”种植的方式。

 

6)现场扩繁微生物菌剂,消除氨氮危害

由于该河道氨氮持续偏高,需利用去除氨氮、增加透明度的微生物制剂,促进底泥和水体的氨氮去除,增加水体透明度。该制剂是经过特别选择的微生物菌株,即靶向微生物菌群,这种选择性投放的菌株能保持并强化天然存在菌株(土著菌)的活性,从而优化和控制微生物种群的平衡。投加靶向微生物制剂后,增加了水生态系统中微生物的种类、浓度,提高了水体微生态系统的代谢活性,而且能抑制少量的有害菌的生长。靶向微生物制剂所含细菌均是对人和环境无害的细菌。

本项目治理采用分段微生物投放的方法,在河道的前后端分别进行投放,根据本项目水体的现状需每方水投放10g微生物菌剂,作为老房亭河水质的一级处理,

 

4 实施效果

4.1 水质监测

本工程四月底完工,经过一个汛期的雨污合流的考验,汛期过后,系统正常运行,9月份,开始对河道水质进行第三方监测,从910月份的监测数据看,老房亭河的三个监测断面水质达到了地表水环境质量标准的Ⅴ类水。

4.2  生境演替过程

项目结束后水质演变过程,水体由黑臭水体转化为以蓝绿藻为优势种的藻型水体,再通过复合地矿增加硅元素,水体逐步转化为以小球藻和硅藻为优势种的藻型水体,水体清亮,透明度显著增加,再通过微生物和水生动植物的进一步消减,水体由劣V类转化为V类。黑臭完全消失。

 

5 结语

递进式生境演替过程是在一系列生态治理工程的支撑下实现的,水体生化协同消除黑臭,通过复合地矿抑制有害藻、激活硅藻和小球藻成为优势种,有害物质逐步消减,生境演替促进生物链一步步搭接完善,生态系统进入良性循环,完成黑臭水体的修复。

河道水生态治理工程结束,修复后的水体进入维护保养期。黑臭水体须“三分治理,七分养护”,水体的维护保养是极其重要的,有很多黑臭河道由于只注重治理,不注重养护,返黑返臭的几率会大大增加,在工程实际中应切实落实维护保养资金,使维护保养工作落到实处,保住生态治理的成果。

作者简介:范敬兰,男,1964年生,江苏徐州人,高级工程师,徐州市水利科学研究所总工,主要从事生态修复,包括黑臭水体、景观水体及水源地治理,水土保持和山体修复,水环境治理研究方向为递进式生态演替技术的研究和推广。

 
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