杭州市区河道生态修复关键技术研究进展

严向军,梁 旭,汪国英

(杭州市市区河道监管中心,浙江 杭州 310003)

1 问题的提出

健康的城市河流保障着城市经济社会的可持续发展。但是,由于城市建设规模的扩大,河道污染问题日渐突出:合流、分流制系统出现雨天溢流及雨污混接的现象、降雨初期污染径流[1-2]、水体滞流造成含有机物、氮、磷、重金属等污染物质的底泥沉积[3]等。外源污染和内源污染共同的长期影响,造成城市水体产生黑臭。此外,河床硬化、河岸护坡硬化等更加剧了水体的恶化。

杭州市 “十二五”规划提出,要按照 “截污、清淤、驳坎、配水、绿化、造景、管理” 的要求,深化城区河道综合整治。到2015年,杭州市区河道基本达到水功能区要求。河道生态修复主要是通过重新建立生态系统,利用生态系统中植物的吸收作用以及微生物的降解作用恢复已经被人为污染破坏的水体的自净能力并改善水质。目前国内外河道修复的主要生态手段一般选择以沉水植物、浮水植物或者微生物填料中的一种或多种,并结合人工曝气、鱼类放养等手段,达成生态修复的目的。但受到污染现状的严重制约,即目标河道有大量内外源污染输入而超过所能建立的生态系统的耐受极限时,修复工程的效果便无法体现。因此河道生态修复技术能否大规模应用的关键在于能否强化河道的环境容量即其抗污染的耐受限度。

2 杭州市区河道生态修复关键技术

目前杭州市城区河道治理采用的河道生态修复技术主要可分为物理法、化学法和生物—生态法。杭州小紫金港河、大小龙驹坞溪、老东岳溪及西溪河等运用物理法进行了治理,杭州古新河、贴沙河、东穆坞溪、蔡家河则运用生物—生态法进行治理,都有不错的效果。本文将结合工程实例对各类方法对环境的适应性及其实际效果进行论述。

2.1 物理法

2.1.1 截污清淤

河流的外源污染物主要分为点源污染和面源污染。点源污染主要来自于生活污水的排放及第三产业污水排放,面源污染主要来自雨水地表径流携带污染物进入水体。杭州的河流面源污染比较严重,萧山北塘河整治采取通过北塘河绿化带内的生态滤沟过滤的措施来解决初期雨水的面源污染。但由于面源污染受气温和水流条件的影响较大,目前河道治理一般以控制点源污染为主。其中,一个重要措施就是通过去除底泥中所含的污染物 (氮、磷及重金属等)来改善河流水质,即底泥疏浚工程[4-6]。

传统底泥疏浚工程直接将河道底泥勾挖上岸,简单填埋处理。这种工艺的缺点是会产生大量污泥,需要较大的储存占地面积,同时运输装卸难、成本高,还可能在堆放过程中对环境形成二次污染。环保清淤是通过局部封闭绞吸清除沉积物表层的氮磷、有机质的富集层,将底泥中的污染物移出河流生态系统,有效避免因绞刀扰动使底泥向水体扩散造成的二次污染。该工艺主要利用环保绞吸式挖泥船,将挖掘、输送、泥浆处理和排出等清淤工序一次完成,然后通过分级加压和软管将绞吸上来的泥浆直接运送至堆放区域,通过化学手段、机械手段脱水再进行处置。运输过程中利用管道代替车船成本较低,不影响景观,同时也避免了施工方在运输过程中底泥泄漏入水体而带来不必要的二次污染。

脱水处理后的淤泥根据不同污染情况进行不同处理,由于淤泥中含有大量的有机质和植物所需营养物质,因此轻污染的淤泥用于园林工程对于景观植物具有很好的促进作用。朱广伟等人[7]将京杭运河(杭州段)的疏浚底泥用于青菜种植及园林绿化后发现,底泥投放量超过270 t/hm2并逐渐增加时,青菜长势随之减缓;当增至1350 t/hm2时,青菜中铜、锌含量超标。而草坪草及园艺花卉随着底泥投放量的增加生长势头保持良好。

重污染的底泥处理后常直接被填埋或用于制造建筑材料。通过高温焙烧,底泥中大部分重金属固化在成品中,对环境影响小。

具体采用以上何种底泥处理方案要依据当地实际情况而定。

2.1.2 环境调水

环境调水是通过水利设施的调控将污染河道附近的清洁水源引入,使水中污染物快速扩散、净化和输出,缓解水体黑臭,但不能实现黑臭河道水质的长期稳定改善[8]。

萧山平原河网总体水质属劣V类,通过引入水源钱塘江干支流,水质明显好转,城区河道水质达到V类指标。同样的还有引贴沙河水冲洗官河等工程,短期内都有较好的效果。

2.1.3 曝气充氧

曝气充氧通过提高水体中的溶解氧含量达到恢复水生态系统的目的,被广泛应用。谌伟等人[9]实验发现,在深度为3.35～5.79 m离2.24 kW曝气机35 m远处仍可以测到其造成的水流,证明了即便是一个很小的曝气装置也可以发挥作用。杭州的小紫金港河、大小龙驹坞溪、老东岳溪及西溪河等均采用了机械曝气技术,显著增加了水体溶解氧含量与河道生物量。

曝气复氧船近年来也被广泛运用,但受设备、能耗等因素限制,只在小型河道或局部河道中使用[10]。目前杭州市内还没有应用曝气复氧船的实例。上海苏州河投入使用了国内充氧能力最大的一艘曝气复氧船,它利用国外先进的曝气复氧技术提高河流水体溶解氧浓度,加快苏州河的水质改善。

2.2 化学法

近年来,化学强化一级处理技术在城市污水处理领域的应用日渐成熟,学者们遂将其应用于污染河水的化学处理领域,开辟出了强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等一些快速高效的污染河水治理途径,但投加化学药剂不能根本解决污染问题。目前,加药絮凝法常用于改善城市自来水厂饮用水水质的净化,杭州的城市河道更多使用人工清淤、生态修复等物理的、生态的方法。

2.3 物理化学法

具有良好物理化学吸附性能的炭黑和有机膨润土等高效吸附材料被应用于河道内源污染控制,如底泥固化等。底泥固化技术是利用人工或天然材料使底泥中污染物质固化,减少对水体的释放与污染。在杭州市赵家浜河道污染源生态控制、生物修复中,通过投放炭黑,有效降低了河道底泥中氮、磷及大分子有机污染物的释放,避免了底泥疏浚产生的一些弊端。

2.4 生物—生态法

生物修复技术分为原位生物修复和异位生物修复,一般常指原位生物修复。原位生物修复技术包括水生植物修复、水生动物修复、微生物修复、人工湿地净化、生态浮床净化等。

2.4.1 水生植物修复

水生植物按植物生长特点分类,主要有挺水植物、漂浮植物、浮叶植物、沉水植物4类。水生植物在恢复受损和退化水生生态系统的过程中主要起到光合供氧作用、除浊和抑藻作用、污染物净化作用、促进生物对养性恢复作用等,但需要对水生植物定期清除枯叶、防治虫害。娄敏等[11]利用紫萍、水浮莲和凤眼莲3种水生漂浮植物对富营养化水体进行处理,发现3种漂浮植物能有效抑制藻类生长,去除富营养化水体中的总氮、总磷以及增加水体中的溶解氧。其中水浮莲和凤眼莲适应环境能力较强,处理效果较好。凤眼莲曾被应用于杭州古新河的生态修复,对古新河水质的改善发挥了重要作用。

2.4.2 水生动物修复

水生动物包括浮游动物、游泳动物和底栖动物。利用水生动物食取浮游藻类、游离细菌及有机碎屑等调控生态,减少藻类生物量。石岩等[12]的研究结果表明,草食性浮游动物、蚌和螺类及养殖草食性鱼类净化富营养化水体效果非常明显。杭州贴沙河的生态修复工程中曾投放大量鲢鱼和鳙鱼,通过投放鱼类并定期捕捞,有效减少了水华事件的发生。

2.4.3 人工湿地

人工湿地是一个综合的生态系统,利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用对污水、污泥进行处理,有运行效果稳定、二次污染少、能耗节省、护沙固沙、防水土流失、净化污染的优点[13-14]。杭州市的东穆坞溪和5号渠都采用了人工湿地技术,大大降低了水体中营养物质和有害物质的含量。

2.4.4 生态浮床净化

生态浮床技术是在被污染的水体中种植挺水植物和陆生植物,利用体系中的生物膜和种植植物对水质进行净化。浮床植物有除浊、抑制藻类和光合供氧的作用,能促进生物的多样性恢复,减缓风浪冲击,同时也提供了动物栖息地,景观效果好。浮床下可设置人工水草,强化水体净化效果。杭州市的蔡家河和5号渠都曾采用此技术,具有明显的水质改善效果。

然而,人工浮岛对河道的生态修复具有不可持续性,且费用高昂,维护更新麻烦。另外,浮床载体遮挡了沉水植物光合作用所需的光照,阻碍了河道生态系统的自我修复。

2.4.5 微生物修复

微生物修复技术主要利用水体中的土著或者外源微生物消除水体中的污染物。该技术的优点是水体净化效率高、可消化河底淤泥,但是受气候影响大,不适合流速快的河道。杭州市的蒋家浜河利用生物酶进行修复,虾龙圩工程将光合细菌用于改良底泥、控制黑臭等。应用于生物修复的微生物按照来源可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。

2.4.5.1 土著微生物

水体中存在着数量巨大、种类繁多的微生物,它们代谢类型多样、变异能力强,能够分解一些难降解甚至有毒的有机化合物,如除草剂、杀虫剂、增塑剂等。王玮等[15]通过向污染河流投加有效微生物菌群,赵志萍等[16]通过向黑臭河水中投加EM富集液和复合菌,都获得了较好的实验效果。

2.4.5.2 外来微生物

当污染水体中合适的土著微生物较少,可培养土著微生物的时间较短时,可以向水体环境中引入高效菌种,培养河道自身的生物环境。该技术可以借鉴投菌法治理废水的经验,如应用珊瑚色诺卡氏菌处理含腈废水,用热带假丝酵母处理油脂废水等。目前,用于微生物修复的高效菌剂可大批量商业化生产。

2.4.5.3 基因工程菌

工程菌采用基因工程技术,将降解性质粒转移到一些能在污水中生存的菌体内,能够高效降解难降解的污染物。工程菌的适应期比土著菌种的驯化期短,更容易适应生存,而且当其降解功能下降时可重新接种。在实际应用中,工程菌的安全性问题也非常突出,一旦没有把握好,会对环境造成不利影响。

鉴于土著微生物降解污染物的能力,微生物修复工程中大多应用土著微生物。

2.4.6 生态护坡修复

除上述修复技术外,近年来杭州也常应用生态护坡技术来治理城市河道。生态护坡技术综合利用工程力学、土壤学、生态学和植物学等形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统。该技术的优点:截留悬浮物和沉淀物质、内部生物膜对水体有净化功能、跌水为水体提供氧气、引导河流及洪水、防止水土流失等。同时该技术也存在垃圾清理工作困难的缺点。生态护坡施工方便,但运行维护较麻烦。杭州花坞口溪、王家坞溪的治理就综合应用了石笼网生态坝和植物种植,COD降解20%～50%,取得了较好的治理效果。

3 结 语

杭州市区的黑臭河道属于重污染水体,城区50%左右的河道处于劣V类,由于河道的水文条件、污染特征和水功能各不相同,所采用的污染治理和生态修复方法要因地制宜、因河而宜。根据水体受污的实际情况,针对性的选择物理、化学处理方法,在此基础上强化生物修复。由于杭州的河道重金属和有毒有害有机物污染较少,可以对杭州市河道进行生态修复,根据不同种类水生植物的生物学特性、耐污性和其氮磷的去除能力,筛选能适应黑臭河道水质现状的物种,让微生物、植物、水生动物充分发挥生物修复的作用。

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(责任编辑 郎忘忧)

水利部稽察组对浙江省海塘开展稽察项目复查

2012年7月31日至8月17日,水利部稽察组徐洪一行8人,对温州市鹿城区七都岛标准塘工程、台州市路桥区白沙外堤海塘加固工程和舟山市定海区白泉大闸加固工程进行了现场复查,并重点稽察了工程前期设计、建设管理、计划下达与执行、资金使用与管理、工程质量与安全、建后管护等方面的内容。浙江省水利厅有关部门及各市有关部门领导参与和陪同了项目复查工作。8月17日上午,稽察组向省水利厅反馈了复查意见。

稽察组认为在省水利厅的指导和各市、区的共同努力下,浙江省海塘稽察项目已经全面完成落实整改,省水利厅开展了包括海塘在内的各项稽察工作,加强监管,取得了良好的成效。同时,对于本次复查中发现的一些问题和不足,稽察组也提出了意见和建议。省水利厅将全面梳理总结,进一步做好海塘的监管工作。