東臺(tái)市西溝河污染特征與生態(tài)治理研究

吳志佳，陳冬駿，周 敏

（上海陳政市政工程有限公司，上海市200940）

0 引言

西溝河位于江蘇省東臺(tái)市境內(nèi)，全長(zhǎng)6 km，境內(nèi)長(zhǎng)3 km，常年流量0.04 m3/s，流域面積22 km2。沿岸溝渠縱橫交錯(cuò)，對(duì)周邊的農(nóng)田具有重要的灌溉與排水功能。

近年來(lái)，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和農(nóng)藥化肥的過(guò)量使用導(dǎo)致相當(dāng)部分河段喪失了生態(tài)功能。水生生物大量死亡，魚蝦已經(jīng)基本絕跡。水體氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，河道的農(nóng)業(yè)灌溉功能日益減弱。

1 存在問(wèn)題

1.1 生態(tài)缺水

西溝河上游與中游河道底坡較陡，且降雨量極易受到當(dāng)?shù)睾涓稍餁夂驐l件的影響。每年5~9月是降雨集中期，降水量通常占全年總降水量的75%以上。此外，河道兩岸植被覆蓋率較低導(dǎo)致河流蓄水能力差，水土流失嚴(yán)重。春季和冬季降水量極少。降水分布的不均與河道周邊農(nóng)業(yè)用水的日益增加，導(dǎo)致河流經(jīng)常出現(xiàn)斷流。水量的缺失使得水生植物無(wú)法正常生長(zhǎng)，生態(tài)體系面臨崩潰。

1.2 地下水位降低

受河流年平均流量小與地表水污染較為嚴(yán)重的影響，部分農(nóng)戶根據(jù)自己生活需要，打了很多自備取水井。通過(guò)走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)：自用井深度逐漸加深，導(dǎo)致地下水開采量逐年增加。長(zhǎng)此以往會(huì)影響地下水與地表水互補(bǔ)，淺層機(jī)井失去作用。進(jìn)而造成西溝河生態(tài)性缺水，威脅河流生態(tài)環(huán)境。

1.3 河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞

由于流量減少，使得水域內(nèi)蘆葦?shù)人参镌獾綋p害、魚蝦等動(dòng)物基本絕跡。水生動(dòng)植物數(shù)量的急劇減少，使得生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的水環(huán)境遭到破壞。這不僅降低生物多樣性，還對(duì)內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)和諧造成嚴(yán)重影響[1]。

1.4 河流污染現(xiàn)狀加劇

西溝河沿岸的污水主要來(lái)源于當(dāng)?shù)氐纳钗鬯?、農(nóng)業(yè)種植廢水、養(yǎng)殖業(yè)污水和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)廢水（如表1所列）。由于西溝河沿岸附近并未建立相應(yīng)的管網(wǎng)收集與集中處理系統(tǒng)，故廢水一般采用直接排放的方式。其中，生活污水主要包括廁所沖洗水、廚房與洗滌水廢水、洗衣和沐浴廢水。農(nóng)業(yè)廢水主要為使用化肥與農(nóng)藥、灌溉時(shí)產(chǎn)生的廢水。近年隨著農(nóng)業(yè)規(guī)?；c高效化的推廣導(dǎo)致農(nóng)藥化肥使用量上升，對(duì)水體中的富營(yíng)養(yǎng)化起到了推動(dòng)作用。除此之外，還需要注意的是秸稈的處置。當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)中秸稈約35%可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，剩余秸稈往往被遺棄河道溝壑旁。秸稈在水體中通過(guò)腐敗分解出現(xiàn)氮磷等元素加重了富營(yíng)養(yǎng)化。從表1還可以看出，當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的廢水也占有一定的比例，其污染特征主要以氨氮與COD為主。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)主要是小型紡織廠，所產(chǎn)生的廢液與廢渣。

綜上所述，西溝河的生態(tài)治理亟待從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解決：（1）河道生態(tài)補(bǔ)水；（2）河道污染源控制；（3）河道治理。

表1 西溝河主要污染貢獻(xiàn)率一覽表 %

2 治理措施

2.1 河道的生態(tài)補(bǔ)水

針對(duì)河道現(xiàn)有的生態(tài)性缺水問(wèn)題，經(jīng)過(guò)區(qū)域生態(tài)平衡總體規(guī)劃，通過(guò)鋪設(shè)4.5 km長(zhǎng)的補(bǔ)水管將處理好后的再生水直接輸送至西溝河上游以補(bǔ)充其水量。處理工藝為絮凝沉淀+超濾+納濾+消毒，所產(chǎn)再生水指標(biāo)完全符合相應(yīng)的再生水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)水管傳輸水量約為100 m3/h。經(jīng)過(guò)2016年5-6月的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)河道水量得到有效補(bǔ)充，并在一定程度上改善了人體對(duì)河道的感官。同時(shí)，還緩解了廠礦多余處理水量排放存儲(chǔ)的問(wèn)題。

2.2 河道疏浚與治理

利用補(bǔ)水管管線在7月上旬檢修期間，采用機(jī)械和人工相結(jié)合的方式對(duì)河道進(jìn)行了清淤，將河道中的淤泥、垃圾和秸稈等雜物清理出來(lái)。清淤完成后，補(bǔ)水管同步完成檢修，恢復(fù)河道補(bǔ)水。河道生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)，河水清澈，異味大幅減輕，并重新出現(xiàn)了魚蝦。但隨著時(shí)間推移，特別是經(jīng)過(guò)冬季枯水期后，至次年開春時(shí)節(jié)，河道水質(zhì)再度開始變差：水面渾濁起來(lái)，并還伴有腥臭味，水花生再次瘋狂繁殖，覆蓋了將近40%~50%的水面。河道水中的生態(tài)系統(tǒng)再度面臨崩潰的狀態(tài)。經(jīng)過(guò)3個(gè)月后，到夏季時(shí)河道已返回至未疏浚前狀態(tài)。

分析認(rèn)為：西溝河污染主要以農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的氮磷廢水為主，河道底泥內(nèi)以硝化-反硝化污泥為主。其成分主要為揮發(fā)性固體、蛋白質(zhì)，纖維素等。河道清淤只是暫時(shí)性清理淤泥，并未減緩與減輕周邊廢水排放量。隨著時(shí)間推移，河道污染再度朝向原有狀態(tài)發(fā)展。

為解決上述問(wèn)題，結(jié)合周邊其他河道整治經(jīng)驗(yàn)[2]，擬采用分散式污水處理設(shè)施+河道人工曝氣的方式對(duì)流域進(jìn)行整體綜合治理。（1）在使用分散式污水處理設(shè)施方面：為養(yǎng)殖業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)紡織廠配置小型污水處理設(shè)施。處理工藝為：污水收集池→沉淀池→曝氣池→缺氧池。通過(guò)上述處理減輕點(diǎn)源污染對(duì)河道水質(zhì)影響。（2）在河道人工曝氣方面：針對(duì)現(xiàn)有污染物氮磷元素指標(biāo)過(guò)高的現(xiàn)象，采用2臺(tái)10 kW的曝氣設(shè)備對(duì)河道進(jìn)行曝氣復(fù)氧。曝氣策略為：曝氣運(yùn)行30 d，每天曝氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)12 h。試運(yùn)行曝氣完成后，水質(zhì)與原有水質(zhì)對(duì)比如表2所列。

表2 復(fù)氧前后河道水質(zhì)對(duì)比表 m g/L

從表2可知：使用人工曝氣后的河道水質(zhì)有了明顯改觀，特別是COD呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì)。為進(jìn)一步考察長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件下人工曝氣復(fù)氧的作用，對(duì)2個(gè)月內(nèi)水質(zhì)情況進(jìn)行考察，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出在采用曝氣的2個(gè)月內(nèi)氨氮與COD變化幅度范圍較小且濃度維持在較低水平，氨氮與COD的最大值分別為：0.98 mg/L與54.67 mg/L,水質(zhì)基本上達(dá)到地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，適用于農(nóng)田灌溉及一般景觀要求。這說(shuō)明人工曝氣在長(zhǎng)期運(yùn)行下能促進(jìn)河體生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。綜上，對(duì)河道采用分散式污水處理設(shè)施+河道人工曝氣的治理方式一方面能從排放源的角度限制水體持續(xù)性污染[3]，另一方面可利用人工強(qiáng)化曝氣作用改善水體生態(tài)環(huán)境，為后續(xù)生態(tài)河道建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

圖1 長(zhǎng)期曝氣條件下河道氨氮與COD變化曲線圖

2.3 生態(tài)河道的建設(shè)

通過(guò)跨區(qū)域調(diào)水、分散式污水處理設(shè)施+河道人工曝氣等手段實(shí)現(xiàn)了河道水量補(bǔ)充與初期凈化。為實(shí)現(xiàn)河道長(zhǎng)期的環(huán)境生態(tài)效益，在人工曝氣基礎(chǔ)上，對(duì)河道進(jìn)行生態(tài)化改造[4]。結(jié)合西溝河護(hù)岸以石塊為主和植被覆蓋率低的特點(diǎn)，在水流較為湍急的上游河段采用混凝土結(jié)構(gòu)護(hù)岸，在中下游的普通河段則采用植物護(hù)岸方式。并在部分點(diǎn)源污染排放口附近設(shè)置小型濕塘。一方面作為污水的生態(tài)處理；另一方面增大河水調(diào)蓄功能，豐富了周邊生態(tài)環(huán)境。濕塘內(nèi)的水生植物選取了6種適合高原高寒地區(qū)引種的植物，通過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)試種發(fā)現(xiàn)茭白與水蔥長(zhǎng)勢(shì)較好（如表3所列），并對(duì)氮磷元素有著較好的去除效果。選定植物后通過(guò)批次配置栽種實(shí)現(xiàn)了上游河體混凝土護(hù)岸→中下游河體植物護(hù)岸→若干濕塘的水量調(diào)蓄與水質(zhì)凈化體系。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，西溝河生態(tài)治理工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要考慮到水量補(bǔ)給、污染源控制、水生態(tài)恢復(fù)和凈化等多環(huán)節(jié)。在實(shí)施過(guò)程中，還需要分階段、分層次推進(jìn)，動(dòng)態(tài)管理與反復(fù)驗(yàn)證考察。通過(guò)結(jié)合環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到較為良好的河體生態(tài)環(huán)境。

表3 模擬水生植物成長(zhǎng)情況一覽表