生态修复技术在秦安县城区段葫芦河生态治理中的应用

王青荷

摘 要：未经处理的葫芦河水流入渭河，导致渭河水质不能达到水功能区的要求，进而影响黄河水系的水质安全，因此加强对葫芦河生态治理显得十分重要和迫切。秦安县通过在葫芦河生态治理中应用生态修复技术，达到葫芦河水质保障、恢复自然水环境、全面整治黑臭河道的目标，进而促进葫芦河生态文明建设。

关键词：葫芦河;生态修复;水质净化

中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0153-03

The Application of Ecological Restoration Technology in Ecological

Control of Hulu River in Urban Section of Qinan County

WANG Qinghe

（Qinan County Water Bureau，Qin'an Gansu 741600）

Abstract： The untreated Water from Hulu River flows into Weihe River， which results in the water quality of Weihe River failing to meet the requirements of water functional area， thus affecting the water quality safety of the Yellow River system. Therefore， it is very important and urgent to strengthen the ecological management of Hulu River. Qin'an County， through the application of ecological restoration technology in the ecological treatment of Hulu River， achieved the water quality guarantee of Hulu River， restored the natural water environment， and comprehensively regulated the black and smelly river channel， thus promoting the ecological civilization construction of Hulu River.

Keywords： Hulu River;ecological restoration;the water quality purification

葫蘆河作为黄河中上游渭河水系的一级支流，其水量约为渭河甘肃段水量的8%～10%，占渭河平均水量的4%～5%。而根据秦安县环保局检测结果推算，葫芦河污染物最大超标倍数为：COD超标5.7倍，BOD超标8.7倍，氨氮超标13.7倍，总磷超标2倍，形成农业灌溉用水为劣V类，水环境形势不容乐观。秦安县多次召开葫芦河秦安段污染防治专项整治工作会议，大力开展葫芦河秦安段水质保障及生态修复工程。

1 流域概况

葫芦河是渭河在甘肃境内最大的一级支流。秦安县境内葫芦河由清水河、显亲河、西小河、南小河等河流汇成，自北向南纵贯秦安中部，境内海拔高程为1 120～2 020 m。干流长度为45.2 km，流域面积为1 493.2 km2，平均比降为4‰，多年平均自产水资源流量为2.46 m3/s，多年平均自产水资源径流量为0.78亿m3。流域内地形地貌属陇东黄土梁峁沟壑区，水土流失严重，年均含沙量为162 kg/m3，年输沙量为359万t。葫芦河天然水质属重碳酸钙类，离子总量在300～500 mg/L，加之秦安县境内葫芦河及其支流是人口密集和乡镇企业集中地带，受人类活动的影响，污染较为严重，水质表现为COD、BOD、总磷、氨氮严重超标[1]。未经处理的葫芦河水流入渭河，会导致渭河水质不能达到水功能区的要求，进而影响黄河水系的水质安全。

2 本河段修复工程方案

2.1 治理目标

葫芦河秦安段水质保障及生态修复工程的建设是以保障渭河和黄河水系的水质安全为目标，围绕葫芦河秦安段断面进行考核，通过水质净化和河流自然生态氧化塘项目、尾水净化人工湿地生态活水公园项目，进行了强化生物处理水体的葫芦河和秦安县6.4 km河道的全面提高整治。

2.2 工程概况

在充分认识本河段水情特点、水势变化规律的前提下，选取葫芦河3#桥下游约200 m处为起点，南小河汇入口以上30 m处为末端，依据清洪分治的原则，依次布置3道景观合页坝及相应的附属设施，形成水域长度3.1 km;在1#合页坝西侧和河道右岸修建宽度为60～25 m的泄洪槽;在1#合页坝前的河道内设置曝气管进行曝气排泥，配套1座采砂平台;在1#合页坝东侧建设闸板阀，1#合页坝紧邻左岸的位置，修建向下游左岸约130 m的引水渠道，河水通过引水渠自流进入G-BAF装置，然后进行生物处理;生态湿地活水公园北起南小河汇入口、南至污水处理厂，全长2.68 km，布置多介质潮汐流人工湿地2.7 hm2、表面流人工湿地1.41 hm2、绿化工程5.44 hm2、道路广场2.64 hm2。

合页坝抬高河道水位，调节水量，形成拦河梯级蓄水景观工程。泄水槽采用全断面钢筋砼衬砌，提升河道自然景观的同时，降低河道综合糙率，提高河道综合行洪能力，并保护右岸防洪基础免受洪水淘刷，有效防治了项目区的水土流失。合页坝之间通过建设处理量为89×104 m3/d的固定化微生物-高效生物滤池（G-BAF或I-BAF）强化生物处理系统及24.78万m2河道自然生态氧化塘体系，有效迅速降解了水系中的污染物质，使得主要水质指标满足地表水Ⅲ类，并且培养有效的微生物、植物，改善水的溶解氧，最大限度减少污染，建立河流生态系统，构建科学完善的水陆空间格局、丰富多样的微生物和植物体系、健全水质自净化系统。

人工湿地生态活水公园分为四大区：湿地净化区、文化休闲区、生态内河区、自然河滩区[2]。多介质潮汐流人工湿地及表面流人工湿地对生活污水厂提标改造后的尾水进行生态处理，处理后水质达到地表水Ⅲ类。

2.3 主要技术方案

河道的生态修复技术主要有微生物强化、植物净化、稳定塘、人工湿地、生态浮岛、生物膜净化、多自然河道构建、生物操纵、曝气增氧等。本河段修复工程主体工艺采用固定化微生物-高效生物滤池工艺（简称G-BAF或I-BAF），通过高效生物滤池一体化装置，快速去除水中的有机物、氨氮和总磷。同时，在河道中形成高效微生物强化河水自净、生态塘、人工湿地和鱼类生物操纵系统，进一步强化了氮、磷的去除效果。

2.3.1 G-BAF工艺原理。G-BAF（或I-BAF）工艺是一种对难处理的含氮污水、河流污水、有机污水进行生物处理的工艺。在G-BAF中加入占曝气池有效容积40%～60%的大孔生物载体，并在其上固定酶制剂与高效微生物。根据污水水质的特点和污染物中有机物的特定成分，通过生物过滤工艺接种不同的高效菌，对污染物的降解顺序安排各种特定微生物。反应器中微生物表现出分类、聚类现象，各类微生物处于相对稳定适宜的环境中，为各种污染物的降解创造了相对优化的条件，从而有效提高目标污染物的降解效果。G-BAF系统在运行的过程中，不断上升的空气与大孔反复碰撞、切割，被好氧微生物快速反应吸收，直到完成进入载体内氧气的消耗，这样每个载体内部就生成了好氧、缺氧和厌氧区，使载体内部产生了无数微小的硝化和反硝化反应器形式，从而可在同一反应器中同时发生多类作用，即氨氧化、硝化和反硝化，有效保证了其中的氨氮和总氮的高效去除和消减，同时还节约了反硝化脱氮所需的有机物和碱。它在处理河流污水、含氮污水和难降解有机污水方面具有无法比拟的优点。

2.3.2 人工湿地净化技术。按照水体流动方式，通常将人工湿地分为表面流和潜流两种类型。其中潜流型人工湿地根据水流状态的不同，可分为潮汐流人工湿地、垂直流人工湿地和水平流人工湿地。根据葫芦河秦安县城区段河道实际情况，本着因地制宜、经济高效的原则，本河段采用的湿地净化技术为表面流人工湿地和潮汐流人工湿地技术相结合。

2.3.2.1 表面流型人工湿地。表面流人工湿地与天然沼泽相似，底部为泥，暴露在大气中。水体在人工湿地基质表面流动，浅水位为0.1～0.6 m。大多数有机物的去除是通过生长在植物水下茎杆上的生物膜完成的。所以，这种系统难以充分利用生长在基质表面的生物膜和生长丰富的生物根系对污染物的降解作用，其处理能力较低，负荷小、占地面积较大，冬季表面结冰，夏季繁殖蚊蝇，而且该系统中底层一般未经密封，有可能造成地下水污染。本河段治理是在河岸两侧宽2 m的浅水或者露出水面的部分种植植物，形成表面流人工湿地，人工湿地植物以当地容易成活的香蒲、荷花、芦苇等植物为主，不存在地下水污染问题。

2.3.2.2 潮汐流人工湿地。潮汐流人工湿地通过潮汐运行过程中床体浸润面变化产生的孔隙吸力将大气氧吸入床体，使得湿地在冬季植物释氧较低时也可以保证氨氮发生硝化作用时所需的氧气，进而显著提高湿地床的氧传输量和污染物的净化效果。相比于传统的人工湿地，潮汐流人工湿地的复氧能力可达450 g/（m2·d），远高于传统的潜流型人工湿地[≤100 g/（m2·d）]。本河段治理采用的多介质潮汐流人工湿地，是在现有河道一侧进行垫高夯实后建设，地面铺设防水土工布，湿地围堰用砖砌结构。进水来自污水厂的提升管道，湿地填料主要为改性多孔网泡聚氨酯滤料、纳米铁改性多介质滤料、碳基改性多介质滤料、铁碳双原电池多介质滤料、钙镁基多介质滤料、生物质长效碳源等。出水通过埋设在填料层底部的穿孔集水管，通过旋转弯头调节湿地水位。湿地出水分成两部分：一部分直接进入河道，另一部分通过排水渠进入表面流人工湿地。湿地植物选择黄花鸢尾、千屈菜、水莎草、水葱、芦苇、水毛花、黑三棱等。

2.3.2.3 净化原理

①有机降解。有机污染物进入湿地单元后，大部分不溶性有机污染物通过沉淀、过滤、吸附，以SS的形式困在湿地前端的填料中。随后，这些有机污染物被微生物逐渐降解、矿化或沉积到底部并趋于稳定，从而在该阶段从污水中首先清除。有机物去除除了具有填料截击和微生物降解功能外，还可根据该系统实现植物、微生物和填料的协同净化。湿地系统的各个组成部分通过这种合作和协调，实现了有机污染物的去除。

②湿地的脱氮机理。人工湿地脱氮的主要方式有植物和其他生物吸收、微生物氨化、硝化反硝化和氨气挥发等。其中，微生物的硝化和反硝化是人工湿地的主要脱氮方法，尤其是污水中NO3--N含量较高时。在人工湿地处理系统中，约90%的氨通过微生物的硝化和反硝化去除，10%的氮通过植物吸收和沉积物积累清除，氨气的挥发可以忽略不计。

③湿地的除磷机理。人工湿地除磷是通过水生植物、填料和微生物的共同作用完成的。水生植物对磷的去除主要是通过自身的吸收。不同植物及其不同部位对磷的清除能力不同。此外，湿地植物的收获频率也会影响磷的去除率。微生物能将有机磷分解为无机磷酸盐。当污水流经湿地时，填料通过吸附、过滤、沉淀、离子交换等功能去除污水中的磷。湿地填料中的Al3+、Mg3+和Ca3+与可溶性磷化物反应生成不溶性磷酸盐。一般认为磷酸盐与填料中的金属离子发生了交换反应，进而在填料表面发生沉淀。

④SS的去除机理。在人工湿地中，湿地中的水流速度较小且水深较浅，加上填料和植物茎秆的阻挡，有利于物理沉降，使得SS有充分的时间和环境条件去除。SS的去除主要是依靠在湿地系统中的物理沉降和过滤来完成的。

⑤重金属离子和病菌的去除机理。重金属与人工湿地系统相互作用，并以不同方式有效地去除重金属，这一过程主要体现在微生物、植物、基质的协调作用下利用生物、物理、化学方法，通过微生物分解、吸收、过滤、吸附、离子交换等方式处理并实现重金属的清除。

病原菌是由TSS水中的悬浮物带入湿地中的，其去除与TSS的去除和水力停留时间等因素有关。由TSS带入的病原菌的去除机理与去除TSS一样，通过沉淀、拦截等过程去除。当污水通过基质层时，寄生虫卵被沉降、截留。细菌和病原体在湿地中的去除主要通过紫外线照射等实现，另外植物根系和某些细菌的分泌物对病毒也有灭活作用。

3 生物/生态技术在河流污染治理中的优势

①所需投入的能源、物质少，人为管理控制少，更为经济。生物/生态技术较少人为管理以维持净化系统的运行。

②可以保持和发挥河流的污染净化作用。在一定条件下，微生物和动植物利用生物/生态技术可以自主生长和繁殖，生物的量不会由于使用净化的效果而消耗挥发，反而可能逐渐增加，并且水净化在整个生命周期中都在发挥作用。

③几乎无副作用，对环境危害小或者无害。生物/生态技术是利用自然界现有的或稍微改良过的生物，對环境无害，不会造成二次污染。各种生物相互依存、相互制约，不容易影响外部环境。

④整个系统可以自我调节，适应环境的变化。在河水污染物改变的情况下，生物/生态技术仍然可以在一定程度上起到净化水体的作用。

⑤可与亲水景观建设相结合。生物/生态技术能较为容易地与原有自然环境相融合，外在表现形式自然亲切，更富人性化。

4 结语

生物/生态技术对污染水体的治理有着非常重要的作用，既能长期有效地恢复被污染的水体，又不会对周围环境产生不良影响。因此，可将其作为河道修复的主要技术。在人们对生活环境要求不断提高、环境意识不断增强的今天，生物/生态技术能较好地改善河道生态环境，促进河道良性可持续的发展，满足人们对环境的需求。

参考文献：

[1]秦安统计年鉴：2018[K].秦安：秦安县统计局，2018.

[2]吴树杰.城市河道生态修复技术研究[J].城市建筑，2017（3）：334.