摘要 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，城市黑臭河道問題日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了城市形象、生態(tài)環(huán)境和居民身心健康。利用多水塘活水鏈人工濕地技術(shù)凈化江蘇常州永勝河河水水質(zhì)。監(jiān)測結(jié)果顯示：該技術(shù)使水體總氮濃度削減了92.0%、總磷濃度削減了82.9%，處理后的水體總氮、總磷含量達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目年處理水量約30萬t，每年以較低的成本(平均水處理費(fèi)用約為0.03元/t)，削減總氮、總磷和氨氮量分別為1496.6kg、176.0kg和1408.6kg。通過引植多種浮葉植物、挺水植物、沉水植物，該濕地修復(fù)工程為當(dāng)?shù)貭I造了優(yōu)美的濕地景觀。多水塘活水鏈人工濕地是集經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、環(huán)境效益于一體的新型水體生態(tài)治理技術(shù)，為我國城鎮(zhèn)黑臭河道治理提供了一條新的途徑。

　　關(guān)鍵詞 多水塘;活水鏈;人工濕地;黑臭河道;水質(zhì)凈化;景觀營造

　　黑臭水體是我國當(dāng)前突出的水環(huán)境問題。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部“全國城市黑臭水體整治信息發(fā)布”平臺(tái)信息顯示，截至2020年5月，我國黑臭水體總認(rèn)定數(shù)為2869個(gè)(住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和環(huán)境保護(hù)部,2018)，其中約70%的黑臭水體分布在華南、華中及華東等地區(qū)。這些季節(jié)性和常年性水體黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重影響了我國城市形象、生態(tài)環(huán)境和市民身心健康。因此，急需采取行動(dòng)消除城市黑臭河道，改善城市水環(huán)境質(zhì)量，以保障城市人居健康，促進(jìn)社會(huì)和諧與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展(張敏,2010)。

　　太湖流域是我國人口密度最高、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域之一(龍珍等,2015)，近年來，高速的工業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)化使得太湖流域水資源面臨著嚴(yán)重的生態(tài)威脅，其中，黑臭水體是最突出的問題之一。根據(jù)江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳數(shù)據(jù)，自2016年起，僅江蘇省排查發(fā)現(xiàn)設(shè)區(qū)市和太湖流域縣級(jí)城市建成區(qū)黑臭水體共458個(gè)(江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳,2019)。2015年4月，國務(wù)院頒布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出了分期整治城市黑臭水體的目標(biāo)(王寅娜,2015);國內(nèi)學(xué)者也從控源截污、內(nèi)源控制、生態(tài)修復(fù)和補(bǔ)水活水等方面對(duì)黑臭水體整治技術(shù)措施進(jìn)行了研究和闡述(劉曉玲等,2019)。本研究以太湖流域支浜永勝河為例，通過使用多水塘活水鏈人工濕地工藝和生態(tài)修復(fù)技術(shù)，展示城鎮(zhèn)黑臭河道治理方法和實(shí)際情況，以期為我國城鎮(zhèn)黑臭水體治理提供參考。

　　1黑臭河道治理研究現(xiàn)狀

　　1.1黑臭河道特征

　　黑臭河道是指過量納污引起水體供氧和耗氧失衡，從而導(dǎo)致河道水體發(fā)黑、發(fā)臭的現(xiàn)象，其成因是多方面的，涉及的因素包括溶氧、有機(jī)污染物、氣溫等。根本原因是進(jìn)入水體的大量有機(jī)物超過了水體可降解和凈化的負(fù)荷，經(jīng)分解、腐敗產(chǎn)生了腐殖質(zhì)等發(fā)臭物質(zhì)和刺激性氣體(錢嫦萍等,2009)。通常表現(xiàn)為缺少必要的水體循環(huán)、溶解氧含量低、水體自凈能力喪失、水生動(dòng)植物大量死亡。此外，由于河道底泥持續(xù)釋放氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，水體易富營養(yǎng)化并引起“水華”(傅翔宇等,2016)。

　　1.2黑臭河道治理方法

　　1.2.1 物理方法 物理方法是早期河道治理中普遍采用的一類方法，主要包括：利用人工或者機(jī)械對(duì)污染河道進(jìn)行疏挖底泥、機(jī)械除藻;使用生態(tài)調(diào)水進(jìn)行引水沖淤和水量調(diào)節(jié)，此方法較大程度地削減底泥對(duì)上覆水體的污染(秦伯強(qiáng)等,2006);還可通過對(duì)河道上游或附近水源進(jìn)行污染控制，在短期內(nèi)可提升下游水質(zhì)。

　　1.2.2 化學(xué)方法 化學(xué)方法是指向水體中添加一些化學(xué)藥劑，起到混凝沉淀、殺藻、促進(jìn)磷氮等物質(zhì)的沉淀脫離，是一種相對(duì)比較快速而有效的方法，對(duì)于水體中的重金屬治理具有較好的去除效果。化學(xué)方法的弊端是容易造成水體二次污染，影響水體生態(tài)系統(tǒng)，且不利于水生動(dòng)植物的恢復(fù)。

　　1.2.3 生物治理與生態(tài)修復(fù) 

　　水體的生物治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要包括人工增氧技術(shù)、生物膜技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、土地處理技術(shù)和水生植物凈化技術(shù)。(1)人工增氧技術(shù)。在河道中建設(shè)移動(dòng)或固定的充氧平臺(tái)，通過增氧措施，加快水體中溶解氧與臭污物質(zhì)之間的氧化還原反應(yīng)，提高水體中好氧微生物活性，促進(jìn)有機(jī)污染物降解，提升河道的自凈 能力，促進(jìn)水質(zhì)改善(錢嫦萍等,2009)。(2)生物膜技術(shù)。利用載體將微生物集中附著于載體表面，形成膜狀，與污水接觸時(shí)，這些微生物會(huì)大量吸收同化水中的有機(jī)物，達(dá)到凈化水體的效果。

　　(3)生物修復(fù)技術(shù)。向河道中投加微生物菌種或微生物促生劑，增加河道中微生物的含量，通過微生物降解污染物，達(dá)到凈化效果(曹承進(jìn)等,2015)。(4)水生植物凈化法。通過在水體中種植浮萍(Lemnaminor)、蘆葦(Phragmitescommunis)等水生植物，利用水生植物的特性改善水質(zhì)，同時(shí)營造獨(dú)特而美觀的河道景觀(焦志杰,2017)。黑臭河道難以采用傳統(tǒng)、單一的手段徹底消除。此外，部分黑臭河道治理工程還因“重治理輕保持”“重短期輕長效”而陷入“年年治理、年年黑臭”的怪象。因此，在當(dāng)前黑臭河道治理過程中，選擇并集成合適的工藝和技術(shù)是亟待解決的問題。

　　2黑臭水體治理和景觀提升設(shè)計(jì)

　　2.1永勝河水質(zhì)概況

　　2.1.1 永勝河概況

　　永勝河位于江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)境內(nèi)，全長5.7km，平均河寬15m，平均水深2m;主導(dǎo)流向自北向南、由西向東，匯入連通武宜南運(yùn)河和太滆運(yùn)河的重要河道——永安河。永勝河因途經(jīng)農(nóng)業(yè)區(qū)、鎮(zhèn)集生活區(qū)和工業(yè)區(qū)，河道內(nèi)匯集了來自工業(yè)污染源、城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染，為一條復(fù)合污染型的河道。作為太湖流域河道整治的重點(diǎn)工程永安河的支流之一，永勝河的水質(zhì)改善和水生態(tài)恢復(fù)對(duì)太湖流域綜合整治工程至關(guān)重要。本項(xiàng)目永勝河水質(zhì)改善目標(biāo)為：經(jīng)治理后，考核斷面(永勝河與永安河交匯處)關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.1.2 永勝河水質(zhì)狀況 

　　永勝河河水依次流經(jīng)永勝河一號(hào)橋(監(jiān)測點(diǎn)A)、寺橋(監(jiān)測點(diǎn)B)、永勝橋(監(jiān)測點(diǎn)C)、東壩(監(jiān)測點(diǎn)D)，并于考核斷面(監(jiān)測點(diǎn)E)所處位置匯入永安河。2015年，研究人員于治理項(xiàng)目實(shí)施前分別在A至E5個(gè)位置布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)采集水樣，根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》進(jìn)行水體理化指標(biāo)實(shí)驗(yàn)室分析。

　　監(jiān)測結(jié)果表明，永勝河全段氨氮含量為2.14～17.76mg/L，總氮含量為4.02～25.12mg/L，總磷含量為0.53～1.06mg/L。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)，永勝河氨氮、總氮、總磷全段超標(biāo)，所有監(jiān)測點(diǎn)均未達(dá)到地表V類水標(biāo)準(zhǔn)。從污染因子上看，水質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)氨氮高、總磷高、碳氮比失衡等特征，外觀上呈現(xiàn)水體透明度低、沉水植物難生長等現(xiàn)象，總體呈現(xiàn)由西向東逐漸惡化的趨勢。此外，監(jiān)測結(jié)果還反映出永勝河水質(zhì)與沿線周邊土地利用現(xiàn)狀有關(guān)，永勝河一號(hào)橋周邊以生活污水為主要污染源，周邊有部分生活污水匯入永勝河，寺橋—東壩之間以工業(yè)污水為主要污染源，污染程度逐漸加重。

　　2.2多水塘活水鏈人工濕地工程

　　多水塘活水鏈人工濕地是一種水處理創(chuàng)新工藝，包含了由水生動(dòng)物塘、藻類塘、蘆葦床、潛流人工濕地、沉水植物塘、魚類產(chǎn)卵區(qū)、鳥類棲息塘等多塘體構(gòu)成的人工濕地，通過結(jié)合一系列生態(tài)修復(fù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)削減水污染物濃度、提高水體生物多樣性、提升系統(tǒng)景觀觀賞性等目的。

　　與傳統(tǒng)人工濕地技術(shù)相比，多水塘活水鏈工藝除了利用微生物、植物和基質(zhì)的作用之外，還充分發(fā)揮了水生動(dòng)物的捕食食物鏈和腐食食物鏈功能，提高濕地的污染削減能力;同時(shí)，復(fù)雜食物鏈的引入也使項(xiàng)目區(qū)的生物多樣性大大提高;此外，建設(shè)完成的人工濕地也將成為市民休閑、娛樂、宣教的一部分，具有較好的綜合性功能。本項(xiàng)目中，多水塘活水鏈人工濕地工程可具體分為河道水質(zhì)凈化工程和河道生態(tài)景觀工程，實(shí)施期為2015年10月至12月。

　　2.2.1 河道水質(zhì)凈化工程

　　 河道生態(tài)凈化技術(shù)根據(jù)凈化實(shí)施區(qū)位不同，可分為原位處理技術(shù)和異位處理技術(shù)。針對(duì)永勝河河道水體狀況，本項(xiàng)目主要采用異位處理技術(shù)，具體措施為：①構(gòu)建活水鏈人工濕地系統(tǒng)，有機(jī)串聯(lián)起沉淀池、水生動(dòng)物塘、藻類塘、潛流濕地塘、挺水植物塘、二級(jí)潛流濕地塘、沉水植物塘和水生動(dòng)物塘等單元;②使用抽水泵將永勝河中的水抽起，依次流經(jīng)活水鏈系統(tǒng)，通過系統(tǒng)內(nèi)多種植物、動(dòng)物、微生物和底層基質(zhì)的凈化處理后，河水重新流回永勝河。

　　浮葉植物塘可有效攔截懸浮物、對(duì)水體進(jìn)行光合富氧，使水體處于兼氧狀態(tài)，有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行;沉水植物區(qū)可將水體的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，有效削減氨氮;水平流濕地在水量較小時(shí)可進(jìn)行厭氧反應(yīng)(水體從濕地底部流過)，在水量較大、氧含量充足時(shí)進(jìn)行硝化反應(yīng)(水體從礫石表面通過)。

　　因此，通過多水塘活水鏈人工濕地處理，可保證水體在水量較大時(shí)進(jìn)行好氧反應(yīng)，在水量較小時(shí)進(jìn)行厭氧反應(yīng)。項(xiàng)目區(qū)有效面積為1207m2，其中潛流濕地塘共計(jì)446m2，沉水植物塘共計(jì)718m2，水生動(dòng)物塘共計(jì)43m2。運(yùn)行所需動(dòng)能采用電動(dòng)水泵為主、風(fēng)動(dòng)水車為輔的供能方式。系統(tǒng)每天運(yùn)行12h，處理水量約800t/d。

　　2.2.2 河道生態(tài)景觀工程 

　　多水塘活水鏈人工濕地的景觀工程分為7個(gè)區(qū)域，包括：①浮葉植物區(qū)43m2，主要種植睡蓮(Nymphaeatetragona)、荇菜(Nymphoidespeltatum)等浮葉植物，并放養(yǎng)一定數(shù)量的浮游動(dòng)物;②沉水植物A區(qū)68m2，種植苦草(Vallisnerianatans)、菹草(Potamogetoncrispus)等沉水植物;③水平潛流濕地區(qū)105m2，該區(qū)域以鵝卵石為基質(zhì)，種植了香蒲(Typhaorientalis)和苔草(Carexspp.)。

　　④沉水植物B區(qū)153m2，主要以大茨藻(Najasmarina)和金魚藻(Ceratophyllumdemersum)等沉水植物為主;⑤水平潛流濕地區(qū)341m2，在此區(qū)域內(nèi)大量種植了蘆葦;⑥沉水植物C區(qū)366m2，主要種植金魚藻、菹草以及眼子菜(Potamogetondistinctus)等沉水植物;⑦沉水植物D區(qū)131m2，該區(qū)種植苦草和菹草，同時(shí)也放養(yǎng)一些食草型魚類。通過生態(tài)景觀的打造，可滿足生態(tài)凈化的需求，并提升了濕地美學(xué)價(jià)值，賦予具有濕地美感的獨(dú)特韻味。

　　3濕地工程效果

　　3.1水質(zhì)凈化效果項(xiàng)目實(shí)施完成后，2015—2017年在項(xiàng)目考核斷面(E點(diǎn))定期進(jìn)行水質(zhì)樣品采集和關(guān)鍵指標(biāo)理化分析。從2015年10月至2017年12月，多水塘活水鏈人工濕地實(shí)施后，項(xiàng)目區(qū)總氮、總磷、氨氮濃度得到較大程度的削減。其中，總氮從18.8mg/L下降至1.5mg/L，減少92.0%，達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)(≤1.5mg/L);總磷從0.879mg/L下降至0.15mg/L，減少82.9%，達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.30mg/L);考核斷面氨氮從2015年的15.52mg/L下降至2.55mg/L，減少83.6%，在其它點(diǎn)位也呈現(xiàn)出相似的削減成效，但尚未達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)(≤1.5mg/L)。項(xiàng)目年處理水量約為3×105t/a，依照上述數(shù)據(jù)預(yù)估，預(yù)估項(xiàng)目年削減氨氮1408.6kg，總氮1496.6kg，總磷176.0kg。

　　3.2景觀營造效果

　　項(xiàng)目區(qū)通過挺水植物(如蘆葦)、浮水植物(如睡蓮)和沉水植物(如金魚藻)的設(shè)計(jì)搭配，形成多層次的人工濕地植物景觀。整個(gè)濕地工程通過科學(xué)合理的植物配置，兼顧植物造景的藝術(shù)原理，不僅提高人工濕地整體的凈化效果，同時(shí)還提高人工濕地的景觀觀賞性，實(shí)現(xiàn)人工濕地生態(tài)功能與景觀功能的有機(jī)結(jié)合。

　　4結(jié)論

　　本項(xiàng)目針對(duì)永勝河黑臭河道，采用異位處理技術(shù)，實(shí)施多水塘活水鏈人工濕地工程，通過多級(jí)濕地中浮葉植物區(qū)、沉水植物區(qū)及水平流濕地區(qū)等不同功能區(qū)的共同作用，使得水體在流動(dòng)過程中得到有效曝氧和污染削減，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化和景觀提升的目標(biāo)。本項(xiàng)目還探討了水力負(fù)荷對(duì)氨氮、總氮、總磷去除率的影響。

　　環(huán)境保護(hù)職稱論文發(fā)表范文人工濕地的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

　　3種污染物的去除率隨水力負(fù)荷的變化呈現(xiàn)不同的趨勢：氨氮在水力負(fù)荷0.8m3/(m2·d)的條件下，去除率最高為94.4%;隨著水力負(fù)荷的增加，去除率下降，水力負(fù)荷為1.5m3/(m2·d)時(shí)，去除率僅26.9%。總氮和總磷也呈現(xiàn)類似的趨勢，污染物去除率隨著水力負(fù)荷的增加呈不同程度的下降。我們發(fā)現(xiàn)，活水鏈人工濕地的最佳水力負(fù)荷參數(shù)為0.8m3/(m2•d)，在此條件下，氨氮、總氮和總磷可得到最大程度的削減。

　　此外，多水塘活水鏈人工濕地的維護(hù)成本低廉。在適宜的水力負(fù)荷條件下，運(yùn)行費(fèi)用約1萬元/a(含電費(fèi)約7000元，耗材費(fèi)2000元，植物養(yǎng)護(hù)1000元)，水處理費(fèi)用約0.03元/t，因此，它是一種兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效應(yīng)的水處理方法。在下一步的項(xiàng)目運(yùn)營過程中，應(yīng)加強(qiáng)周邊截污能力建設(shè)，減少進(jìn)入項(xiàng)目區(qū)的污染物，同時(shí)充分發(fā)揮濕地的凈化效果，確保后期出水能夠達(dá)標(biāo)。

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　　作者：楊棠武1熊依依2忻飛1邵一奇1戈萍燕1徐鋒1張軒波1安樹青1