城市半封闭河道水体生态恢复试验

城市半封闭河道水体生态恢复试验1刘军1刘斌1朱定洲2徐亚同（1广州市恒兆环境生物工程有限公司2华东师范大学环境科学与技术系）摘要：利用复合生态滤床、底泥生物氧化、水体生物修复和河道生态恢复等技术，对上海漕溪河富营养水体进行治理。结果表明，在每隔7-10天间歇性流量300-400m3/次的污水补水情况下，通过生物治理，消除了水体富营养和黑臭现象，从每个补水周期开始，7－10天内，CODcr除去率达50%以上，NH3-N除去率为40%，水体清澈见底。从2005年3月到2005年5月，河道生物多样性逐步增加，先后出现枝角类、桡足类动物和鱼类。表明对于已截污的城市半封闭河道，利用浸没式复合生态滤床对污水进行预处理，在此基础上，通过底泥生物氧化、水体增氧、河道生态恢复等措施，进行生物治理，可取得良好治理效果。本研究为城市半封闭河道的治理和养护提供了一套切实可行的方法。关键词：城市半封闭河道；生物修复；底泥生物氧化；复合生态滤床TheExperimentationOfEcological-MediationInWaterBodyOfHalf-ClosedCityRiver1LiuJun,1LiuBin,1ZhuDingzhou,2XuYatong(1GuangzhouHengZhaoEnvironmentalBiologicalEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510300;2DepartmentofEnvironmentalScience&Technology,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062)Abstract:Manualmultifunctionbiologicalfilterbed,biologicaloxidationpond,biologicaloxidationofthesedimentandbioremediationofwaterintheriverwerecombinedandappliedtocontrolthepollutionoftheShanghaiCaoxiriver,aEutrophicwaters.Theresultshowedthatthephenomenonofblackandodorsintheupperrivercouldbealsoeliminatedbybiologicaltechnology,undertheconditionofthehydraulicloadofdomesticsewerageashighas300~400m3every7-10days,intermittly.Thecolorofthewaterwaschangedgraduallyfromtheyellowoftheupperriverintotheyellow-greenofthelowerreaches,cleartothebottom,wheretheremovalefficiencyofCODCrandNH3-Nisabove50%and40%,respectively.Itindicatedthatthebiologic-diversityofriverwasalsorecoveredthattheamountofcladocera,copepodaandfishescameoutbysteadyoperationfromMarchtoMay,2005.Thisresearchshowedthatthecombinedprocessincludingbiologicaloxidationofthesediment,aerationandbioremediationofthewaterbasedonbiologicalpretreatmentbyimmersedmanualmultifunctionbiologicalfilterbedcouldeffectivelyeliminatethepollution.ThisprocesswouldbeafeasibletechnologytocontrolthepollutionofHalf-closedcityriver,whenthecut-offwastewaterengineeringwasavailableforthelackinginfund.Keywords:Half-closedcityriver;Bioremediation;Biologicaloxidationofthesedimentintheriver;Manualmultifunctionbiologicalfilterbed水体黑臭是我国城市河网的普遍现象，继苏州河干流水体基本消除黑臭以后，上海市水环境整治进入到一个新的历史阶段（1）。苏州河综合整治工程，特别是城市截污工程阻隔了苏州河干流和6支流以及其他小河道的水系沟通，形成许多通过翻水泵站与苏州河支流沟通的“断头浜”，河道水体基本不流动，但受纳两岸定期或不定期的污水补给，呈现半封闭河道特征（2）。随着城市截污工程逐步向中小河道推进，半封闭河道的生物修复和生态恢复治理已提到议事日程。为了探索城市半封闭河道治理技术，我们进行了上海市漕溪河生态恢复试验。河道概况漕溪河位于徐汇区轨道交通三号线漕溪路站附近，起点为汽车队，讫点为明珠线，长度180米，宽度12－13米，为淀北水利控制片，属龙华街道管辖。通过疏浚、截污、生态护岸等工程，沿线的污水已基本截掉，整治后的漕溪河底宽2米、边坡1:2.5、底标高1.5米，3米水位的槽蓄容量近1300立方米。但该河道与其它城市水系阻隔，只能通过雨水和截污管污水定期补给，特别是旱季，约7－10天补给污水一次，每次补给污水量为总水量的20％，约260立方米，补水水质CODcr﹥160mg/l，NH3—N﹥25mg/l，由于定期的污水补给，整治后的漕溪河水仍然呈现黑臭或富营养状态。漕溪河属于典型的上海市半封闭河道，其生态恢复治理具有较大的意义。1.2技术路线本研究应用河道生物修复和生态恢复原理，通过浸没式复合生态滤床、河道水体推流和增氧技术、底泥生物氧化和河道生态恢复技术等（3-9），对上海漕溪河进行治理（图1）。1.2.1浸没式复合生态滤床（11－20）浸没式复合生态滤床是一种新型的垂直流人工湿地系统，其特点是：①生态滤床直接布置于河道中，并浸没于水中，不需布水系统，河水直接自上而下自流，通过布置于河床的集水系统，进入集水池。②滤床填料分二种，植物种植区（沿河道垂直方向成行排列）采用特殊的吸磷聚氮填料，以保证植物根区的营养盐供应，便于植物对氮磷的吸收；其它区域采用10－15mm石砾，辅之以一定的吸磷聚氮填料，使填料尽快挂膜。③复合生态滤床种植的植物具有多样性，可以是挺水植物，也可以沉水植物，特别是沉水植物，通过其植物化感作用，对富营养水体藻类具有一定抑制作用。④在布水方式上，通过管道电控系统，在一定的时间内改变水流方向，定期对床体进行反冲，避免床体堵塞。⑤滤床水体流速大，滤床的净化功能主要通过水体连续不断的循环接触中国城镇水网氧化实现。漕溪河浸没式复合生态滤床分为30m2的3个区域，共计90m2，从上游到下游，3个区域床体低于正常水位的水面约380mm、200mm、100mm,分别种植沉水植物、高杆挺水植物、低杆挺水植物。1.2.2河道增氧和推流河道推流、增氧使城市黑臭河道昀常用的治理技术（2－10），将浸没式复合生态滤床和河道推流系统连接，通过水泵和回流管将集水池水体推到上游，使水体保持从上游到下游的单向流动，沿河道设置二组曝气区，每组曝气区由一台水车式增氧机（N=1.3kw，清水充氧量：1.4kgO2/h）和一台提升式增氧机（N=1.5kw，清水充氧量：2.59kgO2/h）组成，水车式增氧机主要起到增氧和推流作用，提升式增氧机主要起到混流、强化底泥的吸附和絮凝沉淀作用，通过河道增氧和推流，使河道水体保持一定的溶解氧和流态，有利于河道底泥氧化和河道水体的有机污染降解，促进底泥对水体磷的吸附，抑制水体富营养发生。漕溪河河道增氧和推流系统由二套推流泵和推流管组成，推流量为30T/h，总增氧量为7.98kgO2/h。1.2.3底泥生物氧化和河道生态恢复底泥生物氧化对河道生物修复河生态恢复使必不可少的（6、9），将土著微生物培养液(细菌含量1×106pic/mL)，和一定量共代谢底物等辅助药物（底泥生物氧化剂）一起共75mg/L，和Bioenergizer（简称BE）生物促生液7mg/L、Micatrol（简称MIC）生物解毒剂1.5mg/L，用河水稀释混合后，通过靶向给药技术直接喷射于河道底泥内，以促进河道底泥氧化，同时开动增氧和回流系统。此过程连续进行4d。在第一阶段底泥生物氧化基础上，连续5－10d均刀泼洒3mg/LBE和50mg/L微生物培养液，同时启动水体增氧设施，药物使用量根据当天污水流量和流入污水CODcr、NH3-N等指标作适当调整，同时将周边富营养湖泊的水体1000kg，底泥10kg接种于河道，开动增氧和回流系统，待水体透明度达到400mm后，在浸没式复合生态滤床种植沉水植物、挺水植物，以逐步恢复河道自然生态系统。1.3试验装置和工程项目漕溪河生态恢复试验项目设计分为浸没式复合生态滤床、河道水体增氧和推流、底泥生物氧化和河道生态恢复等工程项目。1.4试验过程试验从2005年2月26日开始施工，3月底完成施工和设备安装，4月1日开始进行工程调试阶段，至4月13日，河道生态基本建立，河道进入正常的试验和运行管理阶段。1.5采样点及采样方法分别位于上、中、下游（图2），河道理化和生物学指标以3个样品的平均值计算。水样用500ml取样瓶直接取样，并于当天测定各项指标，底泥采样点同水体,用自制底泥采样器(直径15cm玻璃柱)取河床表面20cm泥柱，在30℃烘箱24小时烘干，取烘干泥样测底泥TOC和底泥生物活性（G值）。1.6原水水质及测定方法（1）1.6.1处理前原水水质如下CODcr为126mg/L左右，NH3-N为30mg/L，水体表现为极度富营养的深绿色，有时表现为黑臭状态。1.6.2测定项目与方法DO：采用上海产溶解氧测定仪，于每天上午11：00现场测定；透明度：采用自制塞氏盘进行测定，于每天上午11：00现场测定；pH：采用上海产笔式pH计，于每天上午11：00现场测定；NH3-N：采用纳氏比色法进行测定；CODcr：采用重铬酸钾法测定；底泥TOC：参照土壤TOC测定方法；细菌总量：采用平板培养法；微型动物：用吸管吸取1滴（约0.05mL）水样，在血球计数板上直接进行活体观察并计数。2试验结果与分析2.1CODcr和NH3-N去除效果漕溪河属于典型的城市半封闭河道，截污后无补水水源，除通过自然降水补充河道水分蒸发和下渗外，需要间歇性地补充污水以维持其作为城市生态景观功能的正常水位。间歇性补充污水时间周期为7—10天左右（即污水停留时间HRT为8d左右）。河道增氧推流和复合生态滤床等工艺对污染水体具有较高的处理效率，能有效除去CODcr、SS和NH3-N。从4月13日系统正常运行后，4月15日开始补给外源污水，补水后6天内，河水CODcr从110mg/l降到58mg/l，除去率为47％，NH3-N从16mg/l降到9mg/l，除去率为44％，4月21日进入第二个补水周期，污水补给后，CODcr和NH3-N分别从58mg/l、9mg/l上升至89mg/l、13mg/l，随后降低，在9天时间内，CODcr、NH3-N分别降至43mg/l和5.7mg/l，除去率分别为52％和56％，超过第一个补水周期。第3个补水周期为10天，在第3个补水周期内，CODcr、NH3-N除去