（环境工程专业论文）台山市台城河水环境整治对策研究.pdf

摘要 台山市台城河水环境整治对策研究 专业：环境工程 硕士生：伍素琴 指导老师：刘伟 摘要 本课题从台山市台城河水环境整治的实际情况出发，借鉴国内外城市水环境治理的 经验与技术，找出套可行的、可以改善台城河水质、维护良好生态系统及实现城市可 持续性发展的综合治理对策和措施。 本文分三部分。第一部分介绍了国内外城市水环境治理的历史情况、困难和工程等； 阐述了本研究的理论与现实意义；介绍了研究的主要内容以及涉及到的关键技术问题； 第二部分介绍并评析了近年来台城河水质状况及分析其被污染的原因。 第三部分系统分析对比了采用技术治理和加强管理来治理台城河的方案，提出了两 方面具体措施，一是削减点源与非点源污染负荷，包括对工业污染源的治理、城市生活 污水处理、防治水土流失和减少农业污染等措施减少入河污染物；另一方面是治理受污 染的水体，通过底泥疏浚、引水冲污、曝气充氧、投加生物制剂、种植水生动植物等措 施改善水质和恢复良好的生态系统。同时提出加强工程管理、行政管理，注重提高国民 环境意识等设想。 本研究较全面地讨论了从技术和管理两方面来考虑治理台城河水环境治理的多种 措施，为台山市治理台城河作出了实际的、有益的探索，也为其它中小城市整治河道提 供一定的借鉴。 关键词；截污、底泥、生物修复、曝气复氧、台城河 摘要 r e s e a r c hc o u n t e r m e a s u r eo nf o rw a t e re n v i r o m e n t i m p r o v e m e n t f o rt a i c h e n gr i v e ri nt a i s h a nc i t y m a j o r ：e n v i r o m e n te n g i n e e r i n g n a m e ：w us uq i n s u p e r v i s o r ：l i uw e i a b s t r a c t b a s e do nt h ep h y s i c a lc i r c u m s t a n c e so ft h ei m p r o v e m e n ta b o u tt a i c h e n gr i v e r , s t u d y t h ee x p e r i e n c ea n dt e c h n o l o g ya th o m ea n da b r o a d ，f i n dav i a b l ea n ds y n t h e s i z e de n g i n e e r i n g c o u n t e r m e a s u r e ，i tc a ni m p r o v ew a t e rq u a n t i t ya n dm a i n t e n a n c et h ee c o l o g i c a ls y s t e mo ft h e r i v e ra n dr e a l i z ec o n t i n u ed e v e l o p m e n to f o u rc i t y t h i sp a p e rw a sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s i nt h ef i r s tp a r t ，t h eh i s t o r yo fw a t e re n v i r o m e n t i m p r o v e m e n ti nc i t i e sa th o m ea n da b r o a d t h et h e o r ya n do p e r a t i o ns i g n i f i c a n c eo ft h i s r e s e a r c hw a se l a b o r a t e d ，a n dt h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dk e yt e c h n o l o g yi n v o l v e da r e i n t r o d u c e d i nt h es e c o n dp a r t ，t h ee n v i r o m e n t a lq u a u t yc o n d i t i o n so ft h et a i c h e n gr i v e ri nr e c e n t y e a r sa n d r e a s o n so f b e i n gp o l l u t e d ，a r ei n t r o d u c e da n da n a l y z e d i nt h et h i r dp a r t ，t e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n ta r ei n t r o d u c e di nd e t a i l e c o l o g i c a l e n g i n e e r i n gc o l i n t e i t f l e a s u r e ss u c h a s i n t e r c e p t i o no fp o l l u t e dw a t e r , b i o r e m e d i a t i o no n s e d i m e n t ，b l o w i n gu pt h ew a t e rf o ra d d i n gt h eo x y f e n ，b u u d i n gw a t e re c o l o g i c a ls y s t e ma r e i n t r o d u c e di nd e t a i l i naw o r d ，t h eb o t hs i d e sa b o u tt e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n ta r ed i s c u s s e d i nt h i s p a p e r a tt h es a m et i m e ，i ts u g g e s tt h eg o v e r n m e n tt o e s t a b l i s ht h er i v e rc o o r d i n a t i o n o r g a n i z a t i o aa n di n c r e a s et h ec i t i z e nc o n s c i o u s n e s so fe n v i r o n m e n t ，a n di tc a l lo f f e rs o m e e x p e r i e n c et oo t h e r s m a l lc i t i e s k e yw o r d s ：i n t e r c e p t i o no f p o i i u t e dw a t e r 、s e d i m e n t 、b i o r e m e d i a t i o n 、b l o w i n gu pt h e w a t e rf o ra d d i n gt h eo x y f e n 、t a i c h e n g r i v e r n 第1 章总论 第1 章总论 城市是一个国家或地区的文明中心，是地球人口的最集中地区，也是人类对环境 干预最大的区域。环境是一切生物( 包括人类) 生存和发展的基础，它包括自然环境和 社会环境。其中水环境是自然环境一个因子，是城市自然环境中最重要组成部分。城市 依水而建、傍水而兴的事实几乎人人皆知，世界四大古国的文明无一不在大河的怀抱中 诞生。但水可载舟亦可覆舟。水资源量的多少和质的优劣，极大地影响着人类的自然生 存环境及一切生物的生存活动。“水脏”的问题制约着现代城市的繁荣和兴盛。随着社会 经济的不断发展和城市人口的不断增长，在全球范围内，城市水体污染问题正得到越来 越广泛的关注。在我国的大多数城市中，水体的污染状况相当严重，大部分城市河道常 年处于黑臭状态，池塘、湖泊的富营养化情况也呈逐年增长趋势，水生生物在这些水体 中基本绝迹。这些，都给城市居民，尤其是沿岸居民的工作和生活带来了严重的影响， 同时也损害了城市的形象。因此，城市水体的污染治理一直都是上至政府领导，下到平 民百姓密切关注的问题。因此，研究城市水环境治理工程，可以改善城市经济发展环 境，保障社会发展的协调性和可持续性。 台山市台城河是贯穿台城镇东西方向的唯一河流，全长约5 2 公里，发源于塘田水 库，最终排入为潭江，为潭江的一条支流，在上世纪素有“台城八景之一”的美称，担 负着运输、排洪、纳污的作用。上游合水水闸为台城自来水厂的饮用水吸水点。在1 9 9 9 年，在台城河面还举行大型龙舟赛，全城市民围站两岸，各异龙舟在河中驰骋畅行，场 面颇为壮观。但是，近6 年来，台城地区人口不断增多，居民的生活用水、污水排放量 逐渐增大，台城镇以及周边一些乡镇居民的生活废水都排入台城河中下游；另一方面， 台城河上游的一些工厂、企业的工业废水大都未经过污水处理便排放到台城河内，两种 废水都同时排放到河中，对河水质量造成严重污染，加上近两年来，台城没降过大雨， 水量严重匮乏，使得污水流速缓慢，逐渐囤积迂回在河床中，形成了目前“黑虫江“的 现状。 黑浊发臭的河水不仅为台城的市容建设抹上了不光彩的一笔，也严重影响了两岸居 民的f 常生活。据统计，在两岸居民达5 万人，沿岸的高楼竞没有一家开着窗户。若不 及时治理台城河，不但影响本市区居民身体、生活质量，而且会影响邻市开平、新会的 中山大学硕七学位论文 水源质量，因为台城河是潭江的一条支流，并处于潭江的中上游位置，而开平市水1 3 镇 及新会区市民的生活用水及饮用水取自潭江，假如不及时处理台城河污水问题，日益严 重的污水将流至潭江中下游，将严重影响到开平市水口镇及新会区的水源质量，从而直 接影响这两个地区市民的身体健康。 台城河水严重污染的现状引起了市委市政府和百姓的关注。市长在2 0 0 5 年政府工 作报告中明确指出，要集中力量推进台城污水处理厂及台城河治污等市政工程建设，以 改善城市整体形象。在2 0 0 5 年3 月初台山市召开“两会”期间，台山市人大代表和政 协代表都递交了多份关于台城河治污问题建议的议案、提案，百姓关心，政府重视，台 城河治污工作在眉睫。台山市市委、市政府已作出了修建污水处理厂的决定。该厂将选 址在台城河的下游一城北雷公潭，以b o t 模式运作，总规模为污水处理8 万吨日，将 采用d e 氧化沟工艺。 建设污水处理厂是台城河治污的第一步，但要恢复其水体功能和良好的生态环境， 还需要进行系统的整治，因此，在已有的治理基础上，进一步加强调查研究，系统、科 学地研究台城河水质保护与社会经济发展的关系，借鉴国内外成功的经验和技术，根据 实际情况研究出可行的工程，为有关部门提供科学依据，为整治台城河出谋献策是本次 研究工作的旨意。 1 1 城市河流污染现状、原因和危害 1 1 1 城市河流污染现状 随着工业发展和人类活动的加剧，城市水源水体污染越来越严重。对我国5 3 2 条河 流污染状况调查表明，已有4 3 6 条河流受不同程度的污染。其中长江干流的重庆、武汉、 南京、上海近岸水域污染最严重。近年来，我国城市污水年增排放量已达2 4 亿m 3 ，而年 城市污水处理能力仅增加3 3 亿m 3 ，缺口不断扩大，今后污染加重已十分明显。根据国 家环保总局1 9 9 9 年环境质量公报，流经城市的河段普遍受到污染。1 4 1 个国控城市河段 中，3 6 2 的城市河段为i 至i i i 类水质，6 3 8 的城市河段为至劣v 类水质。其中，4 7 个环保重点城市( 直辖市及省会城市、经济特区、沿海开放城市和重点旅游城市) 的典型 水域中，1 9 2 的水域为i i 类水质，1 4 9 为i 类水质，2 5 5 为类水质，1 0 6 为v 类 第1 章总论 水质，2 9 8 为劣v 类水质( 见图1 1 ) 。华东地区和长江、黄河沿岸城市地表水因地表 迳流较大而水质较好，海河、辽河等沿岸的城市地表水水质较差。 各城市典型水域仍以氨氮和有机污染为主，主要污染指标为氨氮、高锰酸盐指数和 生化需氧量等。 国家环保总局2 0 0 3 年河流监测年报，七大水系4 0 7 个重点监测断面中，3 8 1 的断 面满足i i i i 类水质要求，3 2 2 的断面属、v 类水质，2 9 。7 的断面属劣v 类水质 ( 见图1 2 ) 。其中七大水系千流的1 1 8 个国控断面中，i i i i 类水质断面占5 3 4 ，n 、 v 类水质断面占3 7 r 3 ，劣v 类水质断面占9 3 。七大水系主要呈现为有机污染，主 要污染指标是石油类、生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚等。 图1 一l1 9 9 9 年4 7 个环保重点城市典型水域水质情况 图i 22 0 0 3 年七大水系水质类别比例 中山大学硕士学位论文 我国2 0 世纪8 0 年代经济起飞后的环境问题曰益尖锐。在水资源应用基础方面， 从“六五”至“九五”期间在对华北和西北地区水资源方面进行了攻关研究的同时，水 利部、建设部等单位组织了较大范围的城市水资源研究。到2 0 世纪末我国对水污染治 理形成了较大规模的活动。如淮河流域水污染治理的“零点”行动，虽然水环境得到一 定改善，但水质恶化趋势仍未得到有效控制，排污口处理还未完成。掘调查，日本污 废水处理率达到6 0 ，美国达到9 0 以上，德国污水处理率达到9 8 ，工业废水处理 率达到1 0 0 。据统计，我国城市生活污水日排放量达1 亿m 3 , 其处理率不足5 ，工业 废水排放量略低于生活污水，处理率也不足2 0 。许多城市水域几乎是有河皆脏、有 水皆污。大量未经处理的污废水直接流入天然河道，导致鱼虾绝迹，水体富营养化无法 控制。至今我国七大流域流经城市的河流水质9 0 不符合饮用水水源标准，7 5 的湖泊 富营养化，城市地下水5 0 以上受到严重污染。著名的鱼米之湖太湖、风景秀丽的滇池 至今水体富营养化仍无法控制。按照国务院发出的关于加强城市供水节水和水污染防 治工作的通知，“十五”期问，所有的城市都必须建设污水处理厂，目前我国几乎所有 的受污染城市都在忙于筹建污水处理厂，也就是说城市水污染控制还处在排污口治理阶 段。为控制日益恶化的水环境，国家近来又投入一定资金及科研力量研究水环境问题， 如太湖面源污染控制已经作为国家“十五”重大科技专项课题，该示范工程准备通过三年 的实施，在2 0 k i n 2 内全面控制面源污染，经过“减源，截留，修复”三级控制，使入湖河 口控制断面与河网生态修复区的水质提高一个等级。 1 1 2 城市河流污染原因 ( 1 ) 资源比较缺乏。随着当地经济发展，人口增长，人民生活水平提高，造成供 水缺口增大，可改善水环境的水量明显不足，除继续开发利用当地的水资源外，尚需 从外流域调水。 ( 2 ) 污染物排放量急剧增加。排放入河网的生活和工业污水量不断增加，污染物 浓度上升，污物种类日趋复杂，特别是近年来乡镇工业的发展迅速，一批企业污染严重 而又没有或很少有防治措施；同时，农业上的农药、化肥面污染和内河船只油污染不断 增加；形成城乡复合污染。 ( 3 ) 河道水流不畅，水体自净功能减退。有些城市地势低洼平坦，河网交织，河 4 第1 章总论 道流速缓慢，下泄水流又常受潮汐顶托，水流不畅，有时污水长时间滞留在河网内回荡。 有些城市人们的环境意识较差，将垃圾等废弃物倒入河内，使得河流淤积堵塞，水流量减 少，流速缓慢，造成蚊蝇滋生，大肠杆菌群翻番增长。加之历年来河道缺乏整治，污泥淤积， 河床增高，致使水体调蓄功能减退，水流自净能力越来越弱。 ( 4 ) 城镇基础设施建设滞后于经济发展和城镇化进程。近年来，工业化、城镇化 的进程日益加快，城镇规模不断扩大，人口增多，人民生活水平有很大的提高。而与水 环境整治有关的城镇基础设施建设明显滞后，城镇区内水系缺乏相应规划，不少城区、 开发区大量填埋水域，部分城镇没有集中式的污水处理厂，致使大量的城市污水直接 排入河道造成河网污染加剧。 1 1 3 城市污染河流危害 城市河流水质污染对城市环境、社会、经济等各方面发展均造成了较大的危害，英 国和美国都曾在1 9 世纪中发生引用水源遭生活污水污染而引起的霍乱大流行：二十世 纪工业迅速发展和城市人口剧增更带来不少河流水质恶化、生物绝迹的恶果。有资料表 明，目前第三世界国家每年因水污染而造成2 0 0 万人口的死亡；全世界有1 0 0 个国家缺 水，其中严重的有4 0 多个；水资源的缺乏及水环境的污染己愈来愈成为制约发展的重 要因素。突出体现为： ( 1 ) 严重破坏城市的自然及人文景观，危害人体健康及流域内人群居住环境： ( 2 ) 造成河流两岸土地价格下降，影响沿岸土地开发利用和中心城区产业布局调整； ( 3 ) 有损城市的形象，与其作为优良的招商环境不相符合： ( 4 ) 破坏可持续发展的原则，危及子孙后代的生存和发展。 1 2 城市水环境治理对策与措施 河流污染后的共同特点为：大量超过水体容量和自净能力的污染物存在于水体中， 溶解氧浓度降低甚至为零，河流出现黑臭、富营养化现象，鱼、虾等水生物种类锐减甚 中山大学硕= l + 学位论文 至绝迹。水体原有的功能衰退，甚至丧失，水体的生态平衡被严重破坏，水域附近的居 民身体健康受到威胁。正因为河流湖泊污染的巨大危害性，故此日益引起人们的关注， 并积极采取有效的技术及措施对污染进行控制和治理。河流污染防治技术及措施主要包 括以下几方面。 1 2 1 削减截流污染源 河流的污染源主要有两个：点源和面源。点源污染往往是沿岸居民的生活污水排 进水体或沿岸工厂将未经处理或经过初步处理但污染负荷仍然严重超标的废水排入河 流中。面源污染是大量流失和残余的农药、化肥经过农田径流进入水体或任意堆放和排 放的农村生活垃圾、污水及牲畜的粪便，经过暴雨径流进入水体，使当地的生态环境遭 到破坏。与点源污染相比，面源污染因其量大面广更难控制。由于河流湖泊的环境容量 不足以承载污染负荷而导致水体污染。 截污可以减少进入水体的污染物数量。故此，需逐步搬迁流域重污染源的工厂， 减少工业污染源，对于重污染的工业污水进行厂内处理，循环再利用，减少并控制生活 污水和工业污水直接向河流湖泊排放的排放量，使点源污染得到截流；同时大力推行生 态农业，控制农药、化肥污染，使面源污染减量化，使污染物从根源上得以控制，为污 染水体最终得到净化和恢复提供保证。目前，在淮河和太湖流域的综合治理中都采取了 污染源控制的措施。 1 2 2 健全完善城市排水系统和建设污水处理厂 目前普遍存在的问题是城市排水管网不健全，合流制，污水收集率低。已建和新建 的污水处理厂处理能力远不能处理现有和未来不断增加的城市污水。许多城市都认识到 这一问题，并采取了积极的措施，健全完善城市排水管网、建设城市污水处理厂，提高 污水收集率、处理率及处理程度，杜绝污水乱排放，将处理后水中的污染物控制在河流 湖泊的水环境容量和自净能力范围内。 第l 章总论 1 2 3 底泥的环保疏浚 底泥疏浚是治理污染河流及湖泊污染源的重要措施。底泥疏浚的主要目的是去除 底泥所含的污染物( 水体中的n 、p 及重金属等污染物) 清除污染水体的内源，减少底泥 污染物向水体的释放，使河流的容量增大。 黄永泰介绍了在滇池的草海进行底泥疏浚的情况，疏浚工程面积为4 6 2 k m 2 ，占草 海总面积的6 2 ，疏浚工程量为4 0 0 万m 3 。疏浚工程的实施不仅清除草海中的总磷7 9 x1 0 4 t 、总氮3 9 x1 0 4 t 、各种重金属5x1 0 3 t ，还使草海库容增大4 0 0m 3 。金相灿等曾在 多篇文章中介绍了滇池草海及太湖流域湖西污染控制区实施底泥疏挖、处置工程及底泥 疏浚工程技术。论述了环保疏浚工程的特点、工程方案的主要内容、设备选型、底泥处 理及干化等内容。 1 2 4 河道曝气技术 河水中的溶解氧主要来源于大气复氧和水生植物的光合作用，其中大气复氧是水体 中溶解氧的主要来源。大气复氧是指空气中氧溶于水的气一液相传质过程，这一过程 也可称为天然曝气。但是，单靠天然曝气作用，河水的自净过程非常缓匿，故此需要采 用人工曝气弥补天然曝气的不足。 河道曝气技术是根据受到污染的河流污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气 或氧气，加速水体复氧过程，以提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物 的活力，使水体中的污染物得以净化，从而改善河流的水质。 充氧原理即利用水体中氧饱和浓度与实际溶解氧浓度存在浓度差，形成了氧转移的 推动力，其数学表达式为： 等“- 如，吼)“f 式中：d m d t 氧的转移速率( r a g h ) a 一气、液界面面积( m 2 ) ： 中山大学硕士学位论文 k l 一氧转移系数( h 1 ) ； 以一液体内饱和溶解氧浓度( m g l ) ； 几一液体的实际溶解氧浓度( m g l ) 。 河道曝气技术在国外应用已非常成熟，河道曝气方式一般采用固定式充氧站和移动 式充氧平台两种形式。固定式充氧站即是在河道污染段的河岸上设置鼓风机房或液氧 站，通过管道将空气或氧气引入河道水体中，达到河道增氧的目的。移动式曝气船即 是通过载有供氧装置的船只在污染河道中的灵活运行，达到向污染水体中供氧的目的。 在河流水质变化的不同时期应用河道曝气技术，可以分别达到消除黑臭，减少水体污染 负荷，促进河流生态系统的恢复等目的。德国鲁尔河、英国泰晤士河、美国密西西比 河、澳大利、亚斯旺河、葡萄牙塔古斯河等都曾采用曝气复氧技术治理污染河段，并 取得了明显的治理效果。我国应用较少，仅在北京的清河，重庆的桃花溪、上海的上澳 塘等河段采用过河曝气技术。王诚信等采用b i o x 工艺对上海苏州河进行曝气充氧的中 试试验研究，试验装置由一个5 t 的液氧贮罐、一个2 0 0m 3 h 的蒸发器、稳压计量仪表 和软管组成。共有两块曝气垫，分别由4 0m 的软管组成。曝气区的总长度约为1 0 0m 软管的供气压力为o 3 o 4 m p a ，而供氧量在3 1 5 1 0 6 k g h 范围可调。结果表明：纯氧 曝气可有效降低黑臭水体中c o d 浓度，特别是水团流速较缓，处于平潮流态时，c o d 的去除率可达1 9 5 5 5 6 。在经过纯氧曝气之后，水体的b o d c o d 值从o 4 6 降至 o 4 0 ，水体的颜色由黑色变浅，臭味减弱，对河道生态系统的修复十分有利。另外，2 0 0 1 年1 1 月1 曰一艘安装有英国b o c 气体公司的p s a ( p r e s s u r es w i n ga s s o r p t i o n ) 带i 氧设备 和v i t o x 充氧系统的曝气复氧船已经成功地在苏州河举行了下水试航仪式，制氧能力 1 5 0 m 3 h ，制氧纯度9 3 以上，这标志着曝气复氧技术在我国河流治理中进入到一个新 的阶段。 1 2 5 生物治理技术 1 2 5 1 生物修复技术 生物修复技术( b i o r e m e d i a f i o n ) 是通过生物( 主要是微生物) 的作用，人为地创造出 第1 章总论 一个有益微生物生存的水环境，使河水最大程度恢复其固有自净能力，使污染物就地降 解成c 0 2 、h 2 0 或转化成无害物质。在采用生物修复技术处理河道时，可通过直接向水 体投加生物菌种，依靠这些特种生物菌种的作用来降解水中特种污染物质：也可以向水 体投加生物促生剂，促生剂是一种由矿物质、有机酸、酶、维生素和营养物质混合而成 的天然复合品，生物促生剂的投加能够刺激土著或环境中原有微生物的迅速繁殖，创造 一个能顺利完成其自然降解功能的环境。华东师范大学徐亚同、史家梁等曾利用一种水 体净化促生液( b i o e n e r g i z e r ) 对上澳塘水体进行修复研究。选取1 2 6 0 m 长的河段进行 试验，河段贮水量约为2 1 7 0 0r l l 3 ，水质黑臭。试验结果表明：经过一段时间的运行， 污染水体中微生物由厌氧向好氧演替，生物由低等向高等演替，生物多样性逐渐增加， 藻类多样性指数可恢复到轻污染或无污染的水平。通过促生作用，刺激了污染物降解微 生物的生长，使污染水体中c o d 。，、b o d 5 迅速下降，藻类的生长增加了水体的复氧， 经生物修复后上澳塘严重污染水体可有效地消除黑臭并恢复至洁净状态。 1 2 5 2 水生植被恢复工程 大部分水生高等植物都有发达的根系，能吸收大量水体污染物，同时，也寄居着众 多的异氧微生物。水生植物为根系微生物创造了良好的栖息场所并提供了丰富的营养物 质，而根系微生物在功能上的协同效应加速了水体中污染物的净化。故此在湖泊河道治 理中，选择在本地区具有较好适应性的现有或原有水生植物，选择对n 、p 等营养性污 染物具有较强去除生物能力的物种，以及选择具有用途广或经济价值高的生物物种。实 现水生植被恢复工程，是恢复水体功能、维持生态平衡的重要技术手段。在太湖流域的 污染治理中即采用了对梅梁湖一五里湖污染控制区实施大型水生植物恢复工程。中国环 境科学研究院的高吉喜、叶春等曾于自然条件下研究了慈茹、茭白、菹草、金鱼藻、满 江红、水花生、菱角等7 种水生植物对面源污水的净化率。结果表明，7 种试验植物对 水体中n 、p 均有很高的净化率，而且易于成活，并有较好的使用价值。不同植物相互 配合，可提高植物对水体n 、p 的综合净化率，其中以慈茹和菱白的综合净化率为高， n 的净化率达到8 0 以上，p 的净化率达到7 0 以上。宋福、陈艳卿也曾利用狐尾藻、 菹草、苦草、伊乐藻、金鱼藻、篦齿眼子菜、轮藻等7 种沉水植物对受污染的草海水体 中山大学硕= l 学位论文 ( 含底泥) e e , 氮去除速率进行研究。结果表明：每种沉水植物对水体总氮、总磷均有显 著去除作用，在试验的2 7 天内，对总氮、总磷的去除百分率分别为8 0 3 1 和8 9 8 2 。 1 2 6 引清冲淡 一些贯穿城市的内河河网水系，由于闸门的限制，使水体没能与外部大的水体连通， 水体处于静止状态，天气炎热时，水中溶解氧( d o ) 浓度降低，容易导致水质变坏。 引进附近更大水系的水质较好的水、使之与污染较严重的内河水体进行混合稀释，使水 流速度、方向能科学、合理地流动起来，能改善河网水动力条件，增加河道的水体自净 能力和环境容量。宁波市在内河整治中即引进了水质较好的姚江( 外江) 水来更换水质 较差的内河北斗河河水；太湖流域污染治理中也采用了对望虞河污染控制区进行引 水调度，形成望虞河引水、太湖出水、水网排放的势态。通过水体调度，使其治理河段 污染物得到稀释，水质质量明显提高。 1 2 7 发展趋势 截污是从根本上解决河湖污染的关键，只有污染源从源头上得到控制，才能真正使 河湖水质状况得到改善。故此有关部门应加大管理力度，在科学管理的基础上提高河湖 治理的技术水平。 在治理技术上，生物处理技术因其净化费用低，环境影响小，污染物降解效果好， 在污水处理中倍受青睐。高效、无二次污染的生物处理技术及产品的开发研究，尤其是 对具有特殊分解能力的菌种的培养筛选也将成为河流湖泊防治技术的发展趋势。向水体 中投加具有特殊分解能力的菌种，将水体中有毒有害的物质分解为无毒无害的物质，加 速毒性物质的分解转化，不仅可提高对河流湖泊的净化效率，还可实现对河流湖泊的生 态修复。目前已有许多科技人员对这一技术及产品进行研究。系列生物产品的成功研制 将成为河道曝气、底泥疏浚等现有防治技术的有益补充。 另外，随着河流湖泊水体富营养化问题的日趋严重，以脱氮除磷为主要目标的植物 修复技术将成为河流湖泊污染治理的热点，尤其在城市内河污染水体的治理中将发挥重 要作用。在城市内河水体中种植水生植物，一方面可以通过植物发达的根系有效地吸收 第1 章总论 n 、p ，达到减轻和遏制水体富营养化的趋势，另一方面，通过水生植物的种植和培养， 还可以起到美化水域环境、改善城市景观的作用。在污染水体得到治理的同时，内河周 边的环境也得到美化，从而打造出一种亲水、美水的空间。随着研究的深入及技术产品 的产业化，生物生态技术将在河流湖泊的污染防治以及生态恢复中发挥重要的作用，对 维护生态平衡，保持流域的可持续发展，保护生态环境做出重大贡献。 1 3 国n ； i - 河流水环境治理现况 人类利用水的历史犹如人类自身历史那样悠久。远古时期，人类的活动不足以对自 然界构成破坏和威胁。随着人类文明的进步，清澈的溪流变成死水一般的黑褐色。人 类被日益严重的洪水、干旱、污染问题所困扰。人类为自己抗拒自然，以过度消耗资源、 牺牲环境求发展的行为，付出了高昂的代价。在受到自然法则的惩戒之后，人类不得不 重新认识世界，艰难地低头向大自然讲和，建立人与自然的新型和谐关系。 1 3 1 国外河流水环境治理状况 国外治理污染河流经验介绍( 以英国泰晤士河、韩国水环境治理为例) 发达国家调整发展思路，尊重自然，治理水环境始于2 0 世纪6 0 年代，他们经历 了水污染末端治理( 排污口处理) 、综合治理、系统治理三个阶段，他们运用系统论的 思想和现代系统工程方法去系统的研究环境问题，在治理污染源的同时，采用生态修复 技术，成功地抵制水质恶化的趋势，重现碧水蓝天的美景。 1 3 1 1 英国泰晤士河治理 泰晤士河是英国第二大河流，原是一个著名的鲑鱼产地，河水清澈见底，水产丰富， 风景如画。1 9 世纪后，随着工业发展，河水水质日趋恶化，1 9 5 0 年每天污染负荷量( b o d ) 达9 0 0 多吨，河段在夏季出现了严重的黑臭，成了臭水沟。经过一百多年的治理，特别 是5 0 年代以来，运用环境系统工程，加强技术措施与科学管理，水质显著好转，使绝 迹百年的鱼群又重新回游河中，1 9 8 0 年以后已达到i i 类标准。 中山大学硕士学位论文 总结泰晤士河治理措施有四个方面： ( 1 ) 严格控制工业“三废”排放。1 9 6 8 年英议会通过防污染法案，规定各工厂的废水需 自行处理，符合一定的水质标准后才能排入河中，或排入下水道转入城市污水处理厂处 理后，再排入河中，未经有关当局同意，任何人不得排放含污物质，对违反者罚以重金。 ( 2 ) 建立大型城市污水处理厂。将原来1 9 0 多个小型污水处理厂，合并成1 5 个较大污水 处理厂，1 9 5 3 年1 9 7 4 年期间，仅污水处理工程就投资5 0 0 0 万英镑，近百年来先后投 入5 亿英镑。 ( 3 ) 采取河内人工充氧措施。治理的第三阶段，在河内安装一台功率为2 0 0 马力的大型叶 轮增氧机，充氧能力为每小时平均溶解4 2 9 镑( 1 9 55 9 k g ) 的氧，1 9 7 5 年后拟增加大马 力的增氧机。 ( 4 ) 运用数学模型对泰晤士河河水进行科学管理。 1 3 1 2 韩国良才川( 瑞草区段) 生态治理 韩国从2 0 世纪9 0 年代开始实施河流保护计划，进行了大范围的自然亲和的河流整 治。位于汉城的汉江支流良才川水质恶化，影响了汉江的水质。1 9 9 5 年起对良才川进行 以恢复河流自然生态、营造亲水景观为主要目的的河流综合治理。这次讨论的是位于瑞 草区的良才j | i 河段。 良才川综合治理，主要是利用各种办法恢复河流自然生态，为生物提供生存条件， 进一步改善水环境。河道内，不仅可以看到蜿蜒的主槽、块石河床、植物护岸、跨河木 桥，而且河道内小路还是市民骑自行车健身的好地方。其中河道水质净化设施主要采用 砾石接触氧化法，即强化自然状态下河流中的沉淀、吸附及氧化分解现象，利用微生物 的活动将污染物分解转化。该设施通过拦河橡胶坝将河水拦截后引入设于河流一侧的地 下水质净化设施，主要由8 座接触氧化槽、4 座污水孔培、4 座清水孔墙和若干输配水 管道组成。污水经过装填砾石的氧化槽得到净化，再由出口排入橡胶坝下游一侧。项目 设施总投资1 5 0 亿韩元。这种净化装置的重要优点是几乎不耗能，所以运行成本很低。 良才川水质生物一生态修复设施建成后治污效果显著，对b o d 和s s 的处理率达7 0 一7 5 。 第1 章总论 1 3 2 国内河流水环境治理状况( 以上海市曹杨环滨河道水环境整治为例) 曹杨环滨是位于上海市普陀区曹杨新村的一条环形封闭河道，全长2 2 0 8 米，宽8 1 4 米，水深o 5 1 5 米。曹杨环滨位处上海市老城区腹地，周围楼房林立，居住着1 0 多万居民，人口密度和建筑密度极高。由于大量城市污水和垃圾注入，环河水体发黑发 臭严重，是上海市有名的城中心臭水沟，周围市民深受其苦。 自2 0 世纪8 0 年代以来，当地政府组织对曹杨环滨实施了一系列综合整治工程，包 括修筑砼、石驳岸，底泥疏浚，架设过河管道，截流入河下水道污水，修建环河周边绿 地和公园，构建水生物、植物净化水质生态体系等。这些工程措施的实施，对减轻环河 水体污染、改善周围环境质量起到很大作用。 尽管如此，在该项目实施前，水体有机污染仍处于劣v 类地表水质量水平，氮、磷 营养物质污染处于严重超富营养化水平，全滨暴发蓝藻水华现象，危害日趋严重。虽然 当地不惜频频采用自来水置换措施，仍未能遏制这种势头。为改善水质和控制蓝藻水华， 曾于2 0 0 3 年8 9 月采用化学法对河道水体进行原位处理，由于使用不当，造成河道鱼 类、螺和水草大量死亡，水体p h 较低，水生态系统遭到损害，一度被絮凝沉降的蓝藻 水华，随后又再度发生。2 0 0 3 年1 1 月，上海市河道( 水闸) 管理处和普陀区建设委员 会组织水生环境工程有限公司，采用综合的环境生态工程技术对曹杨环滨水体进行生态 治理，控制蓝藻水华污染，改善河道水质，取得了很好的效果。 1 3 2 1 治理措施 1 、完善截污。因为环滨已基本解决点源污染，该措施主要解决入河地表径流( 面源) 对河水的污染。在无坎埂岸带和坎埂不完全岸带修建坎埂和补修坎埂，尽量减少地表径 流和垃圾入河。 2 、水体曝气充氧。为满足强化水体净化过程对氧的需求和构建高活性“泥水界面水 质净化区”的需要，根据水体具体情况，采用适当的曝气机或曝气系统向水体强制充氧。 3 、环滨造流。在环滨适宜断面修建一座高度适中的隔水坝，并设置低扬程大流量水 泵将隔水坝一侧的河水连续抽排至另一侧，形成环滨重力循环流，促进水体表层相对富 氧的水和底层相对少氧的水的均化与交换，提高水体曝气充氧效率与氧利用率，加速水 中山大学硕十学位论文 体有机质的矿化速率，全面改善水质。 4 、构建健康水生态系统。为提高水体的生物多样性和自净能力，降低水体富营养化 程度，根据生态学原理，采用了生态系统修复技术，以实现水体从“浊水藻型稳态”向 “清水草型稳态”转换。 ( 1 ) 水生植被：种植沉水植物菹草、黑藻、伊乐藻、金鱼藻、苦草等和浮叶植物睡莲， 以吸收和转化水和底泥中的氮、磷、钾等营养物，降低水体氮、磷、钾及必需微量元素 的含量与周转速率，抑制浮游植物生长；为多种多样的水生生物提供良好的生存环境； 提高水体生物多样性；提高水体自净能力；为水体供氧。 ( 2 ) 构建水生动物种群：适当提高鲢、螺、鲫的种群数量，以消耗浮游生物( 特别是 浮游植物) 、有机碎屑、腐碎、巨大的微生物生物量，以及摇蚊和水蚯蚓等底栖动物， 维护生态平衡，净化水体。 ( 3 ) 种植水生花卉。作为城市河道，从景观的角度出发，在主要景点、桥的两侧，栽 种了优质睡莲，加之原有的白睡莲，美化了水面。 ( 4 ) 构建水草的收割和鱼、螺、蚌的捕捞与利用系统，以控制它们在河道水体中的生 物量，并维持其种群的适度水平，由此从水体中去除大量氮、磷、有机质和微量营养元 素等营养物。 5 、机械除藻。为消除积聚于水面的水华蓝藻对环境的污染，设置便移式浮性藻类水 华清除装置。其主要原理是借助风力或造流水流使浮性藻华积聚于设置在河床横断面上 的“v ”形拦藻浮栏内，然后用安装在“v ”形浮栏尖端处的吸藻器，将积聚的藻华泵吸至过 滤斜筛的“富藻水”分配槽内，并过滤去除藻华。 1 3 2 2 治理结果 实施本示范工程前，在2 0 0 3 年6 1 1 月中旬，环浜水体出现环浜水体出现蓝藻水 华，其间，于6 月底至1 0 月初持续暴发严重蓝藻水华，水体散发严重藻腥臭。 实施本示范工程后，河浜水质逐步变好；经三个月的治理，水质由劣v 类改善为介 于i v 类至v 类；经治理四个月后，水质进一步改善，介于i i i 类至i v 类间，接近i i i 类。水体透明度一直维持见底，水体一直维持“清水草型稳态”，未出现“浊水藻型状态”。 4 第1 章总论 1 4 本课题研究的对象、目的、意义和目标 1 4 1 研究的对象 参考国内外中小城市河流水环境综合治理的技术和方法，结合台城河水质污染的主 要原因，提出台城河水环境综合治理的对策，本论文即在此背景和方向下，对每一项治 理工程技术作一些实践探索，获取有益的经验和方法。 1 4 2 研究的目的 台城河是台城镇的唯一河流，担负着排洪、纳污作用，而且在市容景观上起重要作 用。近年来由于受生活和工业污染源的污染，水环境恶化情况日益加剧，严重影响的两 岸居民的生活环境，可以预想，随着城市人口增多和工业发展，水质将会进一步恶化， 水环境问题将明显增多。上述突出问题都是属于亟需探讨、研究并予以科学解决的问题。 本课题在研究国内外城市河流综合治理的基础上，结合台城河实际情况，提出一套可行 的整治工程措施，包括采取技术治理和加强管理两方面，通过截流、引水冲污、底泥修 复、曝气复氧、营造沿岸绿色走廊等生态工程技术和加强政府监督力度、提高国民环境 意识等措施，为科学治理、解决上述台城河水环境问题提供大力的技术支持和明确的思 路方向。 i 4 3 研究的意义 目前，我国城市河道污染十分严重。根据国家环保总局1 9 9 9 年环境质量公报，流 经城市的河段普遍受到污染。1 4 1 个国控城市河段中，3 6 2 的城市河段为i 至i i i 类水质， 6 3 8 的城市河段为至劣v 类水质。城市河流水质污染对城市环境、社会、经济等各 方面发展均造成了较大的危害，并在一定程度上制约了城市社会经济的发展。因此城市 河道治理刻不容缓。 本课题的研究，一方面可为台城河水环境综合整治问题提供切实可行的工程技术方 案，达到改善台城河景观建设，促进台山市的经济快速发展的目的，另一方面也为全国 城市河道净化和修复工作做一项有益的探讨，具有一定的理论意义和尝试推广价值。 中山大学硕士学位论文 1 4 4 研究内容 主要包括以下四方面内容 ( 1 ) 收集台城河环境状况、河流形态特征、污染源、水文水质等数据资料，分析台城 河污染现状，找出受污染的主要原因。 ( 2 ) 分析各项具体的治理措施，通过技术论证与经济效益比较，选取适合应用于台城 河的措施。包括两方面，一是削减点源与非点源污染负荷，通过对工业污染源的治理、 城市生活污水处理、防治水土流失和减少农业污染等措施减少入河污染物。另一方面是 治理水体，通过底泥疏浚、引水冲污、曝气充氧、投加生物制剂、种植水生动植物等措 施恢复水质和良好的生态系统。 ( 3 ) 实施的工程费用估算。 ( 4 ) 加强环境管理与环境意识培养。 1 4 5 研究预期达到的目标 通过技术与经济论证，探讨各项措施的效果与可行性，确定最佳的治理方案，为 解决台山市水环境问题提供科学的依据。 预期达到的地表水水质指标为地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，近期： 2 0 0 5 2 0 0 8 年，作为城市景观河流，实现不黑不臭，“一河两岸”景观建设初见成效，达 到地表水i v 类标准要求。 远期：2 0 0 9 2 0 1 2 年，河水变清，市区呈现良性生态循环，鱼虾重现，景观作用明显， 达到i i i 类水标准要求。 第2 章台城河水环境与污染现状调查 第2 章台城河水环境与污染现状调查 河流环境调查是了解和诊断河流环境问题的基础，也是进行治理工程技术设计和实 施的依据。在大多数类型的城镇河流的治理恢复活动中，至少都要进行为期一年以上的 调查活动。调查内容包括有：( 1 ) 流域环境状况调查，主要有自然地理特征、气候条 件、社会经济发展状况等；( 2 ) 河流形态特征调查，如长度、面积、深度、坡度、底 部形态特征等；( 3 ) 污染源调查，主要是河流主要污染源和主要污染物种类、数量及 其排放规律等；( 4 ) 水体特征调查，主要包括水质指标、底质理化特征和水生生物群 落的调查等。 本次调查是在结合对台城河的常规水质监测分析的基础上，进一步了解台城河的环 境条件、浮游植物、底栖动物、底质状况等方面的内容，从而揭示台城河的主要环境问 题，获得进行现状评价的确切素材和可能发展趋势的预测依据，作为水体治理工程设计 和实施的基础。 2 1 调查内容与方法 2 。l l 水体特征调查 ( 1 ) 水质调查物理指标包括有水温、透明度、水色、悬浮物；水质指标包括p h 、 d o 、c o d 、b o d 5 、t p 、氨氮等。 ( 2 ) 水生生物调查生态调查以浮游植物、浮游动物、底栖动物、水生维管束植 物和鱼类调查为主，包括数量、生物量、种类和分布组成等。 ( 3 ) 底质调查底质污染物测定t n 、t p 、有机质含量等。 2 1 2 污染源调查 ( 1 ) 点源和非点源根据入河污水量、地表径流量、降雨量，查明入河污水污染 中山大学f 0 ；i 士学位论文 物的含量、种类、排放量和排放方式，特别是氮、磷等营养物质的输入量。 ( 2 ) 流域调查查明流域概况、地质、地貌、土壤植被、气候气息、人口分布、 土地利用等。 ( 3 ) 河流特征调查河流面积、容积、深度、形态特征、河流入水量和出水量、 河流资源利用现状等。 2 1 3 调查方法 以收集资料为主，同时配以实地调研。水体特征调查资料以台山市环境监测站提供 的台城河常规监测数据为主要依据：污染源调查资料主要从四方面收集：台山市台城污 水处理厂环境影响评价资料、台山市水环境综合整治行动的相关资料、台山市工业污染 源统计数据库、工业污染源例行监测报告等。利用2 0 0 5 年重点源达标行动的机会，深 入市区1 7 家企业，检查其生产、排污和污染物治理情况，从而取得第一手资料。 2 2 河流概况