低污染水生态净化组合技术应用

第27卷第7期2014年7月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciences陈乾坤，孙一宁，焦一淫，等.低污染水生态净化组合技术应用[JJ.环境科学研究，2014，27(7):719-725.Vol.27,No.7July,2014CHENQiankun,SUNYining,JIAOYiying，etα1.Appliedresearchoncombinedtechniqueforecologicalpurificationoflightlypollutedriver[JJ.ResearchofEnvironmentalSciences,2014,27(7):719-725.低污染水生态净化组合技术应用陈乾坤，孙一宁，焦一洼，胡志新，游文华，陈征，杨柳燕*南京大学环境学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京210023摘要:为有效提升低污染水体环境质量，采用生态净化组合技术，通过对环境基底改造、水质生物强化、水生植物恢复、水景观构建等处理技术的集成与优化，构建以活水为基础、以生态净化为核心、兼顾景观提升的低污染水体水环境组合整治系统.结果表明，该组合技术成功恢复大型水生植物18种，水生植物覆盖率达90%，形成由挺水植物、浮水植物和沉水植物组成的良性水生态系统.组合生态净化工程实施后，底泥pH由6.80-7.60升至7.30-7.90,Eh(氧化还原电位)由-210--150mV升至-62-31mV，底质生境得到显著改善;水体透明度由15-35cm显著升至83-145cm，下层水体ρ(DO)由O.48-1.03mg/L升至3.43-15.61mg/L，p(TN)、p(NH3-N)和p(TP)的削减率分别达到76%、859毛和92%;水体浮游植物总数和总生物量分别减少了84.0%和90.6%，浮游植物群丛类型由富营养蓝藻(平裂藻)型转变为中-富营养混合型.因此，水生态净化组合技术可有效净化低污染水的同时，还可提高水生态系统多样性.关键词:生态净化组合技术;低污染水体;氮;磷;水生植物中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:1001-6929(2014)07-0719-07DOI:10.13198/j.issn.1001-6929.2014.07.06AppliedResearchonCombinedTechniqueforEcologicalPurificationofLightlyPollutedRiverCHENQian-kun,SUNYi-ning,JIAOYi-ying,HUZhi-xin,YOUWen-hua,CHENZheng,YANGLiu-yanStateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210023,ChinaAbstract:Toimprovethequalityofawaterenvironment,acombinedtechniqueforecologicalpurificationincludingpollutedsedimentrestoration,waterqualitybio-fortification,macrophytereestablishmentandwaterlandscapeconstructionwasusedtotreatlightlypollutedwater.Acomprehensivewaterenvironmentimprovementprojectcenteredonecologicalpurificationcombinedwithhighlandscapepromotionwasconductedwithrunningwater.Theresultsshowedthattheintegratedtechniquesuccessfullyreestablished18speciesofmacrophytes.Therateofmacrophytecoveragereached90%,formingahealthywaterecosystemwithdifferentplantssuchasemergentplants,floating-leavedplantsandsubmergedplants.ThepHandEhofthesedimentswereenhancedfrom6.8-7.6to7.3-7.9and-210--150mVto-62-+31mV,respectively.Theresultsindicatedthatthesedimentsweresignificantlyimprovedbytheuseofthetechnique.Thewatertransparencyincreasedfrom15-35cmto83-145cm,andthep(DO)ofthebottomwaterincreasedfromO.48-1.03mg/Lto3.43-15.61mg/L.Meanwhile,theremovalratesofTN,NH3-NandTPreached76%,859毛and929岛，respectively.Thequantityandbiomassofphytoplanktondecreasedby84.0%and90.6%,respectively,andtheassociationtypechangedfromeutrophic­cyanophyta(Merismopedia)typetomeso-eutrophic-mixedtype.Thus,thecombinedecologicalpurificationtechniquenotonlyhadahigheffectintreatingalightlypollutedriver,butalsoincreasedthebiodiversityofthewaterecosystem.Keywords:combinedecologicalpurificationtechnique;lightlypollutedriver;nitrogen;phosphorus;maCI咽phyte随着区域经济的飞速发展和城市化进程的加快，收稿日期:2013-10-15修订日期:2014叩03-12基金项目:国家水体污染与控制与治理科技重大专项(2012ZX07101-∞创作者简介:陈乾坤(1988斗，男，安徽池州人，[e-mail].*责任作者，杨柳燕(1963-)，男，江苏海门人，教授，博士，博导，主要研究方向为环揽生物学，[e-mail]城市河流水质污染和生态退化问题愈发突出.耗氧性有机污染物和氮、磷营养盐的大量输入，导致城市河流水质恶化，甚至出现季节性和常年性水体黑臭现象[IJ]，对城市居民的生活和健康以及城市生态安全构成严重威胁，因此，提高城市河流等低污染水的水质、恢复水体生态和社会功能是城市可持续发展过程中亟待解决的关键任务之_[4-6].720环境科学研究第27卷目前，国内外采用的低污染河道治理技术主要包括物理法(如清淤、机械除藻、引水稀释、人工造流、曝气等)、化学法(如化学试剂除薄，加入铁盐促进磷的沉淀，加入石灰脱氮等)和生物法(如人工湿地处理、水生植物恢复、微生物修复和生态浮床等)[川]，这些方法各有利弊.由于多年持续、污染，低污染河道生态系统结构被严重破坏，单纯依靠物理和化学的方法不能从根本上解决环境问题[191应从恢复河流生态系统的结构和功能入手，采用生态修复组合技术，通过改善基础环境、恢复水生植物，引导生态系统向草型生态系统方向转变，构建良性循环的水生态系统，从根本上改善水质、提高水体净化能力.依照该原理，该研究以一条常年受到生活污水和地表雨水径流污染的低污染河道为对象，通过污染基底改造、水质生物强化、水生植物恢复、水景观构建等生态净化组合技术的集成与优化，研究生态净化组合技术对低污染水的治理效果，以期为低污染河道治理提供支持.1材料与方法1.1研究区概况研究区位于南京市仙林大学城某校园内，由上游湖体和下游河道两部分组成;水体水流方向为由东向西;湖体宽45-65m，长约140m;河道宽约15m，长约1.3km;水面总面积为26500m2，总水量为39750旷，最深水深为2.0m，平均水深为1.5m.生态净化工程实施范围为整个河湖水体.治理前，水源为外河道动力补水和地表雨水径流，水位较深，水体流动性差，河道驳岸均已进行硬质化处理，水底地形单一，底质较硬.由于不断受到上游生活污水的和地表雨水径流的污染，水质为劣V类.2011年夏季的水质监测结果表明，水体透明度仅为15-35cm;水体下层p(DO)几乎为零;氮、磷严重超标，p(TN)和ρ(TP)分别高达7.00和1.20mg/L,高p(NH3-N)和低p(DO)己造成鱼类等水生动物死亡;ρ(Chla)严重超标，水体严重富营养化.却12年3月的底泥监测结果表明，即(TN)在147.5-3俑.6mg/kg之间，ω(TP)在556-950mg/kg之间，Eh(氧化还原电位)为-210时-150mV，处于还原状态.1.2工程方案设计1.2.1生态净化组合工艺与实施基于水体较深、流动性差、河流及湖泊底质污染重、水体富营养化严重、几乎无大型水生植物生长的特点，采用生态净化组合技术，通过污染基底改造、水质生物强化、水生植物恢复、水景观构建等各种处理技术的集成与优化，构建以活水为基础的水环境组合整治系统，为水生植物、动物、微生物创造良好的生存环境，实现水生态系统的良性循环和良好的水景观，达到从根本上改善水质、恢复水体持续自净能力的目的.生态净化组合技术工艺流程如图1所示.圈1生态净化组合技术工艺流程Fig.1Combinedeco!~:;icalpurificationtechnique于2012年4月工程开始实施，5月完成对河湖基底的改造，6-8月进入生态净化和修复期，2012年9月1日起进入生态净化运行维护期.具体实施方案:水动力调控.活水是水环境组合整治系统的基础，采用潜水泵提水的方式加强工程区水体流动.在河道下游近出水口处建抽水泵站1座，放置功率为18.5kW，口径为15cm(流量约为330m3/h)自带过滤网的潜水泵2台(一用一备).沿河道铺设承压管，将水输送至上游猢体，形成水流循环.水泵每天运行20h，湖体和河道中的水约6d可以循环1次.水位调控.将河道顺地形走势用3座溢水坝分为4段，在溢水坝坝顶下方50cm处等间距开孔10个，开孔大小为100mmx100mm.为保证沉水植物的成活率，严格控制水位.在种植初期(15d)内，种植区水位控制在50cm左右;30d后视沉水植物生长情况，水位逐渐增至100cm左右;沉水植物生长稳定后，再逐步升至正常调节水位(150cm)运行.喷泉增氧.在上游湖体放置由功率为1.5kW的漂浮喷泉和固定锚组成的曝气设备1台，既可起到曝气增氧的作用，同时增加喷泉景观.河湖底泥改良及微地形塑造.在水生植物种植区河底平铺厚20cm的黄土，既可提高底泥Eh'减少底泥中氮、磷释放，又有利于水生植物生长.在河道靠岸边零星堆造水下小岛，形成多生境的微地形环境，可创造适宜多种植物生长的环境.底质化学环境改造.将纳米固磷材料与黄土混匀形成棍合底泥铺入问道中，纳米固磷材料按投入底质总量的5%添加，混合底泥厚5cm，其460m3•纳米固磷材料的投加，可加速水体中磷在底泥中的固定.第7期陈乾坤等:低污染水1:=态净化组合技术应用721生物填料净化.在河道下游放置1000mmx1000mmx1000mm的生物填料箱200个.生物填料箱由支架和生物纤维组成，可为微生物菌群提供载体，有助于微生物的快速生长;微生物可对污染物进行分解达到净化水质的目的其产生的分撼物还能起到生物絮凝作用，增强颗粒物的沉