厌氧生物滤池和生态浮岛组合工艺在河流污染治理中的应用

2011-01-31严向军汪国英

环境影响评价 2011年6期

严向军，梁旭，裘杰，汪国英

（杭州市市区河道监管中心，杭州310008）

城市河流污染是综合性的环境问题，既与城市河流的水文条件有关，也与城市建设和长效管理有关，更与影响河流水质的内外两种污染来源有关。从国内外研究成果表明，截污、疏浚、引配水、河流水污染原位处理等技术和手段在处理某单一水污染问题具有明显的效果。但面对开放的、流动的、扰动的城市河流，单一的水污染治理和生态修复技术具有一定的局限性，往往不能根本解决水质不佳、水域生态系统不完善的问题。近十年来，杭州西溪河两岸地块大量开发改造，居住人口剧增，由于城市配套服务设施不尽完善，河道污染较重，多年来河道水质劣于Ⅴ类标准，偶有黑臭现象，影响两岸居民日常生活，成为沿岸市民的关注的焦点和投诉热点。为改善西溪河水环境提高居民生活品质，我们探讨研究了技术和经济两方面都可行的城市河流污染治理和生态修复的综合技术。

1 城市河流面临的水环境问题

曾经一段时期，我国经济社会飞速发展，环保工作相对滞后，有的城市河流纯粹沦为纳污河流，水污染十分严重。随着可持续发展观念日益深入人心，各个城市陆续投入巨资开展城市河流综合整治，改善和提高城市环境质量。城市河流经过综合整治后，水环境质量得到大幅度提高，有的河流多年来的“黑臭现象”消除了，有的达到了水功能区划要求，有的河流水域生态得到重建和恢复。

但由于城市河流从水文学角度分析具有流域性和系统性，从生态学和城市学角度具有综合性［1］和多功能性［2］，从工程学角度具有复杂性和阶段性。不同的城市河流综合整治的效果不仅相同，甚至千差万别。如有的城市河流经整治后变成了三面光的水渠，水生动植物失去了生存的空间，水生植物和底栖动物不见踪迹，水域生物群落结构不合理不完善；有的城市河流雨水排放口还混有污水，截污还不彻底，受各类废污水的影响，不少城市河流水环境质量依然不容乐观，在夏季河流“污花”不时地出现。特别是城市地表径流污染如露天的城市停车场、货运站、建筑工地等初期雨水会在一段时间内对城市河流造成一定的污染。

杭州市的西溪河位于城市中心地带，西邻保俶路，南起天目山路，北至余杭塘河，全长2 700m，平均宽度18m，平均有效水深2.0m。近十年来，西溪河两岸地块大量开发改造，外部市政设施配套不尽完善，部分地块缺少污水收集毛细管。河流驳坎形式为直立式挡墙，河道内基本没有水湿生植物，加之补给水源不足，河流的自净能力较弱。经调查，治理前西溪河沿线有8个排污口，合计排放污水量约130t／d，现状水质劣于Ⅴ类标准，详见表1。

表1 治理前西溪河主要水质指标 mg·L－1

随着生态城市理念不断地融入城市建设的方方面面，景观功能成为众多城市河流的主导功能［3］。杭州市提出以江、湖、河、海、溪“五水共导”的治水理念［4］，通过实施城市河道综合保护五大系统工程，逐步地有效解决现代城市不断扩张与自然生态日益萎缩的城市发展矛盾，逐步地营造一个“水清、岸绿、景美、流畅”的亲水型“宜居城市”。由此，我们以“达到一般景观功能Ⅴ类水要求”为目标开展西溪河污染治理和生态修复工作。

2 西溪河污染治理及生态修复方案设计

经调查分析，由于管底标高、老城区雨污合流等多种因素，西溪河沿线8个排污口的污水在近期内没有条件纳入城市污水管网。为降低排出口废污水对西溪河水环境的影响，改善城市河流水景观，我们在杭州西溪河尝试应用了厌氧生物滤池［5－7］和生态浮岛［8－10］组合工艺，初步形成一个生产者、消费者和分解者的水生生态系统。

2.1 工艺设计

西溪河污染治理和生态修复的总体思路是隔断废污水排入河流的通道，在排污口周边布置厌氧生物滤池，在微生物膜吸附与代谢和滤池截留的共同作用下，废污水中的有机污染物得以分解与降解。处理后的废污水经过上覆生态浮岛的植物吸附吸收、根系微生物代谢降解等作用，进一步吸收营养物质及其它污染物。如图所示。

表层生态浮岛区水湿生植物通过光合作用产生氧气，通过植物根茎输送并释放到水体中，在根毛周围形成了一个好氧区域，并通过植物吸附吸收、根系微生物代谢降解等作用，吸收从厌氧生物滤池流出的营养物质及其它污染物，具有净化水质、消减风浪、美化水面景观、提供水生生物栖息空间及进行环境教育等多种功能。中层为好氧区与厌氧区的过渡区即兼性区，存在着可起两种作用的兼性菌，并通过兼性菌分解排出口废污水中的有机物，高效微生物光合细菌、消化细菌、复合细菌等微生物作为水体中的一类分解者，经过驯化期后大量繁殖，分解污染物质。底层生物滤池为厌氧区，积累在此区域内的固体杂质被厌氧菌充分分解，从而取得良好的治理效果。

2.2 厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是一种简单低耗的内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器。厌氧生物滤池由采用增强型PP板制作成箱式框架和聚丙烯纤维为主的生物填料组成。厌氧微生物部分附着生长在生物填料上，形成厌氧微生物膜，部分以厌氧活性污泥的形式存在于填料空隙间处于悬浮状态。根据西溪河的水文特征，每个厌氧生物滤池的长、宽、高设计为1.0m＊1.0m＊2.0m，并按照排出口污染负荷不同，设计8个厌氧生物滤池组合放置于排出口周围。合计厌氧生物滤池168m3。

2.3 生态浮岛

生物浮岛置于厌氧生物滤池上方，漂浮在水面上，生态浮岛的面积大小按照排出口水量和河流宽度设计。根据西溪河水文和气温条件，生物浮岛上种植花叶美人蕉、花叶芦竹、西伯利亚鸢尾、聚草和香菇草。沿河布置了大小不等的生态浮岛16个，合计面积达1 340m2。

3 监测和分析

西溪河污染治理和生态修复项目实施后，在上游八字桥和下游新乌蓬桥各布置一个水质监测点位，每月监测一次，监测项目为透明度、溶解氧、化学需氧量、氨氮和总磷。项目经过一年多时间的运行，取得良好的环境效益，化学需氧量从最高值35.4mg／L下降至15mg／L左右，氨氮从最高的4.64mg／L下降至1.5mg／L左右，总磷从最高的0.46mg／L下降至0.1mg／L左右，基本达到地表水环境质量Ⅴ类水质标准，满足城市河流的景观功能要求。详见图1和图2。

图1 西溪河治理前后化学需氧量变化情况

图2 西溪河治理前后氨氮和总磷变化情况

3.1 新乌蓬桥水质变化分析

对比分析项目实施前后新乌蓬桥水质变化情况表明，西溪河水质得到较大改善和提高，新乌蓬桥水质监测点2011年1～4月份化学需氧量、氨氮和总磷均值比2010年1～4月份均值分别下降13.23mg／L，0.77mg／L，0.09mg／L，同比下降幅度为49%，26%和37%，基本达到Ⅴ类水质标准，详见表2。