城市河道外循环复氧生态修复技术——以苏州道官渎花园内河为例

胡 琼 张宇灏 邱 玉 孙朝霞

（1南京翰博翠景环保科技有限公司 江苏南京 210000 2南京第一中学 江苏南京 210000 3中国药科大学 江苏南京 210000 4清华大学环境学院 北京 100000）

引言

苏州地处江南水网地区，境内河港交错，湖泊星罗密布，水面积3609.4平方千米，占总面积的42.5%,素有“东方威尼斯”之称。但随着苏州市经济的快速发展，全市许多河道先后遭到不同程度污染，其中部分水体自净能力差，河道生态系统严重退化，水体常年呈墨绿色或乳白色，出现黑臭现象，严重影响了城市的生态文明建设。

本文对河道外循环复氧生态修复技术进行探讨，为建设生态文明城市提供技术保障。

1 苏州城市河道污染特征及河道污染对生态环境的影响

城市河道两侧建筑密集、流动人口多、基础设施不完善，入河污染源来源多、位置分散、成分复杂、排放时间规律不强，尽管单个排放口排放量少，但污染源总体污染负荷较大，对水环境冲击较大。

其中部分河流水体滞流，缺乏补充水源，水体自净能力差，河道生态系统严重退化，导致水体常年呈墨绿色或乳白色，出现黑臭现象，同时水体景观功能丧失。

2 苏州城市河道外循环复氧生态修复设计

2.1 设计思路

城市河道外循环复氧生态修复以系统性河道水质恢复技术体系建设为核心，以控源减负、水动态调控、快速净化和生境营造为重点。

2.2 生态修复功能性植物选择

2.2.1 选用原则

植物选用具有良好的生态适应能力且筛选净化能力强的物种；生长量较小，易于管理；不引入外来物种，选用当地天然河流中存在的植物[1]。

2.2.2 配置选择

苏州城市河道生态修复可采用的物种有：水葫芦、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜、睡莲、荷花、马蹄莲、慈姑、荸荠、芋、泽泻、菱角、芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草、金鱼藻等[2]。

3 苏州城市河道外循环复氧生态修复技术示范应用

3.1 示范工程区概况

官渎花园内河，位于苏州城北部，属太湖流域，河道走向基本为东西向，总长度500米，流域面积约22公顷，河面宽15～20米，河底高程0.5米（吴淞）。根据水质监测数据可确定为劣Ⅴ类水体（见表1），同时因水流不畅、水体自净能力差、生态系统退化，再加上水体污染物来源及构成复杂、污染物长期累积，使得河道景观功能丧失，严重影响周边居民生活环境，降低居民生活质量。

表1 2017年3月至2017年7月监测数据表

3.2 示范工程区污染现状分析

3.2.1 底泥污染严重

河床淤泥深度0.3-1.2米，含大量有机污染物，长期未进行清淤。

3.2.2 水生生物多样性低

以寡毛类颤蚓、水丝蚓以及腹足类环棱螺等耐污物种为主。

3.2.3 固体污染物的进入

河道内沉积了相当数量的建筑和生活垃圾，同时泄洪功能受到较大影响。

3.2.4 生活污水的进入

沿河居民网点的生活污水因未接入规划的市政管道，未经处理就直排入河。

3.2.5 水体黑臭且富营养化

水体浊度很高，COD超过85mg/L，氮磷浓度非常高，污染物严重超标；水体黑臭严重，且污染呈加重趋势。

3.3 示范工程设计与实施

本工程包括河道污染源控制、河道清淤、表流型湿地建设、外循环复氧生态系统建设。首先改造河道周围排污管道将其接入市政污水系统；同时对河道进行清淤，将污水引入湿地，通过功能性植物初步处理[3]；其次，再泵入外循环复氧生态系统，创造好氧环境，利用硝化菌等好氧微生物降解污染物，装置上部功能性植物吸附去除氮、磷等，逐渐恢复水体自净能力，综合提高系统处理效果。

具体流程如下：

图1 流程图

3.3.1 控制污染源

改造项目东侧现有污水管道，引外源污染物入市政污水管网；无法接入污水管网的排污口，分散布置引入水体，减少负荷冲击。

3.3.2 河道清淤

与食品厂基建部门对接，进行淤泥堆放场地施工，展开官渎花园内河清淤作业，总清淤量约2000立方米，泥浆（泥水混合物）约6000立方米，建筑和生活垃圾800立方米。

3.3.3 湿地系统

建设600平方米的湿地系统，筛选培育特种功能性植物处理现有水体，保持河道泄洪功能，提高景观水平。进行河道浅表层的污染物吸收与水质进化。

经试验种植和筛选，确定了漂浮植物为当地水芹菜；根茎、球茎及种子植物为荷花、睡莲、菱角、荸荠；挺水草本植物为茭草、香蒲、水葱；沉水植物为金鱼藻。外循环复氧生态系植物选择同湿地系统。

3.3.4 外循环复氧生态系统

建设总容量210立方米的复氧生态基质工程，铺设复氧管道1400米，定制复氧控制单元60个，采购潜水泵12台，设计控制终端12个；培育配套功能性植物300平方米，水面功能性植物500平方米。

核心装置“外循环复氧生态处理器”设计为浅层或者多层结构，填料采用高吸附性基质，如高分子填料、改性硅藻土等，根据处理水质特点进行针对性选择配比，每一层中按颗粒大小级配分层铺砌，增加比表面积（设计填料比表面积为800～1200平方米/立方米），增加待处理水与氧气接触面积，同时创造生态岛屿。在装置后端安装复氧控制单元增加处理水体溶解氧含量。

（1）单组系统示意图：

图2 单组系统示意图

（2）剖面示意图：

图3 剖面示意图1

图4 剖面示意图2

图5 剖面示意图3

（3）过滤池示意图：

图6 过滤池示意图

（4）外景示意图：

图7 外景示意图

3.4 示范工程效果分析

3.4.1 工程试验效果

水样取样点：外循环复氧生态系统出口位置河流断面；

采样频次：15天/次；

化验监督项目有：DO、氨氮、TP、CODCr、pH[4]；

验收参考指标：DO≥2mg/L、氨氮≤2mg/L、TP≤0.4mg/L、CODCr≤40mg/L、pH=6-9。

图8 水质监测指标变化趋势图（一）

图9 水质监测指标变化趋势图（二）

根据图8和图9显示，经过7个月的生态修复后，治理后的平均DO、氨氮、TP、CODCr、pH均已经合格，达到Ⅴ类水质标准和污水综合排放一级标准[5]；符合设计预期，并满足景观水质要求。

3.4.2 工程试验能耗对比

从不同工况下测试数据可以看出，虽然处理后水体要求不同，但相比传统生物处理技术，该系统具有高效、低能耗、快速消除河道水体中污染物的优势。

表2 工程试验耗能对比表

3.4.3 讨论与分析

（1）通过外循环复氧生态系统建立了高效、低能耗的生物生态组合净化系统，示范工程官渎花园内河河水黑臭现象得到根本控制，水体主要指标达到规划标准，鱼类开始大量出现。

（2）从分析数据可知水体溶解氧不断提高，化学需氧量、氨氮、总磷得到控制并呈现下降趋势。随着外循环复氧生态系统的不断“成长”，生态系统中的分解者、生产者、消费者生态循环建立，各技术单元协同发挥作用，水体自净能力进一步增强，效果会更加明显。

（3）外循环复氧生态系统，为单元组合式结构，形态可变性较强，能够将处理器根据污染源类型、总量和河岸特点，设计建设成地下式、悬挂式和复合式结构，与河道周围环境融为一体。

3.5 结论

本示范工程的成功实践，表明城市河道中的“黑臭河”可以采用外循环复氧生态系统进行治理。外循环复氧生态系统中复合型填料与污水充分接触，势能复氧接近饱和，功能填料为硝化菌等好氧微生物建立了高密度富集生态“岛屿”，高效率分解水中污染物；再由根部毛细作用将污水中氮、磷输送给处理器上部植物，进一步去除氮、磷污染物。由此实现重污染河道水体的生物净化和生态恢复，提高水体自净能力。

结语

本文介绍了外循环复氧生态修复技术主要内容及其应用案例。该技术能有效改善城市河道水质，恢复河道自净能力，满足城市居民亲水愿望，提高河流的生态价值，改善人居环境质量，实现与自然、人文景观高度友好和谐。