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重污染河道旁路净化与河口湿地生态重建

2017-11-15

当前我国部分湖泊、河流污染严重,为了净化河道、重建湿地生态,中国科学院南京地理与湖泊研究所在水体污染控制与治理科技重大专项的支持下,实施了“重污染河道旁路净化与河口湿地生态重建技术及工程示范课题”(课题编号:2012ZX07103-002),开展了大水位波动下湿地挺水植物种植技术、河流旁路多级人工湿地净化研究,并分别开展了“南淝河旁路多级人工净化湿地示范工程”“入湖河口湿地重建示范工程”和“重污染河道原位水质强化净化示范工程”等3个子课题示范工程。依据第三方监测结果,上述3个子课题各示范工程出口共计年削减总氮、总磷和化学需氧量分别为251吨、81吨和1 542吨,支撑了巢湖水质改善和生态恢复工程实施。

一、大水位波动下湿地挺水植物种植技术

针对大流量大水位波动航运河道湖口,生态修复技术主要包含大水位波动下湿地挺水植物种植技术和漂浮湿地构建技术两部分内容。将水位变化、芦苇生长的水深条件和耐淹能力与其生长的底质条件相结合,保障了植物的存活率。将植物材料净化效率与植物净化工作周期相结合,提高植物从水体去除污染物总负荷数量。

大水位波动实验对象为芦苇,研究发现芦苇受淹5天内生长受影响较小,受淹15天内可以恢复生长,受淹大于15天则显著影响其生长及恢复,基底土壤总氮(TN)、总磷(TP)、烧失量分别约为1 452毫克/千克、383毫克/千克、7.56%时可以增加芦苇的抗淹能力。

在漂浮湿地技术研究方面,由漂浮载体和种植在漂浮载体内的植物构成漂浮湿地单元,将多个漂浮湿地单元拼接在水面上,通过绳与脚桩在水底固定,构成漂浮湿地。通过研究比选,漂浮湿地植物首选绿狐尾藻,其次是以水禾、水花生作为群落配置。

通过工程示范发现,南淝河口湿地长2千米,宽度30米,总建成面积5万平方米。以绿狐尾藻、水花生、水禾及雀稗为植物材料,构建了总面积1.57公顷漂浮湿地。通过对漂浮湿地植物的两次收割,漂浮湿地年削减总氮20.78吨,总磷2.05吨。河岸带湿地内沉积物氮磷释放速率显著低于河道未修复区域。年削减氨氮1.06吨,可溶解性磷酸盐0.202吨。通过拦截沉降的悬浮物,年削减水体总氮9.02吨、总磷7.76吨、CODCr216.96吨。

二、河流旁路多级人工湿地净化

该技术集成微污染水混凝沉淀、三级氧化塘、微曝气垂直流湿地森林垄沟表流湿地等多项技术,并结合污泥泥饼及湿地植物资源化利用技术,采用旁路净化系统,使南淝河水在得到体外透析方式去除氮、磷和有机污染物的同时,实现了所捕获营养物质的资源化利用。其优势在于在以不同技术集成减少河流入湖营养物质的同时,实现营养物质的再利用。

构建的污染河水中氮、磷旁路捕获净化成套技术,对南淝河水体具有显著净化作用,示范工程对南淝河水中氮、氨氮、磷污染物削减率分别为27.9%69.2%、21.7%61.7%、31.9%68.3%,平均去除率分别达到43.3%、50.5%、49.8%;年捕获削减,总氮、氨氮、总磷和化学需氧量分别为66.321吨、52.510吨、5.317吨和85.792吨。紫花苜蓿的株高和地上生物量分别增加了64%118%和42%184%;表层土壤中总氮、有效磷、速效钾、总磷含量分别比对照区增加了21%36%、45%123%、20%25%、58%66%。

三、经济效益与社会效益

课题共计建设了“南淝河旁路多级人工净化湿地示范工程”“入湖河口湿地重建示范工程”和“重污染河道原位水质强化净化示范工程”等3个示范工程,削减了汇入巢湖的各类污染物,对巢湖富营养化控制具有重要实际意义。此外,建设的多个湿地生态系统景观和谐,改善了周边居民的生活环境,具有一定的社会效益。

由于课题示范工程取得较多技术参数和很好的效益,该技术也被推广应用至河南省长葛市清翼河治理项目中。利用污水处理厂尾水和河道混合水引入人工湿地,净化水质,将一级A尾水提升至地表Ⅳ类水,再将处理过的清水冲释河道,保障河道生态基流。工程规模243亩,总投资7 000万元,日处理污水厂尾水和清翼河水量6万吨,出流清水再回用于冲洗河道,改善了清翼河水质。