生态基和人工浮岛在杭州河道治理工程中的应用

'第4o卷第5期广州化工Vo1．40No．52012年3月GuangzhouChemicalIndustryMarch．2012生态基和人工浮岛在杭州河道治理工程中的应用张腾飞，陈勤(中国联合工程公司，浙江杭州310000)摘要：通过杭州市的河道治理工程，介绍了生态基和人工浮岛技术。高分材料编织的生物基分为上浮型和下沉型两种，可填充活性炭。人工浮岛由种植在浮盆上的挺水植物和圈养在浮岛中的浮水植物构成。生物基和人工浮岛结合净化河水，美化河道景观。文中介绍了设计方法。通过工程实例，分析常见的问题，提出解决方案。关键词：河道修复；水生植物；生态基中图分类号：X522文献标识码：A文章编号：1001—9677(2012)05"0132—04TheApplicationofAttachGrowthBio—ribbonandAquaticPlantsinRiverRemediationEngineeringinHangzhouZHANG死一fei，CHENQin(ChinaUnitedEngineeringCorporation，ZhejiangHangzhou310000，China)Abstract：Thetechnologyofattachgrowthbio—ribbonandaquaticplantsinriverremediationwasintroducedbysev—eralengineeringprojectsinHangzhoufrom2010to2011．Theattachgrowthbio—ribbonincludedtwotypesoffloatingtypeandsinkingtype，whichwerebasicallyfabricatedbypolymermaterialandfilledupwithactivatedcarbon．Aquaticplantsincludedemergentplantsgrownonfloatingisland，andfloatingplantsgrownbetweenisland．Byintroducingtheat—tachgrowthbio—ribbonandaquaticplants，thewaterqualityandthelandscapeofriverwereimprovedsignificantly．Thranghthreeengineeringexamples，theexperienceandproblemsindesigningandimplementingwerediscussedinde—tails．Keywords：riverremediationtechnology；aquaticplants；attachgrowthbio—ribbon杭州市水资源丰富，市区内有很多兼具景观和蓄洪功能的活性炭，可以会提高生态基的比表面积和短期吸附污染物的能河流，其纵横交错，构成杭州市的河网系统。然而，随着城市居力，实现短期吸附去除水中污染物，长期通过生物降解吸附的污民生活水平的提高，而旧的雨污合流管道截污不彻底，市内河水染物的效果。被生活污水污染，其BOD、总氮和总磷浓度长期超过V类标准，在工程中，生态基可以通过两种方式安置在河道中，一种是河道恶臭现象比较普遍。为了改善杭州市区内河道水质，笔者通过在生物基的一端固定套筒，套筒中填充素混凝土或鹅卵石，在2010年至2011年的生态修复工程中采用了原位河道治理技将生物基沉入河水中。常用在上浮型生态基的施工中。其优点术。主要技术为投放生态基和人工浮岛，优先控制河水中的是施工简单方便，布置形式多样(可垂直河水流向布置，亦可平BOD和氨氮污染，从水质和景观两方面改善河道水质。通过工行于河水流向布置)，生态基随水流飘动，不影响河道通航。缺程实践，分析了上述技术在河道治理工程中发挥的作用和存在点是，生态基锚固不牢，汛期到来时，生态基容易被水流拖动，造的问题。成处理系统损坏，影响处理效果。另一种是，将生物基固定在钢丝或高分材料缆绳上，然后将1治理技术钢丝或缆绳两端锚固在河道两边的驳坎上。常用在下沉型生态基的施工中。其优点是，生物基锚固效果好，间距容易控制，便1．1生态基技术概述于检修和补充脱落的生物基。缺点是，布置形式单一，影响河道生态基是一种较新型的有机高分子材料编织成的生物膜载通航，枯水期时，生物基会露出水面，影响河道美观。体。通常有两面编织材料中间夹泡沫组成上浮型的生态基，或据报道，生态基在满足相似的技术指标前提下，基建和运行均匀填充颗粒状活性炭组成下沉型生态基。高分子编织材料通费用比传统的河道处理技术，如投放菌剂，砾石接触氧化等，更常有两种，一种是编织较密实的，有利于挂膜的材料，另一种是为经济。并且具有施工方便，管理简单，不阻碍行洪，能耗低，污编织较疏松，便于吸附藻类生在的材料J，两种编织材料可以自泥量少等优点J。同时，生物基的微观结构研究表明，生物基可由组合，如一面密实一面疏松，或下部密实上部疏松。生物基编提供均匀的好氧、缺氧、厌氧生境，为硝化反应和反硝化反应提织材料的比表面积可以高达250m／m，如在两层生态基间填充供了积极的条件J。通讯作者：张腾飞(1988一)男，硕士，助理工程师，主要从事水环境污染防治设计研究工作。 第40卷第5期张腾飞等：生态基和人工浮岛在杭州河道治理工程中的应用1331．2人工浮岛技术概述公园等场所的水体中。人工浮岛，是一种成本较低、能持续吸收并去除自然水体中2设计方法过量氮磷等营养物质的循环型水质净化技术。其原理是在人工构建的浮床中种植栽培多种观赏型水生植物，通过植物过滤、微2．1生态基用量的设计方法生物降解、水生植物吸收水体中的氮磷污染物、有机污染物和部河道治理的生态基用量通常由两部分组成，分别为：(1)封分藻类等。一般选用茎秆和根系发达的水生植物将水中悬浮态闭水体生态基用量；(2)开放型河道的生态基增加量。的污染物和藻类通过过滤作用从水中去除。据报道，对富营养：(1)．封闭水体的生态基用量释L化的河水作为直接试验对象时，水生植物在夏季能帮助水体进降解治理河段水体中的污染物浓度，改善水体水质，初步建行好氧硝化过程，将氨氮转成硝态氮，同时水生植物能吸收大量立水体生态系统所需要的生态基用量。计算公式如下：的硝态氮和磷酸盐等营养性污染物MJ。报道表明，水生植物对端嚣A=KTX总氮和总磷去除率不低于70％和60％J。式中：A——封闭水体生态基用量，m植物作用溆、K——温度校正系数，取值范围1．0～1．5Q——水体容积，ms——水体维护标准校正系数，取值范围0．8—1．2合成有机物c——水体维护生态基平均用量参数，m／m，通常根移出水体载体据生态基的种类，结合河流的水体体积和气候《：；；’⋯因素等实际情况确定，取值范围在8．0～25．0～——◆m／m之间SS、P有机物机N、P的无机化吸附、沉淀、过滤(2)开放型河道的生态基增加量好氧硝化脱氨微生物、藻类、吸收营养盐实施河段的生态基的布置考虑到该段内水流速等水文条件小鞋动物附着的影响，计算生态基河道治理试验的经验公式公式为：图1人工浮岛净化机理示意图A．，Q×(S0一S1)Fig．1Themechanismofrehabilitationoffloatingisland2T×——式中：A——开放型河道的生态基增加量，m1．3适用于生物基的曝气技术概述K——温度校正系数，范围在1．0～1．5之间生态基河道原位处理中常用的曝气技术有以下三种，现分Q——污水处理规模，即处理的河水流量，tn／d述如下：S。——河流进水断面BOD浓度，ms／L(1)鼓风微孔曝气技术S。——河流出水断面BOD浓度，ms／L鼓风微孔曝气技术包括鼓风机，曝气管道系统和微孔曝气q——生态基对BOD5的表面去除负荷，gBOD／m·系统组成，和污水处理厂的鼓风曝气系统类似。d，根据BDF型生态基产品种类，取值范围在该曝气技术的优点是：曝气均匀，曝气效率高，平均能耗低，100—250gBOD／m·d之间工程投资低，适用于较宽河道的曝气。其缺点是：微孔曝气头容综合上述，设计生态基总用量为：易堵塞或脱落，鼓风机运行噪音大，建设机房占用土地。A：Al+A2(m2)按照《工业企业噪音控制设计规范》(GBJ87—85)的规定，2．2需氧量的设计方法居民、文教区附件的噪音应小于50dB(夜间小于4OdB)。因此，鼓风曝气机宜布置在交通干线道路的两侧(昼间小于70dB，夜考虑水体的优先控制污染物为BOD和氨氮，同时污染物质间小于55dB)，并在鼓风机房内安装减振降噪材料，如悬挂吸音主要来自本底污染和流人处理区域的污染，因此每天的需氧量板，有罩面的吸音材料等，或在夜间暂停运行曝气设备。由四部分组成：(1)去除治理区域水体BOD的需氧量；(2)去除(2)潜水射流曝气技术治理区域水体氨氮的需氧量；(3)去除断面流入的BOD需氧潜水射流曝气技术主要由潜水射流曝气机和附属支架构成。量；(4)去除断面流人的氨氮需氧量。该曝气技术的优点是：不占用土地，施工方便，运行噪音低。(1)去除治理区域水体BOD的需氧量其缺点是：曝气不均匀，曝气效率低，平均能耗高，不适宜用于较计算公式如下：宽的河道。，、(Li—Lh×V×a×f)u1—————一潜水射流曝气机通常采用膨胀螺丝和角钢支架固定在河道驳坎上，垂直于河水流向曝气。个别情况下，亦可固定在河道中式中：Ol——每日治理区域水体BOD5需氧量，kgO／d央，平行于河水流向曝气。Li——水体的现状BOD浓度，kg／m(3)浮床式喷泉(叶轮)曝气技术L——水体的治理目标BOD浓度，ks／in浮床式喷泉(叶轮)曝气技术，构造简单，和人工浮岛类似，V——治理区域水体容积，m设备可以漂浮在水面上，通过拉索或桩杆固定。其优点是：改善a——氧化每千克BOD所需氧的千克数，kgO／河道景观效果，施工方便，运行噪音低。其缺点是：曝气效率低，kgBOD，一般取值范围在0．42～0．53之间阻碍河道通航。地表水体治理修正系数，和当地气候条件有关，浮床式喷泉(叶轮)曝气技术，受设备自重和尺寸限制，曝气一般取值为1．2～1．6之间充氧效率低于射流曝气和鼓风曝气，但如果和人工浮岛结合布d——水体治理达到目标的天数，结合水生植物生长置，会显著提升河道的景观效果。因此，特别适用于城市广场，周期确定，一般取值为30—60天 134广州化工2012年3月(2)去除治理区域水体氨氮的需氧量实施长度为160m。工程采用的曝气方式为潜水射流曝气，8台计算公式如下：射流曝气机交错布置在河道两侧。同时，工程设计了450m的人工浮岛，种植花叶美人蕉、千屈菜、花菖蒲、鸢尾、香菇草、旱伞草和风眼莲等兼具景观效果和式中：0——每日治理区域水体氨氮需氧量，kgo／d纳污能力的水生植物。浮床规格为10．0m×1．5m(长×宽)，通N。——水体现状氨氮浓度，ks／m过拉索方式固定在驳坎上。沿线布置，美化河道景观。N——水体的治理目标的氨氮浓度，kg／m工程于2010年8月份施工，lO月施工结束，在2011年西溪V一治理区域水体容积，m河检测断面的水质指标如表2。f_一地表水体治理修正系数，和当地气候条件有关，表22011年西溪河水质指标一般取值为1．2～1．6之间d——水体治理达到目标的天数，结合水生植物生长周期确定，一般取值为30～6O天(3)去除断面流入的BOD需氧量O3=(Li—Lh)×Q×a×f式中：O。——每日去除断面流入的BOD需氧量，kgO2／d由于水体溶解氧含量恢复到较高水平，即使在夏季河水也L；——水体的现状BOD浓度，kg／m无黑臭情况发生。河水表观为浅绿色，较清澈透明。L。——水体的治理目标BOD浓度，km西溪河水环境改善工程总投资约100万元，年综合运行管Q——河道断面流量，m／d理费用5．0万元。a——氧化每千克BOD所需氧的千克数，kgO：／3．2杭州市十号河水环境改善工程kgBOD，一般取值范围在0．42～0．53之间f-_一地表水体治理修正系数，和当地气候条件有关，十号河原名丰收水库，位于杭州市江干区和余杭区交界处，一般取值为1．2—1．6之间后随城市化进程而废弃，作用从农业水库转换为城市景观水体。(4)去除断面流入的氨氮需氧量河道全长1．25km，最宽处为80m，最窄处为10m，水深约计算公式如下：1．5m，水域面积53587m，日平均流量3500m／d，属于静态水体。十号河水质指标如表3。O4=4．5×(N0一N)×Q×f式中：O——每日治理区域水体氨氮需氧量，kgO：／d表32011年3月份十号河水质指标N——水体现状氨氮浓度，kg／mN——水体的治理目标的氨氮浓度，ks／mQ——河道断面流量，m／df-_一地表水体治理修正系数，和当地气候条件有关，一般取值为1．2—1．6之间显然，由于多年持续排放的污染，十号河已经严重富营养综合上述，设计治理区域的耗氧量为：化。在工程中，设计了1800m的上浮型生态基，规格为5．0InO=Ol+O2+O3+O4(kgO2／d)×1．0m(宽×高)。每排布置间距1．0m，平行于河水流向布置。生态基布置在十号河上游1200m的水域范围内。用于拦截和3工程应用降解上游来水中的污染物。在河岸上设置鼓风曝气机和风管，3．1杭州市西溪河水环境改善工程在水体中设置微孔曝气盘，间距5米均匀布置在生态基之间。同时，工程设计种植12500m的水生植物，其中包含种植在西溪河为一条南北走向的城市景观河道，距离西湖景区约1．5浮岛上的挺水植物，如水生美人蕉、西伯利亚鸢尾、金线石菖蒲、km，河道全长约2．7km，宽度约15m，平均水深2．0m，日平均流量为水芹和菰、芦苇等，共计8300m，以及被浮岛圈养种植的浮水植3万rI13／d。治理前监测断面各项水质指标全年平均值如表1。物，如香菇草、聚草、欧亚萍蓬草、红睡莲等，共计4200m2。浮岛表12010年西溪河水质指标通过桩杆固定在河道中。工程于2011年7月施工，至2011年10月竣工。工程投资规模170．0万元，年综合运行管理费用3．5万元。3．3杭州市古荡湾河水环境改善工程古荡湾河，是一条南北走向的城市景观河道，距西湖风景区约1．0km，南起沿山河，北至余杭塘河，河道全长约2．5km，最宽由于西溪河沿线仍存在私接污水管道到雨水管中，以及早期建处为25In，最窄处为12m，平均水深2．20in，水域面积15708．9m2设的居民区雨污合流，截污工程不彻底，到夏季时，河水有明显。河水流量：2．6万m／d。检测断面水质指标如表4。的臭味。因此西溪河的水质指标尚未实现《地表水环境质量标表42010年古荡湾河水质指标准(GB3838—2002)》规定的Ⅳ类水质标准，氨氮指标未达到V类水质标准。为改善西溪河的水质、消除黑臭、美化环境，工程设计采用了上浮型生态基1200m，规格为1．5m×2．0m(高×宽)，垂直于河水流向布置，每排布置5片生态基，各排间距2．0m。工程 第40卷第5期张腾飞等：生态基和人工浮岛在杭州河道治理工程中的应用l35古荡湾河沿线生活小区众多，因此未被截留的雨污合流管(2)采用桩杆固定的人工浮床，需增加活动套管，以应对汛道众多，全年水质指标氨氮明显偏高，消耗水体中大量溶解氧，期来临时河水水位暴涨。套管可由U—PVC管制作，套装在桩到夏季水体发黑，底泥上浮，引发恶臭，最终影响沿线居民的生杆上。活。(3)水生植物的种植最佳时期为春秋两季，夏季由于温度和在工程中采用了2400m的下沉型生态基，通过拉索方式固湿度偏高，紫外线强度大，不利于水生植物的生长，冬季则由于定在河道驳坎上。其中1680m。生态基用于好氧处理段，720m温度下降速率快，日照时间短，抑制水生植物的生长，不能安全生态基用于厌氧缺氧处理段。好氧段布置在宽25in的河段内，过冬。采用2O．0mx1．5m(长×宽)的生态基，每排间距0．5m，共计(4)鼓风曝气系统噪音偏大，一般不建议在市区内的河道治布置56In。厌氧缺氧段布置在宽13m的河段内，采用10．0m×理项目中使用。若考虑鼓风曝气机运行能耗低，确实有必要使1．5m(长×宽)的生态基，每排布置间距1．0Ill，共计布置24m。用，则宜将风机房修建在地下，并做完善的消音减振措施。两段生态基间距40．0m(河道渐宽段)。(5)工程需连续性的管理。挺水植物应经常修剪，防止曝气采用鼓风曝气，由布置在河岸上的鼓风机，风管和布置植株过高倒伏，浮水植物应经常打捞，防止泛滥。同时，通过修在水体中的微孔曝气盘组成。曝气盘问距5．0in布置，均匀布剪和打捞，将有机物质从河道中去除，实现修复和净化河水的目置在生态基之间。的。因此，在制定工程投资项目时，除考虑运行动力费和苗木更同时，工程设计种植4000m的水生植物，其中包含种植在替费外，还应根据当地法规要求，将人工管理费用计人综合运行浮岛上的挺水植物，如水生美人蕉、西伯利亚鸢尾、金线石菖蒲、管理费中。水芹和菰，共计3000m，以及被浮岛圈养种植的浮水植物，如香菇草和聚草，共计1000m。河道中央浮岛通过桩杆固定在河道参考文献中，河道边缘浮岛通过拉索固定在驳坎上。[1]袁伟刚，樊智毅．阿克曼生态基技术在湖泊治理与维护中的应用工程于2011年9月施工，至2011年11月竣工。工程投资[J]．中国给排水排水，2007，23(10)：J1一J4．规模约100．0万元，年综合运行管理费用5．0万元。[2]程尘．生物飘带技术在新洲河污水处理中应用[J]．东北水利水电，2007，25(10)：53—54．4结论和建议[3]WuWZ，LiuY，ZhuQ，eta1．Remediationofpollutedriverwaterbybiologicalcontactoxidationprocessusingtwotypesofcarriers[J]．In—工程实践表明投放生态基和布置人工浮岛是种见效快，施temationalJournalofEnvironmentandpollution，2009，38(3)：工简单的河水原位修复治理技术。该治理技术在削减河道污223—234．染，恢复河道生态功能的同时，美化河道景观，改善城市居住环[4]宋海亮，吕锡武，李先宁，等．氮磷在阶式水生植物床中的去除效境。在工程实践中，该治理技术常遇到如下问题：果及组成变化[J]．环境污染治理技术与设备，2005，9(6)：54—57．(1)采用毛竹和育苗架拼接的人工浮床，自重大，浮力不足，需要在浮床中填充泡沫材料增加浮力，一般不建议在工程中使[5]宋海亮，吕锡武，稻森悠平．水生植物床预处理富营养化水源水中试研究[J]．给水排水，2004，30(8)：8—12．用。；石石!!；；_"、!!!!糸!!!!!；!穹!；!!!!!!!!!：!!!_"、!(上接第131页)3结论测分析方法(第四版)[M]．北京：中国环境科学出版社，2002：379—379．对比了三种不同有机试剂不同体积百分含量下，铅溶液的[2]姚琳，王志伟．ICP—AES同时测定水中的痕量钼、钴、硼、锑、钒和浓度变化值及趋势，发现含2％丙酮的溶液试剂用量及仪器检测钛[J]．光谱实验室，2009，26(3)：605—608．性能最佳。此条件下的标准曲线线性关系与国标法标准曲线线[3]吴开华，杜林峰．电感耦合等离子体质谱法测定灌溉水中7种重金性关系基本无差别但斜率增大灵敏度提高；检出限较现有ICP属及其定性分析[J]．现代科学仪器，2011(1)：104—107．国标方法低近一个数量级，降低了方法检出限；精密度1％一[4]董发昕，胡怀明，贾婴奇．电感耦合等离子体原子发射光谱法测定12％和准确度90％～105％符合要求，为准确、有效检测含微量钛酸钡纳米粉体中7种杂质元素[J]．理化检验：化学分册，2008，铅水质提供新方法。44(8)：773—774．[5]周永利，陈金忠，郭庆林，等．正丁醇对电感耦合等离子体发射光谱参考文献的增敏作用[J]．光谱实验室，2006，23(6)：1326—1329．[6]陈凤玲，陈金忠，丁振瑞，等．ICP—AES测定饮用水中5种重金属[1]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监元素[J]．光谱实验室，2010，27(3)：896—899．'