生态修复技术在界河流域治理中的应用

2021-04-21赵晨光赵英东

山东水利 2021年3期

赵晨光，赵英东，张哲

（1.临沂市水利勘测设计院，山东临沂276000；2.招远市水务局，山东招远265400）

界河发源于招远市铁夼山南麓，流经招远、龙口两市汇入渤海，为招远、龙口两市的分界河流故得名界河。界河干流长度45 km，流域面积589.8 km2，占招远市全市总流域面积的42.7%，为招远市境内第一大河。

近年来，随着工农业及第三产业的快速发展和市区人口不断增加，污水排放量激增。据不完全统计，招远市区和市区流域以上厂矿日排污水总量已近8万t。加之近些年招远市降水量偏少，界河流域自然径流量大幅减少，河道污染越来越重，生态系统遭受破坏。界河流域综合治理工程根据流域特点和河道面污染现状采用生态修复技术新思路，提出上游建设人工湿地系统，中游建设滞留塘——底坝拦蓄净化系统，下游采取底泥原位置换+生态护坡三种措施。

1 人工湿地系统

人工湿地是指在靠近河道适当的位置，经过人工建设而非自然形成的，类似天然沼泽地的区域。其特点是投资少，后期运行维护费用底，处理效果明显，能有效降低COD、BOD含量，尤其是大幅度降低TN、SS指标，缺点是占地较多。人工湿地系统特别适用于土地指标不太紧张的中小城市及农村地区。

工程设计在上游（城区污水处理厂排水口以上，设计桩号21+140～22+960）范围，主河道两侧新建长1 820 m、宽440～670 m，面积104.5 hm2的人工湿地公园，种植芦苇、香蒲、菖蒲、垂柳等当地深根系水生植物，改善水流状态，恢复河流蜿蜒曲折的自然状态；新建亲水步道5 800 m，步道两侧栽种各种花卉、灌木和草坪。主河道行洪能力为5年一遇，高于该防洪标准的洪水，经河漫滩、人工湿地减速、滞留后下泄至下游主河道，水中污泥沉淀后作为植物的土壤，为其提供生长所需的营养物质，有机物质、厌氧细菌和部分重金属离子等污染物经芦苇等植物根系的吸附、过滤，分解、吸收，达到初步净化水环境，改善水质的目的。

2 底坝拦蓄净化系统

滞留塘，也叫稳定塘或氧化塘，是指利用河道或滩地修建人工堤坝，形成具有一定库容的塘坝，塘坝内种植水生植物或者放养微生物，达到处理污水，改善水质，减少污染的目的。特点是结构简单，利用河道水面不占用耕地，运行维护费用低，通过投养适量微生物，能有效降低TP指标，缺点是处理效果与水温、气温影响较大，尤其是冬季气温较低或设计水深太深，噬菌微生物死亡后，容易造成二次污染。河流滞留塘技术相对易于实施，管理简单，比较适合于河滩宽阔的小型河流污染治理和修复。

工程设计在中游（设计桩号16+390～21+140）4 750 m范围，建设11座高出河底0.7 m的溢流坝，坝内清除原河道内河卵石和沙土，换填深0.5 m种植土，种植睡莲、荷花、水葱、金鱼藻等根茎发达的挺水性和沉水性植物。

设计流量：Q=0.579 m3/s；水力负荷：q=0.096 m3/（m2·d）。污染负荷见表1。

表1 污染负荷表kg/d

设计参数：COD去除负荷：0.480 g/（m2·d）；NH3-N去除负荷：0.096 g/（m2·d）

2.1 溢流坝工程设计

设计11道溢流坝，总长度1 155 m。其中，新建浆砌石重力式溢流坝5座，总长度518.5 m，新建混凝土重力式溢流坝3座，总长度296 m，新建混凝土连拱溢流坝1座，总长度95 m，新建浆砌石连拱溢流坝2座，总长度245.5 m。

进水口与污水处理厂出水口连接，出水口为各溢流坝的溢流段，高程比坝顶低0.1 m，根据河道比降，调整每座溢流坝坝后水位不低于0.3 m。

2.2 水生植物的选择原则

1）因地制宜的原则。根据当地气候、土壤类型和污水水质等条件，选择适合当地生境的植物，并使去污能力高的植物占有一定数量。

2）经济效益的原则。选择综合利用价值高的水生植物。

3）生物多样性的原则。充分利用本地植物资源，尽可能多的应用乡土植物，以确保生物多样性的恢复，同时确保有充足的植物种源。

4）景观协调的原则。在进行水质净化的同时，提升河道及周边地区景观效果。

经考察比较确定选用水生植物及配置工艺参数见表2。

表2 水生植物及配置工艺参数设计一览表

3 底泥原位置换+生态护坡

底泥原位置换是指针对河道重金属污染较重，污染物下沉集结至河沙空隙或附着在沙粒表面，采用人工方法将污染的河沙外运至指定场地，进行专业清洗，清除沙粒表面的重金属污染物后回填回原位置的方法。该方法优点是见效快，除污较彻底，缺点是工程量较大，工艺繁琐，如控制不好易造成次生污染。

生态护坡是利用新材料、新工艺及适合当地生境的植物对堤坝坡面进行保护的技术，其特点是突出生态特性，运用透水性、透气性建筑材料，在满足强度、抗冲刷的前提下，增加河道水力横向连通与水体交换，坡面进行草皮护坡。

工程设计在设计桩号8+488～14+426（分期实施，其余为二期）范围，治理河段长5 938 m，处理规模为14.5万m3。工程按照工作场所分为河道作业区和岸上作业区。按照施工顺序分为河道杂物清理清理→底泥疏浚→底泥筛分（含河沙淋洗）→泥浆脱水减容→尾水处理→临时场地恢复。

底泥疏浚采用工程干法疏浚，底泥筛分采用滚筒洗石机、螺旋洗砂机和多级自控筛分系统，采用直接淋洗的方法对分选后的重金属仍然超标的物料进行处理，经分离后的泥浆采用离心脱水机进行脱水减容，脱水后的泥浆投加稳定剂、固化剂进行稳定化、固化工艺处理，底泥脱水上清液采用重金属捕集+强化絮凝工艺方法，最后对临时场地采用景观绿化与生态修复。

一级河堤采用C25透水混凝土重力式挡土墙，高0.8 m，主河道满足河道10年一遇防洪标准，高于该防洪标准的洪水可通过滩地行洪，滩地和二级河堤栽种根系发达、抗旱耐涝的当地植物结缕草。