大目湾新城围垦区水源污染生态修复研究与实践

178文／叶郁　徐诺　　YeYu　XuNuo作者简介叶　郁　北京林业大学园林学院　博士后　讲师徐　诺　北京林业大学园林学院　硕士研究生基金项目：北京市共建项目专项资助象山大目湾新城属于新开发围垦区，新城外域来水以面源、生活源为主夹带工业源及污水厂尾水混合的污染河道水，基于对水源污染现状的调查分析，研究污染防治工程存在的问题，提出水源生态修复技术的设计方案。ABSTRACTXiangshanDamuBayNewTownbelongstothenewlydevelopedreclamationarea.Theoutsidewaterareaofthenewcityismainlypollutedriverwatermixedwithindustrialsourceandtailwatermixedwithsurfacewaterandlivingsource.Basedontheinvestigationandanalysisofwaterpollution,thepollutionpreventionprojectTheexistingproblems,proposedwaterecologicalrestorationtechnologydesign.大目湾新城；水源污染；生态修复DaimuwanNewCity;WaterPollution;EecologicalRestorationKEYWORDS大目湾新城围垦区水源污染生态修复研究与实践TheResearchAndPracticeOnEcologicalRehabilitationOfWaterSourcePollutionInTheReclamationAreaOfDamuBay浙江沿海中部象山大目湾新城位于北纬28°45′、东经121°34′的黄金海岸旅游带中心位置，三面临山，一面靠海，气候属于亚热带季风性湿润气候。1.大目湾新城水源环境现状分析大目湾新城处于象山丹城镇的出海口，属于新开发围垦区，因此大目湾成为上游城镇污水、工业开发区废水、农业面源污废水，以及污水处理厂尾水等的集中排放受纳地。平常日（除雨季泄洪外）流入新城的水量平均为3万吨/天，现状是未经处理流入新城的水体水质为劣Ⅴ类水质。（图1）1.1入流大目湾新城河道水质分析象山环保局对入流大目湾新城的三条河流2004-2009年的水质监测结果详见表1。经统计，东、西、南大河2004-2009年5年平均值与地表水环境标准III类和V类水的水质目标值比较后得出：BOD、T-N（总氮）、NH3（氨氮）、T-P（总磷）以及DO（溶解氧）等5项指标均比V类水标准高出4-6倍。尤其是营养盐相关项目（总氮、氨氮及总磷）达到了标准值的10倍。河流中有机物氧化消耗了大量的氧气，是导致水体缺氧的重要原因之一。1.2入流大目湾新城河道污染分析现阶段，引起大目湾河流污染的主要污染源之一是工业废水的排放。由于我国经济发展水平的原因，即使经污水处理厂达标处理的污水，其允许尾水排放值也远远大于水体富营养化控制要求值，致使河流水体污染严重。来自农田的化肥、农药的流失量增多，郊区畜禽养殖业的发展，规模化养殖场的粪尿和废水其本上未经处理就直接排入河流，成为日益严重的污染源。2.生态修复理论与技术路线生态修复是遵循生态学规律，主要依靠生态系统的自组织、自调节能力对环境或生态系统本身进行修复。在适当的人工措施辅助下，恢复生态系统原有的保持水土、调节小气候、维护生物多样性的生态功能和开发利用等经济功能[1]。生态修复不是指将生态系统完全恢复到其原始状态,而是指通过修复使生态系统的功能不断得到恢复与完善。生态修复的基础和前提是对生态系统的退化程度进行诊断和评价，因地制宜地实施区域生态修复技术措施，在具体实施时更趋向于多种技术的集成[2]。污染水体净化处理方案选择多样，主要有常规的二级处理、纯生态处理方案以及集成技术生态处理方案等。①常规二级生物处理常规二级生物处理主要工艺有：活性污泥法，生物膜法。主要执行《城市污水处理综合排放标准》（GB18918—2002），一级A、一级B及二级标准。二级污水处理虽然工艺成熟，但它是纯消耗型水处理工艺，投资造价高（一般为1500-2000元/m3/d），运行费用高（一般0.6—0.8/m3），能源消耗大，污泥产量大。②纯生态处理纯生态处理指的是单一或单纯利用土地、湿地、池塘等处理，包括土地渗滤，地表漫流，自然湿地，人工湿地，生态塘及人工湿地组合模式和原位生态修复处理等。生态处理技术出水完全附合深度处理要求，可回用于多种功能目标。但也存在着许多缺陷，诸如，占地面积大，冬季处理效率差等。③集成技术强化生态处理集成技术强化生态处理着眼于生态系统可持续发展能力的整合，它根据整体、协调、循环、自生的生态控制原理去调控生态系统结构要素，设计工艺流程，信息反馈关系及控制机构，在系统范围内获取最佳的经济和生态效益。集成技术强化生态处理建设成本低、能源消耗较低，运行成本低，管理方便，是一种全年稳定可控的集成技术新工艺。其出水水质完全可达到深度处理要求，甚至可以达到（或接近）地表水三类的要求。3.大目湾新城围垦区水质生态净化方案设计3.1技术思路大目湾新城属于新建城镇，主要污染源是外域污水（劣Ⅴ类）通过控制闸门输入区内，以闸门为节点，在一期防洪堤闸门内进行集约式污水生态净化处理，为新城提供合格的景观环境用水，避免污染扩大到整个流域，破坏水环境。（图2）3.2工艺设计方案本工程除水质生态净化外，在雨洪情况下还需满足蓄洪功能。为此，本处理工艺分为“沉沙区”与“生态净化处理”两部分。“沉沙区”主要保证来水的泥沙可以在此区段沉淀，不造成后续生态净化过滤区段的堵塞。“生态净化处理”主要通过活性生物膜、漂浮植物、沉水植物和挺水植物的吸附降解作用净化水质，最后通过高密植物过滤区进一步保证出水水质的色度等指标。工艺流程：进水→预处理系统→强化生物膜系统→营养盐集约式植物资源化系统→植物生态滤地系统→出水各工艺单元设计及说明：①前置处理系统（系统I）主要功能：a.阻隔来水水面垃圾漂浮物、沉淀水体泥沙；b.消减水能、平稳水流避免水流对以下功能区的冲击；c.起到一定的滞洪蓄水作用。②强化生物膜系统（系统II）主要功能：a.污水接触氧化池中的载体，通过微生物膜吸附降解有机物质，促进BOD、COD的降解。b.漂浮植物吸收水中的N、P等营养物质；有毒有害重金属、难分解有机物也经植物提取，通过定期移除植物带出污染物质；根系分泌的酶能促进污染物降解。c.水体中携带的NH3-N，部分NH3-N在微曝气中向空气中挥发，大部分通过强化附着硝化菌群氧化转变成NO3-N，便于后续反硝化脱氮。d.经过生物膜接触氧化和水生植物的共同作用，残留污泥变得易于凝聚沉降，在沉淀池中沉积，定时排出。磷也通过好氧、厌氧以及聚磷菌的固定，部分经沉淀污179153|2016|12景观园林泥输出。③营养盐集约式植物资源化系统（系统Ⅲ）强化生物膜系统出水进入营养盐集约式植物资源化系统，该系统主要为多级串联池塘组成，配置高效吸收营养盐水生植物、接种微生物及多规格组合填料。主要功能：a.大型牧草、花卉生物量大，生物积累量高，太阳能利用率高，能快速大量吸收氮、磷等营养物质。b.植物根系发达，根区到达深度远，吸肥量大，根区微生物作用大，具有一定的降解分解有机物的能力，进一步降解BOD、COD污染。c.具一定的促进沉降作用，促使磷等矿物盐沉淀输出。以上系统II、系统Ⅲ多级交叉串联布置，以提高水质净化效率。参考文献：[1]杨少林,盂菁玲.浅谈生态修复的含义及其实施配套措施[J].中国水土保持,2004,(10).[2]董哲仁,刘倩,曾向辉.受污染水体地生物一生态修复技术[J].水利水电技术,2002,33(2).[3]刘树坤.刘树坤访日报告:湿地生态系统的修复(四)[J].海河水利,2002,(4).[4]KlausPuz1JugenBenndorf.Theimportanceofpre-reser-voirsforthecontrolofeutrophicationofresevoirs[J].WaterScienceandTechnology,1998,37(2).[5]李守富,王宏宇.以科学发展观加强磨盘山饮用水源地的水质保护[J].环境科学与管理,2007,32(3).④高效自净水生生态系统（系统IV）本系统设计配套冬季保温阳光房。营养盐集约式植物资源化系统出水进入高效自净水生生态系统，该系统设多级串联生态表面流湿地，配置具有高效净水能力的水生植物或多种水生蔬菜，养殖鱼类。本系统为进一步深度净化难分解有机物，通过植物茎杆、根区营养膜降解，水质深度澄清，残存NH3-N、NO2-N基本转化去除。⑤高效生态滤地系统（系统V）高效自净水生生态系统出水进入高效生态滤地系统，该系统设多级串联植物根控滤地，配置高密度根系植物。在适宜的河床上通过筛选、培育净化能力强的土著植物（如芦苇、香蒲等），构建人工湿地系统，其原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重作用来实现对水质的净化,其显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力[3]。该系统能进一步沉降粒径较小的泥沙,氮、磷的去除率分别可达35%和50%左右[4]。4.水源生态净化技术应用特点本项目通过生物膜氧化前处理与生态系统相串联组合工艺，完成大目湾新城入流污水污染物消减，同时具有高效去除营养物质N、P的新工艺。河道污水中的营养物质其实是良好水肥资源，通过花卉植物、牧草植物把氮、磷等物质同化，取出植物体，或加工或直接提供市场和牧场，可实现废物的资源化。5.结语象山大目湾新城外域来水以面源、生活源为主夹带工业源及污水厂尾水混合的污染河道水，集成技术强化生态处理技术方案适合当地水环境水体的生态修复净化。未来，生态修复工程的实施仍要坚持以增加植被、水土保持、生物多样性为重点[5],以保护水质为目的，以维护生态环境良性循环为最终目标，将新的科学理念融入水源保护工作的各个层次中，逐步促进生态的水源保护和水资源调控。图1　大目湾水系规划示意图（图片来源：作者自绘）图2　淡水水系配水生态塘处理后水量进入新城示意图（图片来源：作者自绘）表1　东、西大河、南堡河水质监测结果（图表来源：象山环保局绘制）