蔣歡　 朱斌　 耿海峰等

摘要 以徐州的河道型微污染水源地——小沿河為例，采用生態(tài)懸床技術(shù)構(gòu)建水生生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)河道水體進(jìn)行原位生態(tài)凈化，研究生態(tài)懸床技術(shù)對(duì)河道型微污染水源地水質(zhì)凈化效果。結(jié)果表明，項(xiàng)目實(shí)施后，水質(zhì)得到明顯改善，工程區(qū)域進(jìn)出水CODMn、TP、NH3N平均去除率分別達(dá)15.25%、26.94%、25.23%，取水口水質(zhì)基本穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)?？梢姡鷳B(tài)懸床對(duì)于河道型微污染水源地中有機(jī)物的去除效果不顯著，對(duì)于總磷、氨氮的去除效果較好。

關(guān)鍵詞 河道型水源地；微污染水源水；生態(tài)懸床；水質(zhì)凈化

中圖分類號(hào) S273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）08-02432-02

Purification of Slightly Polluted Rivertype Water Source with Ecological Suspended Plant Bed

JIANG Huan et al （Shanghai Investigation and Design Institute， Shanghai 200434）

Abstract With rivertype slightly polluted water source of Xuzhou—Xiaoyanhe River as an example， ecological suspended plant beds were adopted to construct an aquatic ecosystem， the purification of slightly polluted rivertype water source with ecological suspended plant bed was studied. The results showed that after the project implementation， water quality has been improved significantly with the average removal efficiency of CODMn， TP and NH3N reaching 6.62%， 25.27% and 25.47%， respectively. Water in the intake has steadily satisfied the environmental quality standards for surface water of class Ⅲ. Ecological suspended plant bed has no significant removal effects on organic matters in rivertype slightly polluted water source， while has obvious removal effect on TP and NH3N.

Key words Rivertype water source； Slightly polluted water； Ecological suspended plant bed； Water purification

河流是我國重要的飲用水水源地，但目前由于生活廢水、工業(yè)污水的排放，我國河流飲用水源地受到嚴(yán)重污染，全國113個(gè)重點(diǎn)環(huán)保城市的222個(gè)飲用水地表水源的平均水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為72%，且合格水源地呈現(xiàn)縮減趨勢(shì)[1]。2007年7月1日正式施行的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）水質(zhì)指標(biāo)由GB 5749-85的35項(xiàng)增加至106項(xiàng)，其中毒理指標(biāo)中有機(jī)化合物由5項(xiàng)增至53項(xiàng)，對(duì)水中微量有機(jī)物提出了更加嚴(yán)格的控制要求[2]。傳統(tǒng)的給水處理技術(shù)主要為混凝、沉淀、過濾、消毒，這些技術(shù)主要用于去除水中的懸浮物、濁度、色度，對(duì)溶解性有機(jī)物的去除效果不佳，而深度處理技術(shù)存在投資額大、運(yùn)行成本高等問題[3]。因此，研究水源地水質(zhì)提升和保障方法，從根源上解決水廠原水水質(zhì)問題，對(duì)于減少水廠建設(shè)改造投資及運(yùn)行費(fèi)用、提升飲用水水質(zhì)、保障人民身體健康具有重大的意義。

利用水生植物凈化水質(zhì)的生態(tài)凈化方法具有成本低、能耗小、治理效果較好、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小、有一定的經(jīng)濟(jì)效益和景觀價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)[4]，因此被應(yīng)用于河岸護(hù)坡、緩沖帶、人工浮床、人工濕地等水體凈化實(shí)踐中，并取得了眾多成果[5]。人工沉床技術(shù)是一種利用沉床載體和人工介質(zhì)栽植大型水生植物的生態(tài)凈化技術(shù)，可以通過床體升降控制植物在水下的深度，適用于透明度低和水深較大的受污染水體[6]。崔玉川等將微污染水源水定義為受到污染程度較低、水質(zhì)指標(biāo)有所降低、但仍可作為飲用水水源的水體[7]。微污染水源水中污染物濃度低，常規(guī)給水處理工藝不能有效去除污染物。因此，利用生態(tài)凈化技術(shù)對(duì)微污染水源水進(jìn)行處理是一種合理的解決方案。我國北部城市徐州的河道型微污染水源地——小沿河，采用改良型人工沉床技術(shù)——生態(tài)懸床技術(shù)構(gòu)建水生生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)河道水體進(jìn)行原位生態(tài)凈化。在此，筆者介紹了該工程的背景和技術(shù)方案，并對(duì)工程的實(shí)際凈化效果進(jìn)行分析，為今后類似工程的開展提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 材料與方法

1.1 工程背景

小沿河位于銅山區(qū)柳新鎮(zhèn)李場(chǎng)村北，現(xiàn)為徐州市區(qū)主要地表水飲用水源地，河道長度約為15.5 km，寬度50～60 m，河道中心水深5～6 m。小沿河水位主要受上游微山湖水位和河道農(nóng)灌抽水設(shè)施影響，夏季正常水位為32.5～32.6 m，冬季為31.9～32.0 m，河道兩側(cè)目前基本無污染源，河水水質(zhì)主要受上游微山湖來水水質(zhì)影響。2010年下半年和2011年度小沿河水質(zhì)較好，除CODMn在夏末、秋初時(shí)段有所超標(biāo)外，其余水質(zhì)指標(biāo)相對(duì)較好，基本符合地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。從水質(zhì)指標(biāo)可以看出小沿河為典型的微污染水體。

項(xiàng)目實(shí)施河道長度約3.1 km，工程范圍內(nèi)的斷面較為陡峭，河道中部水深較大，斷面的很多區(qū)域無法開展傳統(tǒng)的水生態(tài)修復(fù)工程。徐州地處長江以南的北方區(qū)域，冬季氣候較為寒冷，河道存在結(jié)冰問題。河道上游與微山湖相連，水體中有較多的草食性魚類。

1.2 工程技術(shù)方案 此次工程采用的生態(tài)懸床是一種懸浮式沉水植物床，由可種植沉水植物的種植床與種植床連接的浮力系統(tǒng)和防護(hù)系統(tǒng)組成。在懸床工藝中，懸浮于水中距離水面一定深度的種植床中裝有種植基質(zhì)，為沉水植物提供生長基質(zhì)和適宜的光照條件。種植床床體位于水面以下，可避免紫外線照射和冬季水面結(jié)冰對(duì)床體和沉水植物造成傷害。防護(hù)系統(tǒng)為一定孔徑的漁網(wǎng)，將床體包絡(luò)其中，防止植物萌發(fā)時(shí)被河道中草食性魚類牧食影響生長。種植床上的沉水植物包括夏季種和冬季種，以實(shí)現(xiàn)植物季相交替，保證周年凈化效果。生態(tài)懸床對(duì)于水體的凈化是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物過程。植物對(duì)水體營養(yǎng)物質(zhì)可以直接吸收并同化為自身組成物質(zhì)；植物和填料可以對(duì)大顆粒污染物進(jìn)行吸附截留；水生植物的光合作用釋放氧氣可提高水體溶解氧濃度；植物的化感作用可以抑制藻類和部分致病菌生長；植物為微生物提供附著界面，兩者的協(xié)同作用可促進(jìn)污染物的降解[6]。

單個(gè)懸床面積為2 m2，12或16個(gè)單體連接成排，各排交錯(cuò)布置于河道中央，排間距為4 m，全部共布設(shè)242排，共計(jì)3 000個(gè)懸床單元，總面積6 000 m2。懸床的浮力系統(tǒng)由PPR管和彎頭通過熱熔法連接成正方形框體，且內(nèi)部跳蟲塑料泡沫，防止浮筒意外進(jìn)水后造成懸床下沉。種植床系統(tǒng)由床體和載體框架組成，床體使用高密度泡沫板機(jī)械壓制，下部預(yù)留透水孔，便于河水滲入床體基質(zhì)；載體框架使用PPR管熱熔連接而成。種植基質(zhì)為3層配置，底層為土工布，中層為土壤，上層為碎石層。植物種植形式為苦草、輪葉黑藻和伊樂藻間隔種植，冬季主要靠伊樂藻。

1.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析方法

2012年6月～2013年6月每月對(duì)項(xiàng)目實(shí)施河道起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行一次水樣采集分析，水樣采集點(diǎn)位置為河道斷面中心水面以下0.5 m處。水質(zhì)分析方法分別是有機(jī)物采用酸性高錳酸鹽氧化法（GB 11892-1989）、總磷采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-1989）、氨氮采用納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009）。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)懸床對(duì)水體中有機(jī)物（以CODMn表示）的去除效果 由圖1可見，

生態(tài)懸床對(duì)水體中有機(jī)物的去除效果不顯著，最高去除率為28.66%，不同時(shí)段的去除率波動(dòng)較大，無明顯規(guī)律性，平均去除率15.25%。該結(jié)果與童昌華等的研究結(jié)果[8]一致。生態(tài)懸床對(duì)于有機(jī)物的去除途徑之一是對(duì)水體中含有機(jī)物的懸浮物質(zhì)的吸附和沉降作用，該部分從水體中分離出的有機(jī)物與沉水植物凋零的枝葉在被微生物分解的過程中可能釋放出新的污染物進(jìn)入水體，這種動(dòng)態(tài)過程的不平衡性可能導(dǎo)致CODMn隨時(shí)間的波動(dòng)[9]。

圖1 生態(tài)懸床對(duì)水體中有機(jī)物的去除效果

2.2 生態(tài)懸床對(duì)水體中總磷的去除效果 圖2顯示，

生態(tài)懸床對(duì)水體中總磷的去除效果較為理想，最高去除率為34.32%，平均去除率為26.94%。2012年6～11月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示該段時(shí)間生態(tài)懸床對(duì)水體中總磷的去除率與上游來水的總磷濃度呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，而從2012年12月～2013年6月總磷去除率與來水濃度無明顯關(guān)聯(lián)，且波動(dòng)較大，可能是由于此階段來水總磷濃度較低，其他干擾因素占主導(dǎo)地位所致。王麗卿研究表明沉水植物體系對(duì)總磷的去除途徑有2種，即植物葉片根系的直接吸收同化和沉降吸附[10]。5月中旬小沿河河道邊灘水深較淺處大量野生的菹草到達(dá)生長末期，且此時(shí)水溫已經(jīng)較高，菹草衰敗腐爛速率較快，植株體內(nèi)吸收的磷釋放進(jìn)入水體中，可能是導(dǎo)致5～6月的總磷去除率較低的原因之一。

圖2 生態(tài)懸床對(duì)水體中總磷的去除效果

2.3 生態(tài)懸床對(duì)水體中氨氮的去除效果 從圖3可以看出，

生態(tài)懸床對(duì)水體中氨氮的去除效果較好，最高去除率為49.32%，平均去除率為25.23%。對(duì)比圖2和圖3可知，上游來水和出水中氨氮的濃度變化與總磷的變化規(guī)律相似。James研究指出細(xì)菌的降解作用在沉水植物對(duì)水體中氮的去除過程中占主導(dǎo)地位[11]。常會(huì)慶等研究表明沉水植物附著的固定化微生物的生物作用可促使氮素以氣態(tài)形式去除[12]。因此，植物不同生長周期、水溫、來水水質(zhì)的影響下，硝化細(xì)菌的生物活性和生物量造成氨氮的去除效果隨時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)。

圖3 生態(tài)懸床對(duì)水體中氨氮的去除效果

3 結(jié)論與討論

小沿河是徐州市區(qū)目前主要的飲用水源地，是典型的微