苏南地区河道低污染水生态修复技术研究

张瑞斌

（1.江苏龙腾工程设计有限公司，江苏 宜兴 214206；2.南京大学环境学院 ，江苏 南京 210023）

苏南地区河道低污染水生态修复技术研究

张瑞斌1，2

（1.江苏龙腾工程设计有限公司，江苏 宜兴 214206；2.南京大学环境学院 ，江苏 南京 210023）

以乌溪港的支流西渡河为例，开展了河道低污染水生态修复技术研究，研究出适用于苏南河网地区的生态修复技术，包括潜没式生态床技术、生物接触氧化技术、生态浮岛技术等，通过进一步优化，可形成适合于太湖流域河网地区的水环境质量改善和生态修复关键共性技术。

河道；低污染水；生态修复；水生植物；西渡河

太湖流域的污染负荷主要来自于入湖河流及其支流，开展入湖河流及其支流水环境综合治理对太湖流域水环境和湖体富营养化改善具有重要的意义。本研究通过在河道水体中集成生态修复技术，使河网水质达到功能区要求，降低入湖河流乌溪港及其支流的污染物总量，从而降低太湖流域污染负荷[1,2]。通过对西渡河的水质现状及区域状况分析，对西渡河进行水体生态修复技术研究，研究出适合于太湖流域河网地区的生态修复关键技术，为太湖流域生态处理技术优化提供基础，为相关示范工程的顺利进行提供技术支持。

1 研究区域概况

乌溪港河位于江苏省宜兴市丁蜀镇南端，西起莲花荡，东入太湖，西至铜官山山脚，是南部山区主要的泄洪入湖河道，是太湖重要的入湖河流。主河总长5.1km，平均河面宽40m，河底宽20m，年径流量1.736亿m3。乌溪港主要流经定溪村与洑东村，拥有4条支浜，分别为乌溪河、西渡河、长征河、东横荡河，支浜长度分别为2.3km、1.8km、1.2km、7.8km，总长为13.1km。

西渡河位于宜兴市丁蜀镇，全长1.8km，河宽平均14m，河深平均1.47m，水流缓慢。水体中有浮萍、水花生等水生植物，水体季节性地在富营养化水体与浊水藻水体之间变换。河流穿过池潭村和磨坊村，汇水面积约1726亩，其中耕地约873亩，多为水稻田、菜地等。

2 西渡河水质现状

由于西渡河河道附近没有污水处理厂，周边居民的生活污水基本上没有经过处理，一般都是直接排入附近的小河或小塘里；卫生间和洗澡的污水及其它一些废水排入化粪池后被排入村河中。河道两岸居民生活污水未经有效处理而汇入西渡河，使西渡河水质呈恶化趋势，主要污染指标为COD、氨氮、总氮，污染源主要为生活污水和农业面源，属于地表水劣V类。

为了解西渡河的水质状况，在西渡河上游、中游、下游布设了3个采样点，同时为对比与乌溪港的差异，在西渡河汇入乌溪港的下游（4#采样点）设置采样点监测乌溪港水质状况（监测点布设见图1）。

图1 西渡河地理位置及监测点布设图

监测结果显示西渡河各监测点水质基本无很大差异。乌溪港处即监测站点4#，水体中氨氮、总氮、总磷均高于西渡河，而硝氮含量低于西渡河，这从一定程度上表明西渡河的水质略好于乌溪港，水体中硝氮含量高也表明水体的自我净化过程良好。同时河段水流缓慢，污染物质难以快速降解，导致水体浊度较大。

3 生态修复技术研究

针对西渡河的污染特征和水体的功能要求，设计西渡河生态修复技术研究方案，采用潜没式生态床技术、生物接触氧化技术、生态浮岛技术等转化氮磷营养盐，强化净化河道水体水质[3]。西渡河两岸全部采用岸边修复，河道中上游与下游均采用生态浮岛技术，中上游与中下游分别采用潜没式生态床技术和生物接触氧化技术，并设计生态透水坝2处。

根据调查，西渡河土著植物有水浮莲、浮萍、睡莲、金鱼藻、芦苇、香蒲、美人蕉以及岸边的大型乔木等。综合考虑本研究拟选择沉水植物中的黑藻、金鱼藻、苦草，浮水植物中的浮萍、睡莲，挺水植物中的水蕹菜、芦苇、香蒲、黄菖蒲、茭白、荸荠、美人蕉、旱伞草等进行生态修复[4,5]。

3.1 潜没式生态床技术

潜没式生态床技术是采用潜没式生态床处理河湖、水库水体污染的一种技术。潜没式生态床包括浮力调节装置、锚定装置、沉水植物床、微生物床、曝气装置、微孔曝气管，其中潜没式生态床上部为沉水植物床，下部为可撤卸式微生物床，潜没床底部设微孔曝气系统，潜没床顶部为浮力调节装置，底部为锚定装置。

潜没式生态床既可以根据所种植水生植物种类调节水深，适合挺水植物、漂浮植物、沉水植物生长，为水生植物与水中微生物在水体有氧—缺氧条件下的生长提供条件，又可以根据河、湖、水库水体透明度条件调节床体深度[6]。因此，应用潜没式生态床技术可在水体透明度低、水位波动大，沉水植物难以存活的水域进行水体生态修复，而潜没式生态床能够对床体立体位置进行调节，依照水质状况改变生态床的潜没深度，使生态床的应用范围更加广泛[7]。

3.2 生物接触氧化技术

生物接触氧化床是采用适宜于微生物生长的挂膜材料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的。采用多种性质的填料进行微生物挂膜研究，筛选适宜于微生物生长的挂膜材料[8]；根据微生物生长特性筛选不同性质、形状的填料，分析采用不同挂膜材料时，微生物挂膜的生物量、挂膜速率和对水体污染物的去除效果[9]。

3.3 生态浮岛技术

研究生态浮岛技术与固定化氮循环细菌技术集成对西渡河水体的净化作用，着重研究生态浮岛植物－固定化氮循环细菌微生物之间互利共生强化去除湖泊水体氮磷的作用[10]。在潜水湖泊水体采集、驯化、筛选高效脱氮细菌，包括氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌；研究制备出适宜于微生物生长，具有生物相容性、环境和谐性的微生态型固定化载体；采用高新技术将筛选出的高效氮循环细菌固定在生物相容性载体上，研究制备出固定化高效脱氮细菌（氨化、硝化、亚硝化、反硝化细菌）；研究采用生态浮岛植物－固定化氮

循环细菌技术强化净化西渡河水体中的氮、磷营养盐。生态浮岛示意见图2。

综合考虑水生植物的净化效果、生长季节、存活难易、土著种类、景观效果、后续管理、长效管理及水体中营养物质监测结果等综合因素，选择对TN、氨氮、总磷处理效果好的水生植物，同时选择挺水植物、沉水植物、浮水植物相结合进行配置。对TP去除效果较好的水生植物有：沉水植物中的黑藻、苦草[7]，挺水植物中的芦苇、香蒲、黄菖蒲、茭白、荸荠[11]，浮水植物中的水浮莲、浮萍、水蕹菜[12]。对氨氮去除效果较好的植物有：沉水植物中的黑藻、金鱼藻、苦草、轮藻，挺水植物中的芦苇、香蒲、菖蒲、水葱、茭白、莲藕[13]，浮水植物中的水浮莲、浮萍、水蕹菜、菱、雨久花、睡莲，陆生植物中的美人蕉、旱伞草，其中水浮莲[14]、浮萍效果最好。

3.4 生态透水坝

生态透水坝[15]包含控制层、过渡层、溢流层、稳定层四个部分，具有以下显著的优点：无动力运行，降低了建设成本，具有很好的针对性，可以获得10%左右的COD去除率，10%～20%的TN去除率，20%～40%的TP去除率。生态透水坝的设计流程为首先勘测筑坝地址的地形条件和查询水文气象资料或其他设计资料，得到生态透水坝的几何参数和设计流量，将上述参数代入渗流力学中的杜平公式中进行试算，得到合理的渗透系数和停留时间，然后进行生态透水坝进一步的设计，选择合适的砾石级配、筑坝材料、种植植物[15]。生态透水坝示意见图3。

图2 生态浮岛示意图

图3 生态透水坝示意图

4 研究成果及后续研究工作

4.1 研究成果

河道低污染水生态修复的步骤为：1）在河道中按水流方向，河道两岸全部设置岸边修复；2）在河道上游设置生态浮岛与岸边修复带；3）在河道上游与中游之间设置生态透水坝；4）在河道中游设置潜没式生态床与生物接触氧化床；5）在河道中游与下游之间设置生态透水坝；6）在河道下游设置生态浮岛与岸边修复带。

4.2 后续研究工作

苏南地区为平原河网区，该地区类似西渡河以收纳生活污水、农田尾水等低污染水为主的河道很多，河道低污染水生态修复技术应用空间较大。以下工作有待深入研究：1）对河道低污染水生态修复技术的处理效果进行分析与评价；2）在对处理效果分析评价的基础上，提出河道低污染水生态修复技术的优化方案；3）在乌溪港流域以及整个苏南河网地区示范推广，最终形成适合于太湖流域河网地区的河道低污染水负荷削减生态修复技术体系。

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Study on Eco-restoration Technology of Watercourse Light Polluted Water in Southern Areas of Jiangsu

ZHANG Rui-bin

X703

A

1006-5377（2015）10-0046-03

江苏省自然科学青年基金项目(BK20140603)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(20620140486)；太湖西岸（宜兴地区）水环境综合治理规划研究(太湖流域水环境综合治理专项)。