采用植物提取液治理污染河道的試驗
——以常熟地區(qū)水系為例

錢福根，閔 婕，錢 韌

(1.蘇州市福根植物水處理有限公司，江蘇蘇州 215555；2.常熟市辛莊鎮(zhèn)人民政府,江蘇蘇州 215555)

陽澄湖是蘇州的水源地之一，它盛產(chǎn)的陽澄湖大閘蟹蜚聲海內(nèi)外，在眾多湖泊中的地位非同一般，《蘇州市陽澄湖水源水質(zhì)保護(hù)條例》充分說明了它的重要性。本文依據(jù)在該地區(qū)從事水環(huán)境保護(hù)與治理的經(jīng)歷，以常熟地區(qū)為例，分析了陽澄湖及周邊水體污染的情況，采用自主研發(fā)的植物提取液水處理劑治理污染河道，取得了較好的效果，并提出常熟區(qū)域水系的治理設(shè)想，以供有關(guān)部門參考。

1 淺析陽澄湖水質(zhì)難以提升的原因

1.1 內(nèi)源性污染

多年來陽澄湖圍網(wǎng)養(yǎng)殖、投放飼料，水生生物的排泄物以及剩餌所引起的有機(jī)物和營養(yǎng)物的污染。

1.2 外源性污染

匯水區(qū)上游來水對陽澄湖的污染。相關(guān)資料顯示，2016年，環(huán)陽澄湖周邊地區(qū)黑臭河道的治理，總長度在600 km以上，按照現(xiàn)在的整治手段，所排出的黑臭水體全部轉(zhuǎn)移至陽澄湖，這是多年來陽澄湖水質(zhì)未能有效改善的主因之一。匯入水體中所含污染物的來源如下：

(1)農(nóng)村人口數(shù)量的增長和生活方式的改變，如由糞坑堆積發(fā)酵腐熟后，還田改為沖廁，大量生活污水經(jīng)多種途徑直排河道；

(2)農(nóng)村種植方式的改變，過量施用化肥和農(nóng)藥造成大量化肥和農(nóng)藥的流失；

(3)集約化大型畜禽養(yǎng)殖污水污染、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染；

(4)從城市向農(nóng)村擴(kuò)散的工業(yè)及其廢水未加處理或無序排放[1]。

2 解決對策

2.1 內(nèi)源調(diào)控

嚴(yán)格控制陽澄湖養(yǎng)殖規(guī)模，沿湖四周種植綠色植物，構(gòu)建生態(tài)隔離帶，堅持長期養(yǎng)護(hù)，落實長效管理措施。

2.2 外源阻斷

陽澄湖區(qū)域的匯水區(qū)域，做好生活污水的截流和集中治污；農(nóng)田盡可能少施化肥、農(nóng)藥，做到精準(zhǔn)施肥；對于大型養(yǎng)殖場，做好畜禽養(yǎng)殖污水的集中處理；推動循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖的技術(shù)應(yīng)用；進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)廢水排放的指標(biāo)監(jiān)督和管理。

目前的一些水體修復(fù)和凈化技術(shù)存在一些局限性，經(jīng)修復(fù)和凈化后的水體因不具納污能力而沒能體現(xiàn)其長效性。因此，改良整治匯水區(qū)域黑臭河道的手段和方法迫在眉睫。

2.3 改進(jìn)治污方法的植物提取液

2.3.1 植物提取液的制備方法

以黃連、黃柏、苦參等多種植物有機(jī)配伍，現(xiàn)場加水加溫反應(yīng)，制成植物提取液“福根1號”。以犁頭草、蘆葦、膽南星等干鮮植物，通過捻碎、壓榨，獲得植物提取液“福根2號”冷藏保存?zhèn)溆肹2-3]。

2.3.2 提取液的投加方法

河道抽干水并清淤，在河底噴灑“福根1號”藥劑，與河床底泥混合、攪拌；放回原水后，水面噴灑“福根2號”藥劑，通過曝氣，使藥劑與水體充分混合，產(chǎn)生作用。

2.3.3 水質(zhì)的測定方法

由蘇州環(huán)境監(jiān)測中心站專人提取水樣并測定，結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測方法

2.4 改進(jìn)治污方法的理念

水體污染，問題在水里，根源在岸上。延伸探索，下游的污染相當(dāng)部分是由上游污染轉(zhuǎn)移而來。因此，陽澄湖水體的保護(hù)，重在治理源頭，在陽澄湖上游的準(zhǔn)保護(hù)區(qū)域內(nèi)，形成流域板塊化、網(wǎng)格化的治理格局。從板塊開始，“先上后下，先內(nèi)后外，先高后低”逐段梳理、循序漸進(jìn)。以“望虞河-張家港河”板塊為例，“先上后下”即先治理板塊上游河道，然后逐步往下治理；“先內(nèi)后外”即先治理圩內(nèi)靜態(tài)水體，使圩內(nèi)排出的水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。對于圩外的動態(tài)水體，它的源頭來自長江，理論上不用治理(河道的內(nèi)源治理除外)。因為張家港河連接望虞河，所以它的水質(zhì)是在Ⅲ類以上的，除本源以外的污染源外都是圩內(nèi)往外排放劣質(zhì)水造成的；“先高后低”即將地勢地貌的差異應(yīng)用在網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，先從地勢高的圩開始，避免地表水的滲透[4]。

2.5 改進(jìn)治污方法的案例

2.5.1 望虞河與張家港河地區(qū)水體概況

望虞河-張家港河地區(qū)水體示意如圖1所示。以望虞河-張家港河交匯處(孫家閘)為起點，沿望虞河向西南至辛莊鎮(zhèn)湘莊閘，長約18 km。沿張家港河向東南直至陽澄東湖，長約27 km。南部邊界以常熟市與相城區(qū)交界，東西長約22 km。此區(qū)域面積約220 km2，為一個流域板塊。望虞河有效阻擋了無錫方向的污染源，張家港河有效阻擋了常熟市區(qū)方向的污染源。

圖1 望虞河與張家港河地區(qū)水體示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Wangyu River and Zhangjiagang River Regions

在該流域板塊內(nèi)的元和塘與辛安塘為主要活水通道。元和塘北接張家港河，南至蘇州市區(qū)，與望虞河遙相呼應(yīng)，形成流域板塊中的單元一；辛安塘北接張家港河，南通陽澄湖，與元和塘形成單元二；辛安塘與張家港河形成單元三。元和塘和辛安塘的水直接匯入陽澄湖，所以這兩條河的水質(zhì)與陽澄湖的水質(zhì)有直接的關(guān)聯(lián)。因此，在元和塘與辛安塘的上游，以“圩”為單元，實行網(wǎng)格化治理。張家港河以東常熟市東部區(qū)域的河道，因七浦塘的阻隔，對陽澄湖水質(zhì)沒有直接影響。

2.5.2 污染水體原位修復(fù)示范工程簡介

常熟市辛莊鎮(zhèn)金家大圩河網(wǎng)概況如圖2所示。辛莊鎮(zhèn)金家大圩地區(qū)的河網(wǎng)水系以東邊的辛安塘，西邊元的和塘，北邊的大潭塘，南邊的張涇四條河道圍成金家大圩。我們對圩內(nèi)黑臭水體逐條采用植物提取液水處理劑技術(shù)原位治理修復(fù)，預(yù)定的處理目標(biāo)為確保排向圩外的水體達(dá)到Ⅲ類及以上。

在有效管控地面外源污染的前提下，將河道內(nèi)的黑臭水體逐段圈囤，清淤后放回原水，對原水進(jìn)行治理、修復(fù)、補(bǔ)償。該技術(shù)可以有效地杜絕污染轉(zhuǎn)移，是一種標(biāo)本兼治、卓有成效的河道水體凈化修復(fù)新技術(shù)。

圖2 常熟市辛莊鎮(zhèn)金家大圩河網(wǎng)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of River Network in Jinjiadawei,Xinzhuang Town,Changshu City

3 植物提取液水處理劑的原理和特點

3.1 基本原理

(1)絮凝和吸附

有些植物的漿汁是天然的高分子絮凝劑，可以去除水中各類懸浮物。這類天然高分子化合物有各種活性基團(tuán)，如羥基、酚羥基等，有較活潑的化學(xué)活性，對水中懸浮物有較強(qiáng)的捕捉和促沉作用。

(2)改變物質(zhì)的表面活性

河水中難降解的有機(jī)污染物質(zhì)主要是腐殖質(zhì)，其中大多是溶解度比較大的物質(zhì)。有些植物中含有天然表面活性劑，能改變這類物質(zhì)的表面活性，降低其親水性，使其從水中析出。

(3)酶促作用

國外對某些植物的提取液有過較深入的研究，結(jié)果表明很多植物的提取液中都含有多種酶，如過氧化物酶等，同時還含有多個共軛雙鍵體系，具有較強(qiáng)的提供電子對的能力，能夠與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過氧化、還原、裂解等化學(xué)反應(yīng)去除水中的污染物。

(4)增強(qiáng)水體自凈能力

植物中含有許多微量元素和特效成分，能發(fā)揮保生作用，促進(jìn)水體中土著微生物快速增殖并提高其降解污染物的活性[5]。

3.2 技術(shù)特點

(1)綠色、環(huán)保，該技術(shù)使用的藥劑從純天然植物中提取、配制，對環(huán)境友好、對自然親和，遵循了自然界萬物相生相克的基本定律，是促使污染物合理回歸自然的一條綠色通道。

(2)效果好、時效長，高效去除污染物，對水體中的氮、磷等主要污染物的去除率達(dá)到90%以上。治理后能保持較長時間，在沒有明顯污染源的情況下，水質(zhì)可長期保持在 Ⅲ 類以上。多個工程案例跟蹤顯示，三年前治理的河道水體工程，水質(zhì)依然保持在Ⅰ、Ⅱ 類水。 中草藥水處理技術(shù)的特點是，藥劑投放水體后，其中的微量元素和一些特殊活性物質(zhì)的生物促進(jìn)作用，使水體中的土著微生物被不斷激活、繁殖(包括酶促反應(yīng))，大幅提高了水體的自凈能力和納污功能，促使河道水體回歸自然、原生狀態(tài)。

4 工程應(yīng)用實例

4.1 吳塔河

吳塔河位于常熟市辛莊鎮(zhèn)常南村，東西長約150 m，南北寬平均為30 m，平均水深為2.5 m，總水量約11 250 m3。河道一邊為民居，一邊為村民菜地，距離河道20 m有一個小型養(yǎng)豬場。河道治理前為劣Ⅴ類黑臭水體。

4.1.1 吳塔河水質(zhì)指標(biāo)

吳塔河治理后主要污染物指標(biāo)達(dá)到國家地表水Ⅰ、Ⅱ類，如表2所示。

表2 吳塔河水體治理檢測數(shù)據(jù)(2013.8.27～2014.6.10)

注：檢測單位為蘇州國環(huán)環(huán)境檢測有限公司(專人跟蹤、提取水樣、檢測)

4.1.2 生態(tài)系統(tǒng)的建立

(1)水生植物

河道內(nèi)種植睡蓮、紅菱，河岸邊種植美人蕉、菖蒲、茭白，均成活。紅菱、茭白由村民采摘自用。

(2)水生動物

投放鰱魚、螺螄等，均已成活并生長、繁殖。2014年春天在河道里出現(xiàn)成群蝌蚪。

4.2 鎮(zhèn)東河

鎮(zhèn)東河位于常熟市辛莊鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，河道南北長約265 m，寬為8 m，平均水深為3 m，總水量約為6 360 m3，水泥駁岸。經(jīng)過河道清淤、水體治理，水中主要

污染物指標(biāo)從劣Ⅴ類治理到地表水Ⅰ、Ⅱ類。

4.2.1 鎮(zhèn)東河水質(zhì)

鎮(zhèn)東河主要污染物指標(biāo)治理結(jié)果檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表3、表4所示。

4.2.2 水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建

(1)水生植物

在河中種植金魚藻、車輪藻等沉水植物；河中種植荷花、睡蓮，靠近岸邊種植蘆葦、菖蒲、美人蕉，生長良好。

(2)水生動物

投放鰱魚、鯽魚、螺螄等，存活并繁殖。

表3 鎮(zhèn)東河水體治理檢測數(shù)據(jù)(2014.5.6～2014.6.9)

注：檢測單位為蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站(專人跟蹤、提取水樣、檢測)

表4 鎮(zhèn)東河水體檢測結(jié)果(2014年～2016年)

注：檢測單位為蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站(專人跟蹤、提取水樣、檢測)

5 投資和處理成本

本技術(shù)凈化河道水體基本不需要建造固定的處理設(shè)施，只需要配置移動的攪拌器和泵等設(shè)備(初始時使用)，工程投資很少，這是本技術(shù)的特點之一。

相比其他的河道水體凈化技術(shù)，本技術(shù)的運行費用較低，植物提取液制劑只需一次性投加，每平方米水體的藥劑費用約為其他凈水技術(shù)直接成本的30%左右，工程完成以后無需日常維護(hù)費用。與其他的水體凈化技術(shù)一樣，對于有較多底泥的污染水體也需要清淤，這部分費用占總處理成本的比例較大。

6 結(jié)論

試驗河道吳塔河、鎮(zhèn)東河以及后續(xù)的兩條河道中，由于植物提取液藥劑中微量元素和一些特殊活性物質(zhì)的生物促進(jìn)作用，水體中的微生物被不斷激活并不斷繁殖，水體的自凈能力大幅提高，水體回歸到自然原生狀態(tài)。以鎮(zhèn)東河為例，該河道治理后32 d，氨氮去除率達(dá)到95.12%，TP去除率達(dá)到94.60%，同時驗證了該技術(shù)治理河道的可行性和有效性。因此提出常熟區(qū)域水系的治理設(shè)想，采用植物提取液處理劑技術(shù)通過逐條治理、修復(fù)、補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)路線，可促使陽澄湖流域水體逐步恢復(fù)原生態(tài)，加之陽澄湖本身自凈功能，其水質(zhì)必定能達(dá)到Ⅲ類及以上。

7 展望

該植物提取液用于河道水體修復(fù)，具有凈水效果好、對環(huán)境友好、對自然親和等特點。連續(xù)的跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)體現(xiàn)了該技術(shù)凈水效果的長效性，且水體的自凈能力有大幅提高。

凈化后的河道也是需要維護(hù)的，連續(xù)跟蹤的數(shù)據(jù)顯示，氨氮、TP盡管很低，但有上升趨勢，主要原因是：(1)周邊環(huán)境及路面廢水的影響；(2)投放的鰱魚等水生動物被人捕撈，喪失了對水體的補(bǔ)償作用；(3)缺乏養(yǎng)護(hù)管理。

為此需要建立長效養(yǎng)護(hù)和管理機(jī)制。建議做好以下幾方面工作。

(1)加強(qiáng)環(huán)保宣傳，樹立全民環(huán)保意識。

(2)嚴(yán)格控制工業(yè)廢水的偷排、混排現(xiàn)象；落實生活廢水截流，嚴(yán)格控制管道的滲漏和泄漏。

(3)重塑自然生態(tài)健康系統(tǒng)。在河長的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，對河段所在的村委會實行聯(lián)保管理，把所屬河段分包到戶，做到人人動手，同管同責(zé)同享，鼓勵村民在所屬河段沿岸種植茭白、紅菱等水生經(jīng)濟(jì)植物，收益歸村民所有。

(4)政府應(yīng)出臺相關(guān)規(guī)定，對外來人員加強(qiáng)環(huán)保教育，加強(qiáng)對出租屋的環(huán)境扎口管理，落實誰出租誰負(fù)責(zé)。