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*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/次的污水补水进量下，通过生物治理，消除了水体富营养和黑臭现象，从每个污水补给周期开始，3－4天后CODcr、NH3-N、TP除去率分别达到50%、40%、55%以上，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THEEXPERIMENTATIONOFECOLOGICALRESTORATIONINWATERBODYOFHALF-CLOSEDCITYRIVERAbstract：Multifunctionecologicalfilterbed,biologicaloxidationofthesediment,bioremediationofwaterandecologicalrestorationofriverwerecombinedandappliedtocontrolthepollutionofCaoxiriver,aEutrophicorblack-odorwaterinShanghai.Theresultshowedthatthephenomenonofblack-odororeutrophywaterintheriverwerebeeliminated,underthehydraulicloadofintermittentsewagesupplyashighas300~400m3/timeevery7-10days.Thecolorofthewaterwascleartothebottom,wheretheremovalrateofCODCr,NH3-N,TPisabove50%,40%and55%respectivelyin3-4daysfromthedayofsewagesupply.Itindicatedthatthebiologic-diversityofriverwasalsorecoveredthattheamountofcladocera,copepodaandfishescameoutbysteadyoperationfromMarchtoMay2005.Thisresearchshowedthatthecombinedprocessincludingbiologicaloxidationofthesediment,aeration,andbioremediationofthewaterbasedonbiologicalpretreatmentbyimmersedmultifunctionecologicalfilterbedcouldeffectivelyeliminatethepollution.ThisprocesswouldbeafeasibletechnologytocontrolandmanagementthepollutionofHalf-closedcityriver.Keywords:Half-closedcityriver;Bioremediation;Biologicaloxidationofthesedimentintheriver;multifunctionecologicalfilterbed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。苏州河综合整治工程（21－25），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。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，我们在上海市徐汇区漕溪河进行了生态恢复试验。图1:漕溪河1-3#采样点示意图图1:漕溪河1-3#采样点示意图Fig1:ThesketchmapofCaoxiriversamplingpoints1#3#2#复合生态滤床水流方向回流井回流管增氧系统增氧系统污水补给口1试验工程概况及技术路线1．1河道概况1工程试验概况1．1试验河道漕溪河位于上海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。通过疏浚、截污、生态护岸等工程，沿线的污水已基本被截流，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，只能通过雨水和漕溪支流（未经治理的黑臭或富营养河道）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。1．2技术路线本研究应用河道生物修复和生态恢复原理，通过淹没式复合生态滤床、河道水体推流和增氧技术、底泥生物氧化和河道生态恢复恢复技术等，对上海漕溪河进行治理。1．3试验装置和工程项目漕溪河生态恢复试验由淹没式复合窄生态滤床、河累道水体增氧和典推流、底泥生肯物氧化和河道域生态恢复等工详程项目组成窃。令(眨图厌1)缸1.3.拆1后、浸没式复合坐生态滤床浊浸没式复合生成态滤床是一种抱新型的垂渣直流人工湿地雪系统率（搁1显1姐－待2秆0壶）累，其特点细是挠①害生态滤床直接巴布置于河道中彼，并浸没于水拦中，不需布水肌系统，河水直创接自上而下自先流，辅通过布置于河灿床的集水系统遍，进入集水回脱流井籍。默②港滤床填料分二针种，植物种植泳区（沿河道垂艇直方向成行排描列）采用沸石巩、粉煤灰陶粒杠等吸氮聚磷填粉料，沸石采用梨缙云沸石，吸帐氨量吸为具1.6mmo荒l/复g易，粉煤灰陶粒卸为自制产品，滤磷素饱和吸附诞量撤为婶1673.2填mg/kg漫,知以保证植物根网区的营养盐供液应，便于植物浅对氮磷的吸收遇；其它区域采借用卷10m刚m捉－五15m壁m趟石砾，辅之以眼一定的吸氮聚锐磷填料，以加谱快填料挂膜黑。适③雄复合生态滤床桥种植的植物具变有多样性，可量以是挺水植物李，也可以沉水纪植物燥。揉④融通过管道电控燥系统，在一定闪的时间内改变帮水流方向，定怕期对床体进行窑反冲，避免床糖体堵塞裳。洋⑤予滤床水体流速齿大，滤床的净舰化功能主要通杂过水体连续不摘断的循环接触筝氧化实现气。胞⑥钞滤床和河道推尚流增氧系统有码机结合，经过却滤床生化过滤殃的水体可直接妻通过回流井、础回流管回流至枝河道上游。坦漕溪河浸没式霜复合生态滤床殖分透为耻30m坟2骑的蛾3讨个区域，共加计淹90m稳2彩，从上游到下陷游肺，弹3挂个区域床体低抽于正常水位的蛾水面翁约科380m扶m巷、茫200m殿m右、裤100mm馋,宪分别种植沉水勤植物和浮叶植碌物如金鱼藻、文睡莲等、高杆呆挺水植物如水刮葱、香蒲等、色低杆挺水植物版如黄肺菖蒲等，既美乐化环境，又强司化了滤床的去史污功能。辛1.3.河2汇、河道增氧和摊推流读河道推流、增宋氧是城市黑臭竿河道最常用的射治理技术末（扇2惯－祸1驳0押）畜，将浸没式复俊合生态滤床和辫河道推流系统撕连接，通过水嫂泵和回流管将施集水池水体推缘到上游，使水季体保持从上游哗到下游的单向健流动，沿河道铸设置二组曝气蝴区，每组曝气榴区由一台水车钻式增氧机项（穴N=1.3k狼w逼，清水充氧量悲：城1.4kgO牌2嚼/屡h趋）和一台提升户式增氧机委（忽N=1.5k府w贱，清水充氧量纳：惑2.59kg亿O丝2备/糖h海）组成，水车真式增氧机主要端起到增氧和推植流作用，提升迹式增氧机主要泥起到混流，强触化底泥的吸附牵和絮凝沉淀述作用，通过河良道增氧和推流般，使河道水体奶保持一定的溶宽解氧和流态，枣有利于河道底乞泥氧化和河道宏水体的有机污役染降解，促进速底泥对水体中扔营养盐的吸附填和沉淀，抑制术水体富营养发猫生。轧漕溪河河道推战流增氧系统推循流量养为持30t/吼h陷，总增氧量含为役7.98k挣gO美2驳/送h民。趴1.3.陆3爆、底泥生物氧脱化和河道生态薯恢复而底泥生物氧化慧对河道生物修独复和生态恢复星是必不可少的比（箩6疫、征9佳）旧，将土著微生雅物培养灿液右(扬细菌含主量浮1×10鉴6显MPN/m市L陪)泊，和一定量共谅代谢底物等辅创助药剂（底泥富生物氧化剂）汗一起你共骂75mg/蔑L野，糠和娃Bioen泉ergize点r际（简恼称拉B敢E薪）生物促生秒液贫7mg/上L痒、疾Micatr扯ol圈（简关称克MI怜C声）生物解毒立剂饥1.5mg叉/间L直，用河水稀拉释混合后，通劈过靶向给药技仅术直接喷射于座河道纠底泥内，以促廊进河道底泥氧吨化，同时开动订增氧和回流系委统。此过程连虽续进坐行天4薯d蔬。政在第一阶段底垒泥生物氧化基子础上，连腾续染5齐－储10唯d筛均匀泼级洒胳3mg/碰LB春E堡和劲50mg/河律L菌微生物培养液宵，同时启动水仅体增氧设施，楚药剂施用量根敞据当天污水流纸量和流入污逼水您COD偏cr售、泡NH凭3广-部N江等指标作适当六调整，同时将券周边富营养湖中泊的水先体杀1000k丧g罩，底父泥判10k狐g巡接种于河道，归开动增氧和回睁流系统，待水柿体透明度达洽到花400m取m圈后，在浸没式克复合生态滤床架种植沉水植物庙、挺水植物，坡以逐步恢复河倘道自然生态系畏统。图2各取样点水体图2各取样点水体CODcr、NH3-N平均值变化Fig2:CODcr、NH3-NchangingofwaterbodyonAverageof1#-2#3#samplingsit图3各取样点水体CODcr、NH3-N平均值变化Fig3:clarity、DOchangingofwaterbodyonAverageof1#-2#3#samplingsit折1聚．远4卵折试验过程羞试验些从谋200插5羡年汗2室月础2扇6妇日开始施工封，柔3池月底完成施工毅和设备安装抢，隙4维月游1宇日进入工程调肤试阶段，坚至烂4怪月提1酷3粗日，河道生态答基本建立，河胆道进入正常的颗试验和运行阶松段。郊从肚4际月喝1堆5变日朴至币6弯月搅1窜4婆日，门每峡7喘－干9疏天补以水奋1璃次要，萍6垦月波1竭5是到简8玉月义1吃2誓日，脆每糊1苦0陵－卫1昨2涉天补四水呜1壳次，共进圈行我1订2垄个补水周期试最验，每天测试挨河道水产体放CODc毒r铜、芒NH臭3纳-肿N世、泛D葡O茶、透明度等理喜化指标刷1泰．坝5警矿采样点及采样认方法冒河道水样采样锄点厅1#--3嫌#环（吧图绞1胜），河道理化歉和生物学指标蒸以讨3初个样品的平均柜值计算。精水样颠用皱500m轨l雁取样瓶直接取投样，并于当天规测定各项指标兴，攻童底泥采样点同脖水体样拢点铸,郑用自制底泥采茶样膏器占(驰直执径粒15c违m火玻璃普柱蹲)浸取河床表钥面筝20c紫m霉泥柱，彻在群3催0缠℃守烘牵箱耽2弃4强小时烘干，取些烘干泥样测底顽泥炎TO初C床和底泥生物活必性存（裂G选值）。惨1塑．美6妄娇原水水质及测渗定方法嫂（希1芦）肤未处理前原水水共质如下叔：堤CODc曲r拴为朗126mg/叨L声左右疗，迈NH百3下-寺N产为描30mg/盟L愁，水体表现为茎深绿色，有时注表现为黑臭状蠢态。接水体理化指标水测试方法见参占考文件献夏1冒2辣扒试验结果与分撕析喝2序．免1COD吼cr纤和顶NH暂3苗-扶N阿去除效瘦果竖屯漕溪河属于典炮型的城市半封都闭河道，无补沾水水源，除通校过自然降水补棉充河道水分蒸搞发和下渗外，处需要间歇性地艳补充污水以维猴持其作为城市浮生态景观功能范的正常水位。跟间歇性补充污嗽水时间周期妻为剥7--1宽0术天左右。这就六要求河道推流两增氧和复合生颤态滤床等系统慌对河道冲击性锈污染负荷具有旨较高的处理效奥率，能快速有秘效除控去喜CODc名r怜、泡S陈S并和决NH丈3垦-索N关。装从恼4砖月摧1绘3感日系统正常运镜行后抖，脖4详月甩1蒜5岔日开始补给外致源污水，补水豪后惑6聪天内，河团水担CODc抛r葬从企110mg渣/谱L能降菊到奴58mg/菜旁L普，除去率损为泉4够7渣％延，飞NH3-买N础从责16mg/纹论L叨降肥到浑9mg/壶L维，去除率镰为思4眯4沃％布，埋4享月秆2传1瞧日进入第二个怠补水周期，污袜水补给后鬼，跪CODc冲r全和驱NH边3蝶-陵N倒分别佣从龙58mg/高左L井、悠9mg/甜L栗上升瘦至竹89mg/周钱L冲、匪13mg/沉L墓，随后降低，橡在骡9剃天时间内旨，垄CODc乎r杨、涂NH饭3租-切N云分别降葵至叉43mg/穿算L羊和演5.7mg结/超L绝，去除率分别辰为子5市2捞％笛和吩5投6扶％，超过第一察个补水周期。召第碧3她个补水周期增为披1烫0锯天，在塘第盈3艇个补水周期内裕，阵CODc纲r手、街NH这3陈-闯N凭除去效率更高晓，速度更快，祝第忧1趴0看天锁CODc况r鸭已降泽至尤38mg/慎L慕，东NH瑞3桃-涛N摸降阻至只6.2mg/羽遭L姜。这是由于随猫着时间的推移苍，复合生态滤冈床填料挂膜越每来越好，所种垂植的植物根系弯越来越发达，借这些都促进了饶复合生态滤床桌对倾CODc伪r初和办NH姜3琴-续N叙的处理效率。企从鹰图餐2纲可以看出孝，眯CODc座r叹、尾NH钓3广-羞N园、随间歇性污魔水的排入而增廉加，随污水停站留时间增加而抱又逐渐降低。艳2.四2衫水体透明度旅和溶解氧变化京4蒜月跳1沸3乓日系统调试结拥束后，河道水企体透明度已丝达诊40c扭m尘左右粥，钥4喜月绳1低5荒日污水补给后反，透明度下降谷至忽30c睬m土，随着系统的摔运行，河水透胞明度显著上升敏，栏至插4慰月克2酸0此日河水清澈见晨底，第二个补因水周期和第三孤个补水周期也恭表现同样的趋荡势，只是随着厕河道生物修复良和生态恢复的思进程，水体透款明度上升显著西加快，污水补困给对河道水体符透明度的影响建越来越小（兰图年3泄）睬。耕宫在漕溪河治理谁工程实施前，全河道水体溶解魄氧一直间在堤2mg/拨L季以下。随着生陈物修复和生态缺恢复进程，河计道水体溶解氧饿稳步提高，妨至张4按月喝1出3健日工程调试完酷成后，河水溶络解氧已升际至滴7mg/鹅L菊左右，随后的号试验中，裕从经4贷月粒1依5梨日胖到顿5玻月撞9闪日轿3林个补水周期内兆，河水溶解氧冻均表现为随污察水补给有所下井降，随后迅速捞上升的趋势。添2桥．笛3说水体生物相变注化斜对水体中细菌蛮总数观察计数驾结果表窜明，随着水体商生物修复和水恭质的改善处理健河道异养细菌侍总数较修复前和少午了观1门个数量级，（新修复前异养菌剂总数师为叛3.竹5绒～被6.6×10企6委MPN/m左L汉，修复后污水茫补给的僵第再3瓶天异养菌总数润即可降最为壳0.诵1忠～爬0.5×10偶5胶MPN/m格L向）。对水体微晴型动物观察表载明，各娱样点的变形虫专、鞭毛虫、纤腾毛虫、轮虫等笋种类和数量随信着细菌和藻类机的生长高峰而则呈增加的趋势带。腔在私4坟月偷1盲5申日河道中出现绝了大量枝角类老水蚤（红虫）享，随后投巧放止20k届g鼓左右的小型鱼独类和螺、蚌等传滤食性软体动图物。随着河道馋高等生物的出极现，好氧洁净括微生物区系的资建立，处理河疼段生物多样性凡不断增加，生心物链不断延长悟，生物由低等巴向高等演替，剥其结果消除了蚂水体的富营养位甚至黑臭现象核，使水体透明床度慈由广13c侄m眼左右增加至清章澈见底，水体泻色泽由浓绿色蕉或黑色转为碧酒绿色。3．讨论佣人工湿地技术编已被广泛应用刷于污水处理将（乳1步1呢－滩2拉0慰）鞭，由于其施工冻简单、能耗低吹、具有良好的极去污效果和独屋特的生态功能缝而成为污水处再理技术的研究脾热点，特别是突垂直流人工湿达地，已被成功脚应用于湖泊治赏理等水环境生辨物修复领域。融但由于其占地思面积大、水力刊负荷小，在城自市河道治理中泛应用存在一定配局限。我们根唇据半封闭河道遇特征，对垂直蜓流人工湿地系挖统进行了改进环，在此基础上源开发出浸没式鱼复合生态滤床突，该系统施工贡简单，勿需设汽置布水系统；撇可直接构建于窝河道中，占地票面积小；可种删植不同的沉水贝植物、挺水植料物，增加水生借植物多样性，略一定程度上抑希制藻类生长，绵同时有利于河门道景观建设；恢该系统滤速快得，去污效率高逆，可和河道水蹄体增氧推流系姓统结合起来，延既可快速处理还半封闭水体突摩发性污染负荷凑，也可针对不谊流动水体进行岁循环治理。我戏们将此技术应晓用于漕溪河生党态恢复，取得大了明显得治理症效果，在每廉隔嘱7-1信0纸天间歇性流嗽量冤300-40扁0m古3永/先次的污水补水震冲量下，通过抓生物治理，消漂除了水体富营运养和黑臭现象痕，从每个补水环周期开始卸，忙7忙－喝1毒0或天内狂，盲CODc虚r厚除去率筹达曾50辩%樱以上摄，报NH帐3桐-蛮N挠除去率晋为呜40戏%脚，水体清澈见施底。研究表明膝，复合生态滤纽床对城市半封盛闭河道生态恢绑复治理具有十寨分重要的意义始。昨参孤鞋考箩象文前皮献据1近、国家环保局童编毯.爷示水和废水分析袜监测方窗法高.叫砌北牧京眯:颠咽中国环境科学认出版娘社死,199阅7兰年；明2风、徐亚同，史柴家墚，袁乞磊殖.线弊上澳塘水体生暖物修复试悟验裹.强摘上海环境科学抹，邪200钳0再年龙，哈1闭9满（筋1牺0租）浇：臣48退0德－域48锻4僚；绝3歉、黄民生，徐托亚同，戚仁绪海活.续乌苏州河污染支岔流弹―该―榴绥宁河生物修秒复试验研巨究查.洽趁上海环境科学网，塞200素3娃年丛，呼2蔬2鼻（耳6各）德：齐38退4着－授48外8愿；应4壁、刘志标、李身青、刘军、陈闯洽姑群招.烈劝朝阳涌黑臭水时体生物修复试座验前.具抽广州水利耗，盐200煎3霞年，军（熟2旅）醉：类3混6侮—蛛4煎1财；值5点、董哲仁、刘鼻倩、曾向慰辉歇.锡扩受污染水体的巾生沾物减-啦-汗生态修复技姜术馒.局打水利水电技术答，档200旱2泡年浅，趁3悄3窗（跑2义）销：钓1-凉4欢；芝喊6府、陈华林、陈都英遇旭粘.帐耳污染底泥修复伶技术进展，葱农业环境保蚂护干.200芬2考年逗，宰2船1搂（键2衣）馋：垃17城9猴—吨18绸2更；袍7安、孙从军、张享明罪旭慈.舅奥河道曝气技术古在河流污染治戴理中的应性用旁.惊趴环境保护剪，侧200隐1颤年，料（伞4帆）守：暮1普2至—算2呈0恋；渗8凝、周杰、章幸永泰、杨贤础智受.句俊人工曝气复氧涛治理黑臭河疤流浅.假小中国给水排水框，醋200封1显年智，慧1兽7我（株4萄）畜：驾4陵7糊—便4凯9矿；否9慧、冯奇袖秀半,电谢株骏刻,楚刘菠军团.惠陷底泥生物氧化愚与城市黑臭河青涌治端理所.虑争水利渔业览，粱200段3痰年欠，馅2取3拥（堵6娘）逼：隙4吵2效―深4凶4态；它1未0花、刘旱永句,饮郭怀稳成丢.闪摆城市湖泊生态石恢复与景观设名计巨.筛党城市环境与城猫市生定态蔽,200尽3巾年隆，省1通6备（教6滩）状：浩5爹1绘－妙5瓣3戒；可1本1孝、何成降达渠辉，蹈谈倾伟玲鉴颈，葛丽喘英悼沈，季俊停杰汁败，叶亚造玲似括，锄何士够莲哄柳，王惠茧民蜡.少形波式潜流人工再湿地处理生活扒污水的试验研侦究袍.剥级农业环境科学携学报歉，预200司4弃年兴，性2悟3够（薯4笔）血：叠766-76泛9流；内1阿2鸦、刘超烫翔昏,积胡洪驴营零彼,裹张悟建钉,互黄蛇霞臣,仓施汉唇昌默,阵钱透易碍.颗不同深度人工榜复合生态床处而理农村生活污渣水的比纹较信.对液环境科学铁，浸200三3修年乒，梨2霜4针（挖5镜）籍：鼓92-9捡6限；肾1坑3简、陈德秧强谁,色吴振蝇斌躲,铸成水蜂平苍,彩付贵矿萍县,地贺万锋摇.驰蒜不同湿地组合于工艺净化污水喘效果的比歼较崖.剑迁中国给水排水漆，胀200边3助年预，旱19(9久)皇：鉴12-1低5阅；前1星4鼠、吴振斌成缸水倦平窃岔技贺锋付农贵萍金建明味陈辉鄙蓉帜.椒散垂直流人工湿逆地的设计及净刃化功能初疫探巨.甚低应用生态学报蜓，胁200筐2石年伍1歇3联（偏6雷）酿：耍71南5锋－荷71冒8幸；村1茶5烫、籍国东，倪脚晋司仁桂.拾人工湿地废水景生态处理系统爽的作用机遗制林.雀环境污染治理搬技术与设备伪，河200货4活年北，馅5您（具6槽）躬：依7弄1宣－闹7盲5状；售1骂6