厭氧生物濾池和生態浮島組合工藝在河流污染治理中的應用

嚴向軍，梁 旭，裘 杰，汪國英

（杭州市市區河道監管中心，杭州310008）

城市河流污染是綜合性的環境問題，既與城市河流的水文條件有關，也與城市建設和長效管理有關，更與影響河流水質的內外兩種污染來源有關。從國內外研究成果表明，截污、疏浚、引配水、河流水污染原位處理等技術和手段在處理某單一水污染問題具有明顯的效果。但面對開放的、流動的、擾動的城市河流，單一的水污染治理和生態修復技術具有一定的局限性，往往不能根本解決水質不佳、水域生態系統不完善的問題。近十年來，杭州西溪河兩岸地塊大量開發改造，居住人口劇增，由于城市配套服務設施不盡完善，河道污染較重，多年來河道水質劣于Ⅴ類標準，偶有黑臭現象，影響兩岸居民日常生活，成為沿岸市民的關注的焦點和投訴熱點。為改善西溪河水環境提高居民生活品質，我們探討研究了技術和經濟兩方面都可行的城市河流污染治理和生態修復的綜合技術。

1 城市河流面臨的水環境問題

曾經一段時期，我國經濟社會飛速發展，環保工作相對滯后，有的城市河流純粹淪為納污河流，水污染十分嚴重。隨著可持續發展觀念日益深入人心，各個城市陸續投入巨資開展城市河流綜合整治，改善和提高城市環境質量。城市河流經過綜合整治后，水環境質量得到大幅度提高，有的河流多年來的“黑臭現象”消除了，有的達到了水功能區劃要求，有的河流水域生態得到重建和恢復。

但由于城市河流從水文學角度分析具有流域性和系統性，從生態學和城市學角度具有綜合性［1］和多功能性［2］，從工程學角度具有復雜性和階段性。不同的城市河流綜合整治的效果不僅相同，甚至千差萬別。如有的城市河流經整治后變成了三面光的水渠，水生動植物失去了生存的空間，水生植物和底棲動物不見蹤跡，水域生物群落結構不合理不完善；有的城市河流雨水排放口還混有污水，截污還不徹底，受各類廢污水的影響，不少城市河流水環境質量依然不容樂觀，在夏季河流“污花”不時地出現。特別是城市地表徑流污染如露天的城市停車場、貨運站、建筑工地等初期雨水會在一段時間內對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帶，西鄰保俶路，南起天目山路，北至余杭塘河，全長2 700m，平均寬度18m，平均有效水深2.0m。近十年來，西溪河兩岸地塊大量開發改造，外部市政設施配套不盡完善，部分地塊缺少污水收集毛細管。河流駁坎形式為直立式擋墻，河道內基本沒有水濕生植物，加之補給水源不足，河流的自凈能力較弱。經調查，治理前西溪河沿線有8個排污口，合計排放污水量約130t／d，現狀水質劣于Ⅴ類標準，詳見表1。

表1 治理前西溪河主要水質指標 mg·L－1

隨著生態城市理念不斷地融入城市建設的方方面面，景觀功能成為眾多城市河流的主導功能［3］。杭州市提出以江、湖、河、海、溪“五水共導”的治水理念［4］，通過實施城市河道綜合保護五大系統工程，逐步地有效解決現代城市不斷擴張與自然生態日益萎縮的城市發展矛盾，逐步地營造一個“水清、岸綠、景美、流暢”的親水型“宜居城市”。由此，我們以“達到一般景觀功能Ⅴ類水要求”為目標開展西溪河污染治理和生態修復工作。

2 西溪河污染治理及生態修復方案設計

經調查分析，由于管底標高、老城區雨污合流等多種因素，西溪河沿線8個排污口的污水在近期內沒有條件納入城市污水管網。為降低排出口廢污水對西溪河水環境的影響，改善城市河流水景觀，我們在杭州西溪河嘗試應用了厭氧生物濾池［5－7］和生態浮島［8－10］組合工藝，初步形成一個生產者、消費者和分解者的水生生態系統。

2.1 工藝設計

西溪河污染治理和生態修復的總體思路是隔斷廢污水排入河流的通道，在排污口周邊布置厭氧生物濾池，在微生物膜吸附與代謝和濾池截留的共同作用下，廢污水中的有機污染物得以分解與降解。處理后的廢污水經過上覆生態浮島的植物吸附吸收、根系微生物代謝降解等作用，進一步吸收營養物質及其它污染物。如圖所示。

表層生態浮島區水濕生植物通過光合作用產生氧氣，通過植物根莖輸送并釋放到水體中，在根毛周圍形成了一個好氧區域，并通過植物吸附吸收、根系微生物代謝降解等作用，吸收從厭氧生物濾池流出的營養物質及其它污染物，具有凈化水質、消減風浪、美化水面景觀、提供水生生物棲息空間及進行環境教育等多種功能。中層為好氧區與厭氧區的過渡區即兼性區，存在著可起兩種作用的兼性菌，并通過兼性菌分解排出口廢污水中的有機物，高效微生物光合細菌、消化細菌、復合細菌等微生物作為水體中的一類分解者，經過馴化期后大量繁殖，分解污染物質。底層生物濾池為厭氧區，積累在此區域內的固體雜質被厭氧菌充分分解，從而取得良好的治理效果。

2.2 厭氧生物濾池

厭氧生物濾池是一種簡單低耗的內部填充有微生物載體的厭氧生物反應器。厭氧生物濾池由采用增強型PP板制作成箱式框架和聚丙烯纖維為主的生物填料組成。厭氧微生物部分附著生長在生物填料上，形成厭氧微生物膜，部分以厭氧活性污泥的形式存在于填料空隙間處于懸浮狀態。根據西溪河的水文特征，每個厭氧生物濾池的長、寬、高設計為1.0m＊1.0m＊2.0m，并按照排出口污染負荷不同，設計8個厭氧生物濾池組合放置于排出口周圍。合計厭氧生物濾池168m3。

2.3 生態浮島

生物浮島置于厭氧生物濾池上方，漂浮在水面上，生態浮島的面積大小按照排出口水量和河流寬度設計。根據西溪河水文和氣溫條件，生物浮島上種植花葉美人蕉、花葉蘆竹、西伯利亞鳶尾、聚草和香菇草。沿河布置了大小不等的生態浮島16個，合計面積達1 340m2。

3 監測和分析

西溪河污染治理和生態修復項目實施后，在上游八字橋和下游新烏蓬橋各布置一個水質監測點位，每月監測一次，監測項目為透明度、溶解氧、化學需氧量、氨氮和總磷。項目經過一年多時間的運行，取得良好的環境效益，化學需氧量從最高值35.4mg／L下降至15mg／L左右，氨氮從最高的4.64mg／L下降至1.5mg／L左右，總磷從最高的0.46mg／L下降至0.1mg／L左右，基本達到地表水環境質量Ⅴ類水質標準，滿足城市河流的景觀功能要求。詳見圖1和圖2。

圖1 西溪河治理前后化學需氧量變化情況

圖2 西溪河治理前后氨氮和總磷變化情況

3.1 新烏蓬橋水質變化分析

對比分析項目實施前后新烏蓬橋水質變化情況表明，西溪河水質得到較大改善和提高，新烏蓬橋水質監測點2011年1～4月份化學需氧量、氨氮和總磷均值比2010年1～4月份均值分別下降13.23mg／L，0.77mg／L，0.09mg／L，同比下降幅度為49%，26%和37%，基本達到Ⅴ類水質標準，詳見表2。

表2 新烏蓬橋水質變化情況 mg·L－1

3.2 西溪河上下游水質變化分析

對比分析項目實施后上游八字橋和下游新烏蓬橋水質變化情況表明，西溪河下游水質與上游相比有較大改善和提高，新烏蓬橋水質監測點2011年1～4月份化學需氧量、氨氮和總磷均值比同期八字橋均值分別下降7.8mg／L，0.50mg／L，0.07mg／L，同比下降幅度為36%，19%和30%，詳見表3。

表3 西溪河上下游水質變化分析 mg·L－1

4 結果和討論

由于城市河道的水文條件、污染特征和水功能各不相同，為改善水環境質量所采用的污染治理和生態修復方法需要有針對性，要因地制宜、因河而宜。結合西溪河上游來水不佳、沿線入河污染負荷較重等實際情況，經項目實踐表明，厭氧生物濾池和生態浮島組合工藝在西溪河污染治理和生態修復工作中，取得良好的環境效益。

（1）厭氧生物濾池和生態浮島組合工藝可以在污染較重的城市河道中應用和推廣。經實踐表明，具有治理效果好，運轉維護管理方便等優點。為進一步提高治理效果和降低治理成本，還需要進一步研究廢污水排放量與厭氧生物濾池大小、生態浮島植物種類及種植面積之間的關系。

（2）受排出口廢污水量和水濕生植物生長的季節變化等因素影響，厭氧生物濾池和生態浮島組合工藝的功效變動較大。為進一步城市河道水環境質量，需要從根本上加強截污納管工作，減少入河污染負荷。

［1］ 張錄強.城市景觀中人工河流的生態功能［J］.生態經濟，2005（5）：32－32.

［2］ 厲永濱.打造運河世界級旅游品牌［J］.中國水運，2008（6）：44－45.

［3］ 王延貴，史紅玲.河流功能及其萎縮成因［J］.水利水電技術，2007（6）：24－28.

［4］ 汪 健，黃健勇.杭州城市水系建設思路探討［J］.水資源管理，2010（15）：45－47.

［5］ 劉樹才，朱金雷.厭氧生物濾池＋生物接觸氧化組合工藝處理地表微污染水技術研究［J］.北京水務，2010（2）：4－6.

［6］ 錢 易，王鳳芹.常溫下厭氧生物濾池處理生活污水的試驗研究［J］.給水排水，1994（1）：24－27.

［7］ 馬傳軍，費慶志.厭氧生物濾池－好氧生物炭濾池聯合處理生活污水［J］.環境化學，2007，6（1）：70－72.

［8］ 童國璋，葉旭紅.生態浮島技術概述及應用前景［J］.江西科學－2010，128（1）：470－472.

［9］ 胡細全，李兆華.復合生態浮島處理重度富營養化水體的靜態試驗研究［J］.湖北大學學報，自然科學版，2008，30（3）：309－312.

［10］ 張婉璐，劉君寒.人工浮島技術在污水生態修復中的應用［J］.環境與可持續發展，2010（4）：48－50.