河流生态修复综合治理研究

杨旭，蒋伟，王涛，王翼鹏，丁健生，孙莉

1.宇星科技发展（深圳）有限公司；2.广东省环境监测和治理工程技术研究开发中心；3.深圳市环境监测工程技术研发中心

一、引言

河流污染是由未经处理的工业废水、生活污水、农田排水以及其他有害物质直接或间接进入河流，超过河流的自净能力，其导致河流生物资源受损和河流环境质量下降的现象。随着全球经济的不断发展和人们对淡水资源的需求提升，河流生态问题日益严重[1]，严重影响水流流通及景观。为了改变我国当前许多河流的非健康现状，提高河道治理的水平，以实现河流综合管理水平的提升，使众多的河流成为削减污染的绿色通道，根据相关技术的研究和推广应用迫在眉睫。

二、河流污染来源

河流污染源主要来自于工业污水、生活污水、农业污水等，其主要分为外源污染和内源污染。外源污染即污水的汇入、大气沉降等。内源污染即进入河流的污染物质通过各种物化和生物作用，在水体停留、沉降形成底泥，当污染累积到一定量后，便向水体释放氮、磷以及有机质。

三、河道生态修复概述

我国目前对河流湖泊等地表水域的治理措施主要依靠于截污、清淤等市政工程）手段，这些方法虽对地表水域的净化治理有一定作用，但也存在投资巨大、建设周期长以及水生态系统被破坏导致河道自净能力下降极易再度恶化污染等缺点。

河道生态修复是指利用生态系统原理，充分应用生态修复技术重建与恢复其生态系统活力，是河道污染治理的理想手段[2]。其主要其通过生态手段，使河道生态系统恢复到未被破坏前的近似状态，使河流生态系统具有合理的组织结构和良好地运转功能，在长期或突发的扰动下能自我维持动态平衡的复杂过程[3]。工程设计主要包括河流生态修复设计，河床生态修复设计，河岸生态修复设计和河岸带生态修复设计。

四、工程应用

（一）水质现状与内源污染情况

某待治理河道长1.78km，水域面积32040m2。依据现场调研情况，某河道的水质现状见表1，其主要污染物控制指标为氨氮和溶解氧。现场测量部分地点底泥厚度达60 cm，有部分水体底泥未被沙土遮盖，其水体颜色明显变深。经分析，待治理河道内源污染产生原因较多，例如水生植物腐败、淤泥积累、水体流动性较差、垃圾等固体废弃物沉积在河底，其造成底泥的污染物质释放等。

表1 某河道水质现状

（二）治理目标

治理目标如表2所示。

表2 水质指标

（三）技术路线

对水环境现状（河道工程现状、河道周边现状、河道流量现状、水现状、污染现状、水环境容量等）进行分析，以确定该河道治理工程的治理线路。本工程河段属于雨源型河道，生态基流不稳定，加之外源污染负荷对生态的长期破坏，内源污染在河床生态的长期累积，对此类生态修复需遵循底层重构，基层叠建的核心理念。因此，该河道生态治理的总体思路为：以治水智慧化统筹手段，以水生态演化修复技术为核心，以景观融合为实现手法，逐步实现河道美丽生态。（见图1）

图1 总体治理技术路线

五、技术原理

（一）增氧活化原理

天然的水体拥有自净的能力，但当大量的生活和生产废水进入水体，水体内原有微生物好氧分解加剧，快速消耗水体内溶解氧，将导致水质下降，自净功能的降低。增氧活化以“高溶氧微生物循环”为核心技术，可通过提供进水与氧气的充分混合及反压力造成的压力增加溶解氧浓度，以维持河道底泥的溶解氧水平。经过活水循环功能将下游水体净化后补回上游，既可以补充水源，又能防止水中微生物的流失。

（二）底泥修复原理

针对污染水体，尤其是河道底泥表层中长期的污染物沉积造成的有机污染物较多，氮、磷营养元素含量较高，易消耗溶解氧的问题，应结合生物载体技术，采用固体物质作为载体，负载前期筛选出的好氧反硝化菌剂，使微生物菌剂直达底泥层。在降解、消纳底泥中的有机污染物的同时，形成矿化层进而阻断底泥和水体之间的污染物及养分交换，从而提高底泥对上覆水体的生物降解能力。

河道中自然存在着种类丰富、数量巨大的微生物菌，当中含有大量的消解河道有机污染物、促进河道净化的有益优势菌。从河道的底泥中筛选出各种优势菌，再通过提纯复育技术，将优势菌的数量富集增加。通过复合配伍外来微生物、土著微生物等，通过微生物定向扩增，就地大量繁殖，生产出具有强大地分解污染物能力的固体底泥消解菌、固体脱氮菌。为进一步达到增氧和净水的效果，使水质得到明显改善的同时达到对底泥中污染物的去除。

六、技术工艺

针对某河的现状情况及水体总量，在西南河两岸，共设计3台耗氧量130 kg/d的高溶氧微生物活化装置，再进行连续的循环处理，使水体快速变清，提升水质。设备站房选址在上游下游两个位置分别放置，设备进出水口具体布设点位如图2所示。

图2 设备进出水口布设平面图

采用生物毯做底泥空间固定，生物毯采用固定锚，以防止水闸放水行洪时对河底的冲刷破坏，与此同时针对此次底泥厚度，能在长时间保持稳定性。采用毛细管将消化菌液与污泥层接触进行持续减量化。向河道内投放一定剂量的固态的微生物菌剂。结合高溶氧设备，将菌剂与高氧水混合形成活化菌液，通过毛细管通入底泥接触层。微生物能快速的寄宿生在河道的底泥中并作用消纳淤泥中的污染物质，使淤泥得到净化，去除或减少淤泥中的污染物，为河道水体释放为水体的净化提供良好的条件。在河道投放生态消淤菌剂后微生物菌剂进入河道底泥，并激活河道本土优势菌群生长和聚集、从而降解河道底泥中的有机污染物。投放量根据该河的具体情况，菌剂投撒密度按河道水面面积0.20 kg/m2 计算，投撒水域面积约32040 m2，项目河段共投撒附着消淤菌剂约6.4 t。（见图3）

图3 生态固定膜和底泥消减实验

七、结果与分析

针对污染河道的水质特点，应采用“底泥修复+增氧活化”工艺进行河道修复。经过半年的工程试运行，该河道的水质得到相应的改善。治理后的河道在上游和下游四个点采样并监测其pH、COD、NH3+-N、TP、DO等水质指标，结果如图4所示。总之，生态修复的实施对东方红水闸围堰处、东方红水闸、大山庙桥、乐安河入口这四个采样点的pH和DO均能达到所要治理的水质指标要求，对TP和COD、NH3+-N也有相当程度的去除效果。这其中，对东方红水闸围堰处、东方红水闸、乐安河入口的氨氮的去除率分别达到81.12%，59.82%和52.62%。由此可见，经治理的河道水质得到了明显改善。此工程应用，且有效提高了该河治理段区域居民工作生活环境，从而提高水生态环境，使该区域环境及经济可持续发展。

图4 项目实施前后各水质指标变化图(a) pH; (b) COD; (c) NH3+-N; (d) TP; (e) DO