河道修復(fù)常用技術(shù)方法

典型城區(qū)河道生態(tài)綜合整治規(guī)劃與工程設(shè)計(jì)典型城區(qū)河道生態(tài)綜合整治規(guī)劃與工程設(shè)計(jì)河道水環(huán)境修復(fù)常用技術(shù)與方法1環(huán)境容量的計(jì)算 我國自20世紀(jì)70年代引進(jìn)環(huán)境容量這個(gè)概念以來，經(jīng)過不斷研究、發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)形成了適用于中國實(shí)際情況的環(huán)境容量概念。環(huán)境容量指區(qū)域自然環(huán)境或環(huán)境要素（如水體、空氣、土壤和生物等污染物的容許承受量或負(fù)荷量。環(huán)境有多大的容量，即可以容納多少污染物而又可以不為環(huán)境造成永久性傷害。大氣、水、土地、動(dòng)植物等都有承受污染物的最高限值，就環(huán)境污染而言，污染物存在的數(shù)量超過最大容納量，這一環(huán)境的生態(tài)平衡和正常功能就會(huì)遭到破壞。1.1環(huán)境容量的分類環(huán)境容量包括絕對(duì)容量和年容量兩個(gè)方面。前者是指某一環(huán)境所能容納某種污染物最大負(fù)荷量。后者是指某一環(huán)境在污染物的積累濃度不超過環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大容許值的情況下，每年所能容納的某污染物的最大負(fù)荷量。（1）絕對(duì)容量環(huán)境的絕對(duì)容量（WQ）是指某一環(huán)境所能容納某種污染物的最大負(fù)荷量，達(dá)到絕對(duì)容量沒有時(shí)間限制，即與年限無關(guān)。環(huán)境絕對(duì)容量由環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值（WS)和環(huán)境背景值B來決定。數(shù)學(xué)表達(dá)式有以濃度單位表示的和以重量單位表示的兩種。以濃度單位表示的環(huán)境絕對(duì)容量的計(jì)算公式為WQ=WS-B環(huán)境絕對(duì)容量的單位為mg/kg。任何一個(gè)具體環(huán)境都有一個(gè)空間范圍，對(duì)這一具體環(huán)境絕對(duì)容量常用重量單位表示。以重量單位表示的環(huán)境絕對(duì)容量的計(jì)算公式為WQ=M(WS-B)當(dāng)某環(huán)境的空間介質(zhì)的重量M以t表示時(shí)，WQ的單位為g。（2）年容量年容量（WA）是指某一環(huán)境在污染物的積累濃度不超過環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大容許值的情況下，每年所能容納的某污染物的最大負(fù)荷量。年容量的大小除了同環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值和環(huán)境背景值有關(guān)外，還同環(huán)境對(duì)污染物的凈化能力有關(guān)。以濃度單位表示的環(huán)境量的計(jì)算公式為WA=K(WS-B)。對(duì)任一環(huán)境而言，它的環(huán)境容量越大，可接納的污染物就越多，反之則越少。污染物的排放，必須與環(huán)境容量相適應(yīng)。如果超出環(huán)境容量就要采取措施，如降低排放濃度，減少排放量，或者增加環(huán)境保護(hù)設(shè)施等。1.2水環(huán)境容量的計(jì)算污水引入水體后，以射流方式逐漸擴(kuò)散，同時(shí)受到河水流動(dòng)的作用而被推向下游，這股度水在中小河流很快擴(kuò)展至全河斷面，在大江大河沿岸則可能形成一條污染帶。污染物與水體的混合過程可分為3個(gè)階段，如圖3-13所示。第Ⅰ階段為垂向混合階段，主要在水深方向混合，這一混合階段的影響范圍稱為近區(qū)。污染物在近區(qū)的混合過程比較復(fù)雜，其水流方向的混合距離X1相對(duì)較小，通常為排放處河流水深的幾十倍至一百倍。該距離主要取決于排污口位置、排放形式、河道水力學(xué)特性以及污水與水體的物理和能量交換過程。第Ⅱ階段為摻混階段，以垂向充分混合起至河流橫向開始充分混合為止。水流方向混合距離X2及濃度分布主要取決于源強(qiáng)、河流寬深及流態(tài)、流場(chǎng)等因素。第Ⅲ階段為完全混合階段，污染物在橫斷面上開始充分混合后的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)污染物河流縱向的濃度變化，主要受污染物性質(zhì)、河流流速、水體溶解氧濃度、水體微生物、泥沙等因素的影響。在模型選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)研究對(duì)象的性質(zhì)、系統(tǒng)的時(shí)空范圍而選用不同維數(shù)的水質(zhì)模型。在Ⅰ階段，可用蘭維模型模擬，在Ⅱ階段和Ⅲ階段，可分別采用二維模型和一維模型。如果研究區(qū)域比較大，河流比較長，相對(duì)整個(gè)研究河段范圍，Ⅰ階段、Ⅱ階段無論在空間尺度和時(shí)間尺度上都比較小，有時(shí)甚至可以將一個(gè)城市作為一個(gè)點(diǎn)源來加以研究，這時(shí)選用一維模型是比較合適的。一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型的基本表達(dá)式一維水質(zhì)模型公式:CC式中，C0'為上游背景斷面水質(zhì)濃度；u為流速；k為降解系數(shù)；x為沿河道方向變量；C1、q分分別為排污口廢水濃度和廢水量；根據(jù)上述公式可知，當(dāng)C=Cs時(shí)，C1q=W，即環(huán)境容量，單位為kg/d，具體計(jì)算公W式中，Cs為水功能區(qū)劃的水質(zhì)目標(biāo)。(2)不均勻系數(shù)的考慮由于污染物質(zhì)很難在水體中達(dá)到完全均勻混合，故對(duì)由公式計(jì)算出來的納污能力進(jìn)行不勻系數(shù)的訂正，一般河流越寬、不均勻系數(shù)越小；水面面積越大，不均勻系數(shù)越小。一般性河流的不均勻系數(shù)取值范圍見表3-5。表3-5 一般性河流的不均勻系數(shù)取值范圍表河寬（m>不均勻系數(shù)河寬（m)不均勻系數(shù)<3030?100100?2000.7?1,00.5?0.70.4?0.6200?500500?800>8000.3?0.40.30.1?0.32水污染防治技術(shù)與應(yīng)用2.1城鎮(zhèn)、農(nóng)村及工業(yè)污水處理流域內(nèi)污水處理主要分為城鎮(zhèn)污水處理、農(nóng)村污水處理以及工業(yè)污水處理。城鎮(zhèn)污水處理的主要內(nèi)容包括根據(jù)流域內(nèi)城鎮(zhèn)布局及污水處理目標(biāo)、污水收集和處理現(xiàn)狀，對(duì)流域城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)進(jìn)行綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)。污水處理系統(tǒng)包括污水處理技術(shù)選擇以及污水處理規(guī)模的確定。污水處理收集包括排水體制選擇、截污干管規(guī)劃。污水處理廠的工藝選擇應(yīng)根據(jù)原水的水質(zhì)水量、出水要求、當(dāng)?shù)貧夂驐l件，經(jīng)濟(jì)條件，以及工程地質(zhì)情況等因素作慎重考慮。農(nóng)村污水處理的主要內(nèi)容包括農(nóng)村生活污水排水體制選擇、農(nóng)村生活污水處理技術(shù)推薦及以行政村為單位的農(nóng)村生活污水治理總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。根據(jù)村莊所處區(qū)位、人口規(guī)模、聚集程度、地形地貌、排水特點(diǎn)及排放要求、經(jīng)濟(jì)承受能力等具體情況，城鄉(xiāng)統(tǒng)籌，采取分類處置方法。對(duì)人口規(guī)模較大、聚集程度高、有非農(nóng)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和處于水源保護(hù)區(qū)村莊，宜通過敷設(shè)污水管道集中處理污水，并采用常規(guī)生物處理技術(shù)；對(duì)人口規(guī)模較小、居住較為分散、地形地貌復(fù)雜、尾水主要用于施肥灌溉等農(nóng)業(yè)用途的村莊，宜通過分散收集單戶或多戶農(nóng)戶污水，并采用較為簡單的生態(tài)處理技術(shù)。工業(yè)污水處理的主要內(nèi)容是對(duì)工業(yè)廢水污染治理實(shí)行總量控制。根據(jù)工業(yè)廢水“誰污染、誰治理”的原則，針對(duì)流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水提出處理目標(biāo)，加強(qiáng)工業(yè)廢水的監(jiān)督管理，全面推行排污申報(bào)登記和排污許可制度。流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)應(yīng)實(shí)施清潔生產(chǎn)，實(shí)行工業(yè)污染生產(chǎn)全過程控制。2.2垃圾處理生活垃圾收運(yùn)通常釆用中轉(zhuǎn)模式，即收集點(diǎn)一站前運(yùn)輸一中轉(zhuǎn)站一運(yùn)輸一處理場(chǎng)。根據(jù)實(shí)際情況，在運(yùn)輸距離適中的地方，也可采用直接運(yùn)輸模式，即收集點(diǎn)——運(yùn)輸——處理場(chǎng)，省卻了中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。目前，我國對(duì)于村鎮(zhèn)垃圾的處理普遍推行“村收集——鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運(yùn)——市處置”的集中處理模式，同時(shí)為降低運(yùn)費(fèi)，提高收運(yùn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，在收運(yùn)系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)還應(yīng)考慮釆用多目標(biāo)線性規(guī)劃模型對(duì)收運(yùn)線路進(jìn)行優(yōu)化。2.3農(nóng)業(yè)面源污染治理根據(jù)流域各地塊的實(shí)際情況，在措施制定方面，農(nóng)業(yè)面源污染的防治應(yīng)釆取“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則；對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染控制技術(shù)設(shè)計(jì)釆用“全過程控制、點(diǎn)線面結(jié)”的原則?！邦A(yù)防為主、防治結(jié)合”是指在源頭上減少農(nóng)藥化肥施用數(shù)量，削減污染物產(chǎn)生的“源”。應(yīng)積極開展農(nóng)用化學(xué)品質(zhì)量保證與替代措施；加強(qiáng)對(duì)肥料農(nóng)藥質(zhì)量和使用數(shù)量督管理；加強(qiáng)對(duì)農(nóng)膜使用的監(jiān)督管理。積極推廣病蟲害綜合防治技術(shù)，合理施用農(nóng)藥化肥，減少農(nóng)藥化肥的使用數(shù)量，使農(nóng)藥化肥單位面積平均使用量低于全省平均水平。采用農(nóng)藝措施和生物多樣性防治技術(shù)；積極發(fā)掘和使用植物性農(nóng)藥和生物農(nóng)藥；大力推廣機(jī)械物理防治法?！叭^程控制”具體指通過對(duì)流域內(nèi)的農(nóng)田進(jìn)行綜合整治，優(yōu)化農(nóng)業(yè)耕作方式（使用噴灌、滴灌技術(shù)等），在污染物產(chǎn)生、流失的過程中，通過生態(tài)田埂、生態(tài)溝渠、池塘系統(tǒng)和植物緩沖帶等進(jìn)行多層次攔截吸收，減少污染物進(jìn)入河道的數(shù)量?！包c(diǎn)線面結(jié)合”具體指點(diǎn)——利用池塘系統(tǒng)構(gòu)建人工濕地，對(duì)各類污染物質(zhì)進(jìn)行集中、分解、吸收；線——利用生態(tài)田埂、生態(tài)溝渠、植物緩沖帶對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行攔截、吸收；面——從農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、耕作方式、農(nóng)藥化肥使用量等方面進(jìn)行控制。2.4畜禽養(yǎng)殖污染治理畜禽養(yǎng)殖污染治理遵循逐步清退、合理保留的原則，遵循養(yǎng)殖空間布局規(guī)劃，逐步禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)的養(yǎng)殖場(chǎng)，合理保留限養(yǎng)區(qū)內(nèi)的養(yǎng)殖場(chǎng)。圍繞規(guī)劃布局、地址選擇、飼養(yǎng)管理、疫病防治、制度建設(shè)、污染治理等，制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和管理要求。大力推動(dòng)集約化生產(chǎn)，發(fā)展規(guī)?；a(chǎn)基地建設(shè)，推廣生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)；通過合理規(guī)劃養(yǎng)殖場(chǎng)的規(guī)模，促進(jìn)畜牧業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系的形成。2.5初期雨水污染治理 初雨造成的非點(diǎn)源污染已成為河道、湖泊和河口等受納水體的重要污染源。初雨治理一般從以下3方面著手：①源頭減量，就地處理；②收集調(diào)蓄處理；③加強(qiáng)維護(hù)管理。雨水污染控制措施包括工程性措施、非工程性措施及其他措施。工程性措施包括污水截污納管、排水系統(tǒng)達(dá)標(biāo)改造、調(diào)蓄池、下凹式綠地、漫灘、人工濕地、土地處理系統(tǒng)等。非工程性措施包括雨水利用、最佳管理措施（BMP)、低影響開發(fā)（LID)、地表清掃、管道疏通等。3河道原位治理技術(shù)污染河道水體原位治理技術(shù)是一種可靠的、卓有成效的方法，具有治理費(fèi)用低和最大程度降低污染等特點(diǎn)，適合流量較小且污染嚴(yán)重的河流。一般的城市河道，不僅要滿足防洪的要求，還要具有旅游、娛樂、景觀、生態(tài)等多方面的功能。為保證河道水體達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可考慮結(jié)合河道防洪規(guī)劃及景觀設(shè)計(jì)在適宜河段布置河道原位治理措施?？紤]到效用、投資、運(yùn)行費(fèi)用、占地面積及操作的難易程度等綜合因素，原位治理可采考慮采用生態(tài)清淤、河道曝氣、人工生態(tài)浮床、人工濕地、生物操控、濕生植被群落構(gòu)建等相結(jié)合的工藝。通過營造厭氧、兼氧、好氧等不同的處理環(huán)境，使水中的化學(xué)需氧量、生化需氧童、氨氮等營養(yǎng)物質(zhì)得到有效降解（圖3-14)。3.1.生態(tài)清淤（1）清淤方案生態(tài)清淤是工程、環(huán)境、生態(tài)相結(jié)合的修復(fù)技術(shù)，其目的是清除污染水體的內(nèi)污源，減少污染物向水體的釋放，并為水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)創(chuàng)造條件。生態(tài)清淤為水境的綜合治理打下了基礎(chǔ)。疏浚、清淤是去除河湖內(nèi)、岸邊及臨近地帶的沉積物、被和植物殘骸。沉積物、植物、殘骸和浮石等與河湖生態(tài)間關(guān)系密切。疏浚本身就獨(dú)立的、重要的技術(shù)，其應(yīng)用于諸多類型的河湖修復(fù)中。疏浚和清淤工期短，但要定期維護(hù)和檢査。清淤方法選擇一般要考慮以下幾方面因素。1）施工現(xiàn)場(chǎng)布置條件。2）清淤機(jī)械的效率、精度，確保徹底清除污染物，盡量減少超挖量，在保證疏浚效果的前提下，降低工程成本。3）盡量減少泥沙攪動(dòng)，并采取防擴(kuò)散和防泄漏的措施，避免施工及輸送過程中的污物泄漏對(duì)水體造成二次污染。4）對(duì)疏浚的污染底泥進(jìn)行安全處理，避免污染物對(duì)其他水系及環(huán)境的再污染。（2）清淤方式常用的河道清淤方式有水力沖洗清淤、機(jī)械清淤、人工圍堰清淤及生態(tài)清淤等。水力沖洗清淤是利用自然水位差或人為制造水位差，增大計(jì)劃清淤河道的流量（流速），把河道大量淤泥隨水流帶出本河道。此類清淤方法對(duì)落差較大的河流水系比較適用。機(jī)械清淤是利用機(jī)械方法把河道淤泥從河道中分離出來，水利上最常用的方法是挖泥船挖泥。這種方法對(duì)泥質(zhì)較硬的河道淤泥適用，但對(duì)污染物密集的、位于淤泥層最上浮泥基本沒有效果。人工圍堰清淤是對(duì)河道兩端進(jìn)行筑壩圍堰，把壩內(nèi)河水抽干，隨后利用高壓水泵對(duì)淤泥層進(jìn)行沖刷，沖刷后淤泥首先集中放于河道中，最后集中外運(yùn)處理。這種清淤方法易引起河岸崩塌，污泥的二次污染和潛在的安全隱患很髙。生態(tài)清淤是以改善河道水質(zhì)為最終目標(biāo)的清淤方式，結(jié)合目標(biāo)河道的特點(diǎn)，選用機(jī)械挖掘機(jī)、人工清淤等方法，主要清除水面污染物、水生植物、浮泥等，清淤過程中保護(hù)現(xiàn)有護(hù)岸，清淤深度根據(jù)實(shí)際情況定奪，超挖的部分用砂礫石回填。它的特點(diǎn)是能有效抑制底泥中污染物的釋放，并能精確地挖除污染底泥，從而提髙水體的自凈能力。（3）淤泥處置河道生態(tài)清淤后針對(duì)清除后的浮泥等污染物的處置技術(shù)如下。1）將污染物儲(chǔ)存在土工織物袋中集裝化封閉處置。2）將污染物運(yùn)到工廠進(jìn)行處置與回收利用。3）將污染物儲(chǔ)存在陸地存泥場(chǎng)封閉處置。4）污泥土地利用。污泥土地利用是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置方式，這種處置方式應(yīng)用于農(nóng)田、果園、林地、草地、市政綠化、育苗基質(zhì)及嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地修復(fù)與重建等。在工程期間和工程之后，要盡可能小地影響河道及周邊的植被。工程期間，施工和設(shè)備進(jìn)場(chǎng)路徑都要仔細(xì)規(guī)劃，盡量利用已有的空地。嚴(yán)懲未經(jīng)允許的植被清除破壞行為，準(zhǔn)許清除的樹木可以標(biāo)識(shí)以示區(qū)別。工程之后，河湖周圍建立緩沖帶。如果該區(qū)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)區(qū)，應(yīng)該以緩沖帶加強(qiáng)管理，標(biāo)識(shí)緩沖帶區(qū)域?yàn)楸Ｗo(hù)區(qū)且在周邊建立柵欄，柵欄間隔適當(dāng)，以保證野生動(dòng)物通行。3.2河道曝氣（1）河道曝氣技術(shù)簡介溶解氧在河水自凈過程中起著非常重要的作用，水體的自凈能力直接與復(fù)氧能力有關(guān)。河水中的溶解氧主要來源于大氣復(fù)氧和水生植物的光合作用水體溶解氧主要消耗有機(jī)物的好氧生化降解、氨氮的硝化、底泥的耗氧、還原物質(zhì)的氧化、水生生物和植物生長等化學(xué)、生化及生物合成等過程中。污染河道就是由于溶解氧的總消耗量大于復(fù)氧量，水體的溶解氧大幅下降，甚至被消耗殆盡，河流水體處于無氧狀態(tài)，有機(jī)物的分解就從好氧分解轉(zhuǎn)為厭氧分解，水體生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致污染水體黑臭。河道曝氣技術(shù)就是根據(jù)河流受到污染后缺氧的特點(diǎn)，人工向水體中充入空氣或氧氣，加速水體復(fù)氧過程，以提高水體的溶解氧水平，恢復(fù)和增強(qiáng)水體中好氧微生物的活力，使水體的污染物質(zhì)得以凈化，從而改善河流的水質(zhì)。（2）河道曝氣原理河水中的溶解氧主要來源于大氣復(fù)氧和水生植物的光合作用，其中大氣復(fù)氧是水體中溶解氧的主要來源。大氣復(fù)氧是指空氣中氧溶于水的氣一液相傳質(zhì)過程，這一過程也可稱為天然曝氣。但是，單靠天然曝氣作用，河水的自凈過程會(huì)非常緩慢。因此，需要采用人工曝氣彌補(bǔ)天然曝氣的不足。如果向一條已遭受嚴(yán)重有機(jī)污染且處于黑臭狀態(tài)的河道進(jìn)行人工曝氣，充入的溶解氧可以迅速地氧化有機(jī)物厭氧降解時(shí)產(chǎn)生的致黑致臭物，從而有效地改善、緩和水體的黑臭程度。（3）需氧量的計(jì)算曝氣設(shè)備的選型和充氧方式的確定是影響河道曝氣效果的關(guān)鍵因素。要進(jìn)行設(shè)備選擇，首先要確定水體的需氧量，進(jìn)而根據(jù)設(shè)備的充氧動(dòng)力效率確定設(shè)備充氧量。需氧量主要取決于水體的類型、水質(zhì)現(xiàn)狀以及河道治理的預(yù)期目標(biāo)。水體需氧量=水體耗氧+底泥耗氧-大氣復(fù)氧-植物光合作用產(chǎn)氧一般河道曝氣需氧量計(jì)算忽略大氣復(fù)氧和植物光合作用產(chǎn)氧，以總耗氧量作為河道需氧參考數(shù)值。耗氧量計(jì)算模型有組合推流式反應(yīng)器模型、箱式模型和好氧特性曲線法等。（4）曝氣設(shè)備的選擇計(jì)算了曝氣設(shè)備充氧量之后，對(duì)曝氣設(shè)備進(jìn)行選擇。根據(jù)需曝氣河道水質(zhì)改善的要求（如消除黑臭、改善水質(zhì)、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境）、河道條件（包括水深、流速、河道斷面形狀、周邊環(huán)境等)、河段功能要求（如航運(yùn)功能、景觀功能等）、污染源特征（如長期污染負(fù)荷、沖擊污染負(fù)荷等）的不同，河道曝氣一般采用固定式充氧站和移動(dòng)式充氧平臺(tái)兩種形式。a.固定式充氧站1）鼓風(fēng)曝氣，即在河岸上設(shè)置一個(gè)固定的鼓風(fēng)機(jī)房，通過管道將空氣或氧氣引入設(shè)置河道底部的曝氣擴(kuò)散系統(tǒng)，達(dá)到增加水中溶解氧的目的。其一般由機(jī)房（內(nèi)置鼓風(fēng)機(jī))、氣擴(kuò)散器和管道組成。工程實(shí)例：上海市徐匯區(qū)上澳塘河道曝氣系統(tǒng)。2）純氧曝氣，可以分為兩種形式：①純氧-微孔布?xì)夤芷貧庀到y(tǒng)，由氧源和微孔布?xì)夤芙M成；②純氧-混流增氧系統(tǒng)，由氧源、水泵、混流器和噴射器組成。純氧曝氣系統(tǒng)的氧原可采用液氧）LOX）和利用制氧設(shè)備（PSA）制氧。工程實(shí)例：德國埃姆舍（Emsher)河采用了液氧-微孔布?xì)夤芷貧庀到y(tǒng)，英國泰晤士（Thames)河曝氣船、德國薩爾（Saar)曝氣船、澳大利亞天鵝（Swan)河曝氣船和蘇州河曝氣船均采用了純氧-混流增氧系統(tǒng)。3）機(jī)械曝氣，即將機(jī)械曝氣設(shè)備直接固定安裝在河道中對(duì)水體進(jìn)行充氧。其可以分為3種形式：①葉輪吸氣推流式曝氣器，由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、進(jìn)氣通道和葉輪組成；②水下射流曝氣設(shè)備，由潛水泵、水射器組成；③水車/葉輪式增氧機(jī)，由葉輪、浮筒和電機(jī)組成。工程實(shí)例：韓國水原（Suyon)江河口釜山港灣和北京清河河道污染治理中采用了葉輪吸氣推流式曝氣器。b.移動(dòng)式充氧平臺(tái)移動(dòng)式充氧平臺(tái)是在不影響航運(yùn)的基礎(chǔ)上，在需要曝氣的河段設(shè)置可以自由移動(dòng)的曝氣增氧設(shè)施，主要用于在緊急情況下對(duì)局部河段實(shí)施有目的的復(fù)氧，目前使用最多的是曝氣船。各種河道曝氣充氧設(shè)備的特點(diǎn)和適用范圍見表3-6。表3~6河道曝氣充氧設(shè)備的特點(diǎn)和適用范圍列表曝氣設(shè)備類型特點(diǎn)適用范圍鼓風(fēng)機(jī)-微孔布?xì)夤芷貧庀到y(tǒng)氧轉(zhuǎn)移效率高，施工要求高，維修困難，占地面積大，投資大，運(yùn)行嗓聲較大不通航河道純氧-微孔布?xì)夤芷貧庀到y(tǒng)占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用小，運(yùn)行可靠，無噪聲，安裝方便，不易堵塞，氧轉(zhuǎn)移率髙不通航河道純氧-混流增氧系統(tǒng)氧轉(zhuǎn)移率高，可安置在河床近岸處，對(duì)航運(yùn)的影響較小既可用于固定式充氧站，也可用于移動(dòng)式充氧平臺(tái)葉輪吸氣推流式曝氣器安裝方便，基本不占地、維修簡單方便、葉輪易被堵塞纏統(tǒng)，會(huì)在水面形成泡沫，影響水體美觀不通航河道水下射流曝氣設(shè)備安裝方便，基本不占地，維修較麻煩不通航河道水車/葉輪式增氧機(jī)安裝方便，基本不占地，產(chǎn)生噪音，外表不美觀多用于漁業(yè)水體，尤其適用于較淺的水體移動(dòng)曝氣船可自由移動(dòng)，經(jīng)濟(jì)，髙效城區(qū)主干河道對(duì)于城市中小河道般水體較淺、水面較窄、沒有航運(yùn)要求，往往適合采用機(jī)械曝氣的形式。曝氣設(shè)備的選擇還需要考慮如何消除曝氣產(chǎn)生的泡沬、與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)等因素。對(duì)于機(jī)械曝氣設(shè)備，其安裝間隔一般設(shè)定為50?70m，而且根據(jù)水質(zhì)沿河道的變化規(guī)律，可以在前段間隔較小、后段間隔較大。在曝氣設(shè)備的運(yùn)行過程中，還要定期對(duì)河道水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，靈活地調(diào)整曝氣設(shè)備的安裝位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和設(shè)備特點(diǎn)，確定設(shè)備的安裝形式，注意安裝深度，避免發(fā)生底泥懸浮[在同設(shè)備廠商咨詢的過程中了解到，對(duì)于水深較淺的河道（小于2m），采用水車式增氧機(jī)為好，射流曝氣及葉輪式增氧機(jī)容易將河道底泥攪拌起來，影響水質(zhì)]。(5)提高曝氣處理效果的方法在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于溫度、曝氣量、微生物與水的混合程度、微生物的活性等，曝氣的處理效果可能不盡如人意，此時(shí)應(yīng)找出影響處理效果的因素，采取針對(duì)性的措施。a.生物膜技術(shù)在一些沒有航運(yùn)需求、條件適宜的河道中，可以利用生物膜技術(shù)來增加河流中的微生物數(shù)量，即在曝氣器周圍設(shè)置優(yōu)選的填料，并通過接種活悻污泥的方法使填料上附著生長大量微生物。把生物膜法與曝氣復(fù)氧技術(shù)相結(jié)合運(yùn)用于污染河道的水質(zhì)改善，就形成了河道曝氣+生物膜原位凈化技術(shù)。在河道中應(yīng)用生物膜技術(shù)也存在一定的缺陷，如生物膜脫落后會(huì)形成底泥淤積，因此需要對(duì)生物膜進(jìn)行定期的清理。b.生物制劑應(yīng)用河道治理的生物修復(fù)技術(shù)，可通過直接向水體投加生物菌種，依靠這些特種生物菌種的作用來降解水中特種污染物質(zhì)；也可以向水體投加微生物促生劑，通過促使水體”土著”微生物的生長繁殖，達(dá)到凈化水體的作用。c.間歇曝氣運(yùn)行方式在保證曝氣段河水中的溶解氧大于1.0mg/L(不發(fā)生黑臭）的前提下，可采取間歇曝氣方式進(jìn)行處理，既減少能耗、節(jié)省運(yùn)行成本，又具有一定硝化-反硝化脫氮的效果。在實(shí)際運(yùn)用中，如果能結(jié)合自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，在水體溶解氧達(dá)到臨界目標(biāo)值時(shí)，自動(dòng)啟閉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)間歇曝氣的自動(dòng)化控制，將會(huì)使河道曝氣技術(shù)具有更廣闊的應(yīng)用前景。3.3人工生態(tài)浮床（1）生態(tài)浮床技術(shù)簡介生態(tài)浮床，是一種水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)相兼顧的技術(shù)，其內(nèi)涵是運(yùn)用無土栽培原理，以可漂浮材料為基質(zhì)或載體，采用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無土種植技術(shù)。生態(tài)浮床技術(shù)作為生物-生態(tài)修復(fù)的一項(xiàng)重要技術(shù)，一方面，浮床植物可吸收、富集水體中的營養(yǎng)物質(zhì)和一些重金屬等元素，同時(shí)植物通過光合作用、呼吸作用等改善根系周圍溶解氧、pH等微觀環(huán)境：另一方面，浮床植物龐大的根系為攝食藻類的大型浮游動(dòng)物提供了庇護(hù)場(chǎng)所、分泌他感物質(zhì)等抑制藻類生長繁殖，同時(shí)植物根系為微生物提供載體，改善微生物生存環(huán)境，提髙水體微生物的活性，對(duì)凈化污染水體、提高河流水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性具有重要作用，加之生態(tài)浮床可實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)和控制污染物等特點(diǎn)，并能適應(yīng)較寬的水深范圍，且具有造價(jià)低廉、運(yùn)行管理相對(duì)容易等優(yōu)點(diǎn)，其無疑成為城市污染河道治理的新亮點(diǎn)。（2）人工浮床結(jié)構(gòu)目前，用于凈化水質(zhì)的浮床主要為濕式有構(gòu)架浮床，其中浮床結(jié)構(gòu)主要包括框架、床體、基質(zhì)、固定裝置等幾部分，具體如下：a.框架浮床框體要求堅(jiān)固、耐用、抗風(fēng)浪，目前一般用PVC管、不銹鋼管、木材、毛竹等作為框架。PVC管無毒無污染，持久耐用，價(jià)格便宜，重量輕，能承受—定沖擊力。不銹鋼管、鍍鋅管等硬度更髙，抗沖擊能力更強(qiáng)，持久耐用，但缺點(diǎn)是質(zhì)量大，需要另加浮筒增加浮力，價(jià)格較貴。木頭、毛竹作為框架比前兩者更加貼近自然，價(jià)格低廉，但常年浸沒在水中，容易腐爛，耐久性相對(duì)較差。b.床體浮床床體是植物栽種的支撐物，同時(shí)是整個(gè)浮床浮力的主要提供者。目前，主要使用的是聚苯乙烯泡沫板。這種材料具有成本低廉、浮力強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，而且原料來源充裕、不污染水質(zhì)，材料本身無毒疏水，方便設(shè)計(jì)和施工，重復(fù)利用率相對(duì)較高。此外，還有將陶粒、蛭石、珍珠巖等無機(jī)材料作為床體，這類材料具有多孔結(jié)構(gòu)，適合于微生物附著而形成生物膜，有利于降解污染物質(zhì)。但局限于制作工藝和成本的問題，這類浮床材料目前還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際使用很少。對(duì)于以漂浮植物進(jìn)行的浮床栽種，可以不用浮床床體，依靠植物自身浮力保持在水面上，利用浮床框體、繩網(wǎng)將其固定在一定區(qū)域內(nèi)，這種方法也是可行的。人工合成的高分子材料具有更多的優(yōu)點(diǎn)。它可以從分子化學(xué)的角度來設(shè)計(jì)分子主鏈的結(jié)構(gòu)，從而控制髙分子材料的物理性能，同時(shí)可以充分利用從自然界中提取或合成的各種小分子單體。目前，應(yīng)用于人工生物浮床床體材料的主要是塑料和橡膠。c.基質(zhì)基質(zhì)的主要功能是為植物提供生長點(diǎn)，目前應(yīng)用的基質(zhì)材料主要有泡沫塑料板和海綿等，這些材料具有比重小、耐腐、易于加工等特點(diǎn)，可以為浮床植物的生長繁殖提供固定、保水、透氣等必要條件。d.固定裝置固定裝置的設(shè)置目的在于防止浮床因相互碰撞而散架，同時(shí)保證浮床不被水流或者風(fēng)浪帶走。固定裝置有很多類型，如重物型、船錨型和樁基型3種。重物、船錨、樁基與浮床之間的連接繩應(yīng)有一定的伸縮長度，以便浮床隨水位變化而上了浮動(dòng)。在水流或風(fēng)急浪大的水體中，粧基與浮床之間一般用鋼絲繩連接以提高固定強(qiáng)度。由此可見，生態(tài)浮床無論是在框架的使用，還是在浮體材料的選擇、載體的選擇等方面仍然存在諸多不盡如人意的地方，選擇合適的浮床材料進(jìn)行最佳組合，以便生態(tài)浮床發(fā)揮其凈化水質(zhì)的作用。3.4人工濕地人工濕地是指人類為滿足生產(chǎn)、生活、防災(zāi)、污水處理等目的，人工修建的濕地（如塘壩、魚塘、水景、稻田、水庫、潛流濕地等〉。它以人類利益為主要目標(biāo)，以社會(huì)服務(wù)為主要功能，不僅可以用于污水處理，還可以用于營造景觀、恢復(fù)自然濕地等，因此可稱為“功能性人工濕地”。其中，主要用于實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改善功能的人工濕地，可以稱為水凈化人工濕地。它可以分為水生植物系統(tǒng)（包括浮水植物系統(tǒng)、沉水植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)統(tǒng)）和濕生（耐濕）植物系統(tǒng)。本書所指的人工濕地是狹義的人工濕地，即人工濕地污水處理系統(tǒng)。人工濕地污水處理系統(tǒng)是人工建造的、可控制的和人工化的濕地系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)和建造是通過對(duì)濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合來進(jìn)行污水處理的。人工濕地對(duì)水的凈化是填料、植物和微生物共同作用的結(jié)果。人工濕地分類及特點(diǎn)，見表3-7。表3-7人工濕地分類及特點(diǎn)序號(hào)名稱定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1表面流人工濕地指水面在固體介質(zhì)表面以上，污水從池體進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地具有投資少、操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)占地面積較大，水力負(fù)荷率小，去污能力有限。運(yùn)行受氣候影響較大，夏季有孳生蚊蠅的現(xiàn)象2水平潛流人工濕地水面在填料表面以下，污水從池體進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地與表流濕地相比，水力負(fù)荷和污染負(fù)荷較大，對(duì)生化需氧量、化學(xué)需氧量、懸浮物、重金屬等去除效果較好，且很少有惡臭和孳生蚊蠅的現(xiàn)象。目前，水平潛流人工濕地己被美國、日本、溴大利亞、德國、瑞典、英國、荷蘭箱威等國廣泛使用控制相對(duì)復(fù)雜，脫磷除氮的效果不如垂直潛流人工濕地，因過水?dāng)嗝孑^小，相對(duì)易被堵塞等3垂直潛流人工濕地指污水垂直通過池體中濾料層的人工濕地垂直潛流人工濕地的硝化能力髙于水平潛流人工濕地，可用于處理氨氮較高的污水對(duì)有機(jī)物的處理能力不如水平流人工濕地系統(tǒng)，落干/淹水時(shí)間較長，控制相對(duì)復(fù)雜，夏季有莩生蚊蠅的現(xiàn)象3.1單向垂直流人工濕地單向垂直流人工濕地有兩種形式，分別是下行垂直流人工濕地和上行垂直流人工濕地，目前普迪采用的是下行垂直流人工濕地—般采用間歇進(jìn)水運(yùn)行方式。間歇運(yùn)行是單向垂直流人工濕地特有的運(yùn)行方式，池體處于不飽和狀態(tài)，氧可以通過大氣擴(kuò)散和植物輸入人工濕地系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硝化能力高于水平潛流人工濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水3.2復(fù)合垂直流人工濕地由兩個(gè)底部相連的池體組成，污水從一個(gè)池體垂直向下（或向上）流入另一個(gè)池體中后垂直向上（或向下〉流出一般采用連續(xù)進(jìn)水運(yùn)行方式。通過延長污水的流動(dòng)線路，增加了污水的停留時(shí)間，從而提髙了人工濕地對(duì)污染物的去除能力。該類型人工濕地一般采用連續(xù)運(yùn)行方式，具有較高的污染負(fù)荷（1）優(yōu)點(diǎn)a.投資少，運(yùn)行成本低廉國內(nèi)外研究表明，人工濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單，運(yùn)行中易于維護(hù)和管理。因此，建設(shè)投資和運(yùn)行成本相對(duì)低廉，其建設(shè)成本（噸污水投資）和運(yùn)行成本（噸污水處理費(fèi)）為傳統(tǒng)污水處理廠成本的1/10?1/5，經(jīng)濟(jì)效益顯著。b.污水處理系統(tǒng)組合的多樣性、針對(duì)性人工濕地污水處理系統(tǒng)一般由人工基質(zhì)（填料）和水生植物兩部分組成，可根據(jù)水中污染物的種類特征，選取不同的基質(zhì)和水生植物類型，因此系統(tǒng)具有多樣性和針對(duì)性。c.處理效果明顯應(yīng)用研究數(shù)據(jù)表明，人工濕地污水處理的效果是理想的。1993年，Bastian等總結(jié)了北美人工濕地污染物去除率的波動(dòng)范圍，如有機(jī)物去除率為50%?90%，懸浮物去除率為40%?90%。氮的去除率為30%?90%。d.獨(dú)特的綠化環(huán)境功能人工濕地由于栽種大量的水生植物，不但迅速增加了綠地面積、增加了濕度調(diào)節(jié)氣候，還為人們提供了一個(gè)優(yōu)美宜人的河湖生態(tài)景觀。(2)不足a.受氣候條件限制人工濕地由于其開敞的環(huán)境，以及依靠生物活性去除污染物，因此受外界環(huán)境，尤其是氣候的影響較大。b.占地面積相對(duì)較大人工濕地凈污的效果與污水在濕地中流動(dòng)的時(shí)間和空間充足與否有著很大的關(guān)系，所以與傳統(tǒng)的污水處理廠相比，濕地污水處理系統(tǒng)需要較大的占地面積，一般認(rèn)為是傳統(tǒng)污水處理廠的2?3倍。c.容易產(chǎn)生游積、飽和現(xiàn)象人工濕地能有效地去除污水中的污染物質(zhì)，但是隨著時(shí)間的推移，部分營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)逐漸積累，相應(yīng)地，微生物大量繁殖，如果維護(hù)不當(dāng)，就容易產(chǎn)生游積、阻塞現(xiàn)象，使水力傳導(dǎo)性、濕地處理效果和運(yùn)行壽命降低。排除淤積、飽和現(xiàn)象的最佳途徑是在有備用池的前提下，定期對(duì)基質(zhì)進(jìn)行去淤、更換，對(duì)植物進(jìn)行收割。3.5生物操控(1)食物鏈操控由于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能不夠完整，需要采用一定的生物操控措施進(jìn)行修復(fù)，利用營養(yǎng)級(jí)鏈狀效應(yīng)，通過人為操縱，改變生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，以達(dá)到改善與修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的目的。生態(tài)養(yǎng)魚主要是指食物鏈生物操縱技術(shù)，利用肉食性魚類——濾食性魚類——浮游動(dòng)物——藻類——營養(yǎng)物質(zhì)的營養(yǎng)級(jí)關(guān)系所產(chǎn)生的下行效應(yīng)，試圖通過重建生物群落以得到一個(gè)有利的響應(yīng)，藉此減少藻類生物量，控制氮、磷等污染物，保持水質(zhì)清澈并提高生物多樣性。河道生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建圖如圖3-15所示。國內(nèi)研究結(jié)果表明，水生態(tài)系統(tǒng)中魚類種群生物量和年齡組成的變動(dòng)，可使系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和水質(zhì)狀況發(fā)生