城镇黑臭河道治理：多水塘活水链人工湿地的应用

　　摘要 随着现代工业的发展，城市黑臭河道问题日趋严重，严重影响了城市形象、生态环境和居民身心健康。利用多水塘活水链人工湿地技术净化江苏常州永胜河河水水质。监测结果显示：该技术使水体总氮浓度削减了92.0%、总磷浓度削减了82.9%，处理后的水体总氮、总磷含量达到地表IV类水标准。项目年处理水量约30万t，每年以较低的成本(平均水处理费用约为0.03元/t)，削减总氮、总磷和氨氮量分别为1496.6kg、176.0kg和1408.6kg。通过引植多种浮叶植物、挺水植物、沉水植物，该湿地修复工程为当地营造了优美的湿地景观。多水塘活水链人工湿地是集经济效益、生态效益、环境效益于一体的新型水体生态治理技术，为我国城镇黑臭河道治理提供了一条新的途径。

　　关键词 多水塘;活水链;人工湿地;黑臭河道;水质净化;景观营造

　　黑臭水体是我国当前突出的水环境问题。住房和城乡建设部、生态环境部“全国城市黑臭水体整治信息发布”平台信息显示，截至2020年5月，我国黑臭水体总认定数为2869个(住房和城乡建设部和环境保护部,2018)，其中约70%的黑臭水体分布在华南、华中及华东等地区。这些季节性和常年性水体黑臭现象严重影响了我国城市形象、生态环境和市民身心健康。因此，急需采取行动消除城市黑臭河道，改善城市水环境质量，以保障城市人居健康，促进社会和谐与经济持续发展(张敏,2010)。

　　太湖流域是我国人口密度最高、经济最发达的区域之一(龙珍等,2015)，近年来，高速的工业发展和城镇化使得太湖流域水资源面临着严重的生态威胁，其中，黑臭水体是最突出的问题之一。根据江苏省住房和城乡建设厅数据，自2016年起，仅江苏省排查发现设区市和太湖流域县级城市建成区黑臭水体共458个(江苏省住房和城乡建设厅,2019)。2015年4月，国务院颁布了《水污染防治行动计划》，提出了分期整治城市黑臭水体的目标(王寅娜,2015);国内学者也从控源截污、内源控制、生态修复和补水活水等方面对黑臭水体整治技术措施进行了研究和阐述(刘晓玲等,2019)。本研究以太湖流域支浜永胜河为例，通过使用多水塘活水链人工湿地工艺和生态修复技术，展示城镇黑臭河道治理方法和实际情况，以期为我国城镇黑臭水体治理提供参考。

　　1黑臭河道治理研究现状

　　1.1黑臭河道特征

　　黑臭河道是指过量纳污引起水体供氧和耗氧失衡，从而导致河道水体发黑、发臭的现象，其成因是多方面的，涉及的因素包括溶氧、有机污染物、气温等。根本原因是进入水体的大量有机物超过了水体可降解和净化的负荷，经分解、腐败产生了腐殖质等发臭物质和刺激性气体(钱嫦萍等,2009)。通常表现为缺少必要的水体循环、溶解氧含量低、水体自净能力丧失、水生动植物大量死亡。此外，由于河道底泥持续释放氮、磷等营养物质，水体易富营养化并引起“水华”(傅翔宇等,2016)。

　　1.2黑臭河道治理方法

　　1.2.1 物理方法 物理方法是早期河道治理中普遍采用的一类方法，主要包括：利用人工或者机械对污染河道进行疏挖底泥、机械除藻;使用生态调水进行引水冲淤和水量调节，此方法较大程度地削减底泥对上覆水体的污染(秦伯强等,2006);还可通过对河道上游或附近水源进行污染控制，在短期内可提升下游水质。

　　1.2.2 化学方法 化学方法是指向水体中添加一些化学药剂，起到混凝沉淀、杀藻、促进磷氮等物质的沉淀脱离，是一种相对比较快速而有效的方法，对于水体中的重金属治理具有较好的去除效果。化学方法的弊端是容易造成水体二次污染，影响水体生态系统，且不利于水生动植物的恢复。

　　1.2.3 生物治理与生态修复 

　　水体的生物治理和生态修复技术主要包括人工增氧技术、生物膜技术、生物修复技术、土地处理技术和水生植物净化技术。(1)人工增氧技术。在河道中建设移动或固定的充氧平台，通过增氧措施，加快水体中溶解氧与臭污物质之间的氧化还原反应，提高水体中好氧微生物活性，促进有机污染物降解，提升河道的自净 能力，促进水质改善(钱嫦萍等,2009)。(2)生物膜技术。利用载体将微生物集中附着于载体表面，形成膜状，与污水接触时，这些微生物会大量吸收同化水中的有机物，达到净化水体的效果。

　　(3)生物修复技术。向河道中投加微生物菌种或微生物促生剂，增加河道中微生物的含量，通过微生物降解污染物，达到净化效果(曹承进等,2015)。(4)水生植物净化法。通过在水体中种植浮萍(Lemnaminor)、芦苇(Phragmitescommunis)等水生植物，利用水生植物的特性改善水质，同时营造独特而美观的河道景观(焦志杰,2017)。黑臭河道难以采用传统、单一的手段彻底消除。此外，部分黑臭河道治理工程还因“重治理轻保持”“重短期轻长效”而陷入“年年治理、年年黑臭”的怪象。因此，在当前黑臭河道治理过程中，选择并集成合适的工艺和技术是亟待解决的问题。

　　2黑臭水体治理和景观提升设计

　　2.1永胜河水质概况

　　2.1.1 永胜河概况

　　永胜河位于江苏省常州市武进区境内，全长5.7km，平均河宽15m，平均水深2m;主导流向自北向南、由西向东，汇入连通武宜南运河和太滆运河的重要河道——永安河。永胜河因途经农业区、镇集生活区和工业区，河道内汇集了来自工业污染源、城镇生活污水和农业面源污染，为一条复合污染型的河道。作为太湖流域河道整治的重点工程永安河的支流之一，永胜河的水质改善和水生态恢复对太湖流域综合整治工程至关重要。本项目永胜河水质改善目标为：经治理后，考核断面(永胜河与永安河交汇处)关键水质指标应达到地表IV类水标准。

　　2.1.2 永胜河水质状况 

　　永胜河河水依次流经永胜河一号桥(监测点A)、寺桥(监测点B)、永胜桥(监测点C)、东坝(监测点D)，并于考核断面(监测点E)所处位置汇入永安河。2015年，研究人员于治理项目实施前分别在A至E5个位置布设监测点采集水样，根据《水和废水监测分析方法》进行水体理化指标实验室分析。

　　监测结果表明，永胜河全段氨氮含量为2.14～17.76mg/L，总氮含量为4.02～25.12mg/L，总磷含量为0.53～1.06mg/L。根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)，永胜河氨氮、总氮、总磷全段超标，所有监测点均未达到地表V类水标准。从污染因子上看，水质指标呈现氨氮高、总磷高、碳氮比失衡等特征，外观上呈现水体透明度低、沉水植物难生长等现象，总体呈现由西向东逐渐恶化的趋势。此外，监测结果还反映出永胜河水质与沿线周边土地利用现状有关，永胜河一号桥周边以生活污水为主要污染源，周边有部分生活污水汇入永胜河，寺桥—东坝之间以工业污水为主要污染源，污染程度逐渐加重。

　　2.2多水塘活水链人工湿地工程

　　多水塘活水链人工湿地是一种水处理创新工艺，包含了由水生动物塘、藻类塘、芦苇床、潜流人工湿地、沉水植物塘、鱼类产卵区、鸟类栖息塘等多塘体构成的人工湿地，通过结合一系列生态修复技术，可实现削减水污染物浓度、提高水体生物多样性、提升系统景观观赏性等目的。

　　与传统人工湿地技术相比，多水塘活水链工艺除了利用微生物、植物和基质的作用之外，还充分发挥了水生动物的捕食食物链和腐食食物链功能，提高湿地的污染削减能力;同时，复杂食物链的引入也使项目区的生物多样性大大提高;此外，建设完成的人工湿地也将成为市民休闲、娱乐、宣教的一部分，具有较好的综合性功能。本项目中，多水塘活水链人工湿地工程可具体分为河道水质净化工程和河道生态景观工程，实施期为2015年10月至12月。

　　2.2.1 河道水质净化工程

　　 河道生态净化技术根据净化实施区位不同，可分为原位处理技术和异位处理技术。针对永胜河河道水体状况，本项目主要采用异位处理技术，具体措施为：①构建活水链人工湿地系统，有机串联起沉淀池、水生动物塘、藻类塘、潜流湿地塘、挺水植物塘、二级潜流湿地塘、沉水植物塘和水生动物塘等单元;②使用抽水泵将永胜河中的水抽起，依次流经活水链系统，通过系统内多种植物、动物、微生物和底层基质的净化处理后，河水重新流回永胜河。

　　浮叶植物塘可有效拦截悬浮物、对水体进行光合富氧，使水体处于兼氧状态，有利于氧化还原反应的进行;沉水植物区可将水体的氨氮转化为硝态氮，有效削减氨氮;水平流湿地在水量较小时可进行厌氧反应(水体从湿地底部流过)，在水量较大、氧含量充足时进行硝化反应(水体从砾石表面通过)。

　　因此，通过多水塘活水链人工湿地处理，可保证水体在水量较大时进行好氧反应，在水量较小时进行厌氧反应。项目区有效面积为1207m2，其中潜流湿地塘共计446m2，沉水植物塘共计718m2，水生动物塘共计43m2。运行所需动能采用电动水泵为主、风动水车为辅的供能方式。系统每天运行12h，处理水量约800t/d。

　　2.2.2 河道生态景观工程 

　　多水塘活水链人工湿地的景观工程分为7个区域，包括：①浮叶植物区43m2，主要种植睡莲(Nymphaeatetragona)、荇菜(Nymphoidespeltatum)等浮叶植物，并放养一定数量的浮游动物;②沉水植物A区68m2，种植苦草(Vallisnerianatans)、菹草(Potamogetoncrispus)等沉水植物;③水平潜流湿地区105m2，该区域以鹅卵石为基质，种植了香蒲(Typhaorientalis)和苔草(Carexspp.)。

　　④沉水植物B区153m2，主要以大茨藻(Najasmarina)和金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)等沉水植物为主;⑤水平潜流湿地区341m2，在此区域内大量种植了芦苇;⑥沉水植物C区366m2，主要种植金鱼藻、菹草以及眼子菜(Potamogetondistinctus)等沉水植物;⑦沉水植物D区131m2，该区种植苦草和菹草，同时也放养一些食草型鱼类。通过生态景观的打造，可满足生态净化的需求，并提升了湿地美学价值，赋予具有湿地美感的独特韵味。

　　3湿地工程效果

　　3.1水质净化效果项目实施完成后，2015—2017年在项目考核断面(E点)定期进行水质样品采集和关键指标理化分析。从2015年10月至2017年12月，多水塘活水链人工湿地实施后，项目区总氮、总磷、氨氮浓度得到较大程度的削减。其中，总氮从18.8mg/L下降至1.5mg/L，减少92.0%，达到地表IV类水标准(≤1.5mg/L);总磷从0.879mg/L下降至0.15mg/L，减少82.9%，达到地表IV类水标准(≤0.30mg/L);考核断面氨氮从2015年的15.52mg/L下降至2.55mg/L，减少83.6%，在其它点位也呈现出相似的削减成效，但尚未达到地表IV类水标准(≤1.5mg/L)。项目年处理水量约为3×105t/a，依照上述数据预估，预估项目年削减氨氮1408.6kg，总氮1496.6kg，总磷176.0kg。

　　3.2景观营造效果

　　项目区通过挺水植物(如芦苇)、浮水植物(如睡莲)和沉水植物(如金鱼藻)的设计搭配，形成多层次的人工湿地植物景观。整个湿地工程通过科学合理的植物配置，兼顾植物造景的艺术原理，不仅提高人工湿地整体的净化效果，同时还提高人工湿地的景观观赏性，实现人工湿地生态功能与景观功能的有机结合。

　　4结论

　　本项目针对永胜河黑臭河道，采用异位处理技术，实施多水塘活水链人工湿地工程，通过多级湿地中浮叶植物区、沉水植物区及水平流湿地区等不同功能区的共同作用，使得水体在流动过程中得到有效曝氧和污染削减，实现水质净化和景观提升的目标。本项目还探讨了水力负荷对氨氮、总氮、总磷去除率的影响。

　　环境保护职称论文发表范文人工湿地的设计及应用

　　3种污染物的去除率随水力负荷的变化呈现不同的趋势：氨氮在水力负荷0.8m3/(m2·d)的条件下，去除率最高为94.4%;随着水力负荷的增加，去除率下降，水力负荷为1.5m3/(m2·d)时，去除率仅26.9%。总氮和总磷也呈现类似的趋势，污染物去除率随着水力负荷的增加呈不同程度的下降。我们发现，活水链人工湿地的最佳水力负荷参数为0.8m3/(m2•d)，在此条件下，氨氮、总氮和总磷可得到最大程度的削减。

　　此外，多水塘活水链人工湿地的维护成本低廉。在适宜的水力负荷条件下，运行费用约1万元/a(含电费约7000元，耗材费2000元，植物养护1000元)，水处理费用约0.03元/t，因此，它是一种兼顾经济效益和生态效应的水处理方法。在下一步的项目运营过程中，应加强周边截污能力建设，减少进入项目区的污染物，同时充分发挥湿地的净化效果，确保后期出水能够达标。

　　参考文献：

　　曹承进,陈振楼,黄民生.2015.城市黑臭河道富营养化次生灾害形成机制及其控制对策思考[J].华东师范大学学报：自然科学版(2):9-20傅翔宇,李亚峰,王群.2016.

　　城市黑臭河道治理方法的研究与应用现状[J].建筑与预算(4):37-41黄民生,陈振楼.2010.

　　城市内河污染治理与生态修复：理论、方法与实践[M].北京：科学出版社黄国动,杜建强,张瑛,等.2017.

　　基于人工湿地的水环境治理和优化技术在太湖流域的应用[J].湿地科学与管理, 13(3):10-15江苏省住房和城乡建设厅.2019.

　　我厅召开全省城市建成区黑臭水体治理情况新闻通气会[EB/OL].[2019-12-23].

　　作者：杨棠武1熊依依2忻飞1邵一奇1戈萍燕1徐锋1张轩波1安树青1