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  • 2023-7-6 18:39
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  • caiyun
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技术集成成果分享|河流水质净化与生态修复——河流人工湿地修复成套技术 ... ...
 

1、问题与技术需求

      我国河流生态环境已进入大范围生态退化和复合性环境污染的新阶段,尤其是东部水系高度干扰,难以恢复到初始状态,开展以水质净化功能为恢复目标的生态治理与修复技术,保障河流生态系统的生态服务功能,是我国河流生态治理切实可行的途径。

2、成套技术组成

  河流人工湿地修复成套技术包括河口人工构筑湿地修复技术、河道原位人工湿地修复技术、河道异位人工湿地修复技术。

  河口人工构筑湿地修复技术:通过建立人工湿地,对城市污水或工厂生产污水进行水质净化,净化后的水流入河流,以此来提高河流水质,达到河流生态治理与修复的目的。在人工构筑湿地时,一般通过采用耐污性强、对水质净化起重要作用的水生植物以及研究不同的植物组合对水质进行净化,同时通过研究湿地基质(粉煤灰、炉渣、碎石)以及水流对水质的影响来确定所构筑的湿地类型。人工构筑湿地往往能够承担很多的城市污水以及工厂生产污水,大量削减入河污水的污染物含量,是解决经济发展与水环境污染的重要方法,该技术的研发将会在我国河流生态治理与修复中起很大的作用。

河道原位人工湿地修复技术:通过在河道上直接建立人工湿地方式进行水质净化,使河流水体功能性指标达到预期范围,是一种河流水质生态修复技术。通常建立的人工湿地类型包括设置人工浮岛、栽种挺水水生植物、培育浮游水生植物等。

河道异位人工湿地修复技术:以污染河流的支流为基础,依据调蓄、滞留、净化和自然河道仿拟原理建成引流渠道形成旁路,污染河水从支流引入旁路,提高污染河水在旁路中的停留时间,并在旁路中优化组合离线与在线的生态工程技术和环境工程技术,人工强化河流自净功能,净化后的河水再汇入干流,逐步改善河流水质并恢复河流生态。该技术具有不改变干流河道原有状态、不影响干流防洪、水质净化和生态恢复效果好等多方面优势,适于支流丰富、排水灌渠密集或坑塘发达的污染河流的生态治理与生态修复。

以下介绍几种关键技术:

(1)多级串联河口人工湿地构建关键技术。南四湖课题研究了复杂条件下湿地植物的筛选及其空间配置问题,确定了 10 余种适用于近自然湿地水质净化技术的植物种群库,明确了芦苇、香蒲、金鱼藻和浮萍的植物配置方式;利用同位素示踪及水力条件模拟分析了多级串联河口人工湿地的流场结构,根据分析结果对人工湿地结构参数进行了优化,创新了具有高稳定性的近自然多级串联人工湿地构建技术,将河流生态修复与水质改善工程与河口人工湿地工程紧密衔接,确保人工湿地长效稳定运行。

(2)河口大型湿地典型污染物净化技术。克服了通常在净化功能评估中仅考虑氮、磷等营养物质的局限,筛选并建立了包括重金属、石油类和 COD 等不同类别污染物在内的多层次、多元化的净污功能评价指标体系。针对辽河河口区氮、磷和石油类污染问题,利用芦苇植株对氮、磷的高效吸收和同化能力筛选和分离出的高效、耐盐型土著石油降解菌,以芦苇裸露根须为固定化载体,构建了对氮、磷和石油污染具有高效净化能力的植物-微生物-土壤复合污染物净化技术。

(3)河口区高抗逆性植株培育技术。以当地高盐碱湿地生长的芦苇植株及其种子为供试材料,应用梯级盐分组织培养和田间高盐胁迫筛选等手段,从被选的当地普通芦苇品种的12 个品系中筛选出抗盐能力强、生物量相对较高、遗传稳定的 2 个优良芦苇品系。以抗盐性较强的翅碱蓬植株为供试材料,通过茎尖离体组织培养获得具有分化能力的愈伤组织,将不同品性和不同抗性的愈伤组织细胞化后进行细胞融合,进而对融合细胞进行激素诱导、组织培养和高盐筛选,从近千株融合细胞中获得了 10 余株具有高抗盐的翅碱蓬植株新品系。

(4)近自然河道污染生态削减技术。突破了植被恢复、植物耐污物种筛选、仿生植物微生物膜固化技术。仿生植物微生物膜净化河流污染水体技术是利用仿生植物对河流污染水体直接进行净化的,即在河道开辟一处生化反应区作为接触氧化池,直接将仿生植物布置在河道内,利用河流内原有的生物群落进行仿生植物表面的生物富集形成生物膜,然后利用河流的单向流动性使污染水体缓缓流过填料,水体中的污染物质通过与生物膜的接触进行物质和能量的转换,从而实现对河流污染水体的强化净化。

(5)河道湿地净化技术。从污染负荷、水文因素、水力条件、填料配置、植物种群、维护管理等方面着手,主要研究河道湿地的植物种类及其组合,河水的流速、深度和水位的涨落、季节和天气的影响、土壤的透水性、湿地运行水位、水力负荷、停留时间等条件对湿地运行和效果的影响,同时研究低温条件下河道湿地运行的技术方案,提高冬季湿地处理效率。

(6)结合复氧和人工造流的河道原位水质强化净化技术。“曝气充氧塘+多级改良型滞留沟式滩涂湿地”组合工艺主要包括河道持续复氧技术,即通过建设模拟河道反应器,进行曝气充氧中试试验,研究污染河水曝气充氧技术、河道污染河水复氧规律及污染物降解效果与曝气量的关系等,拟定工程技术关键参数;人工造流构建技术,即增加阻流设施或人工构造滞留沟,研究阻流设施和滞留沟建成后对河水污染物的去除规律,分析停留时间增加后在充氧条件下的净化效果,确定阻流设施和滞留沟的构建技术。

(7)再生水调蓄库塘生态构建关键技术。整合水质达标、水华控制及生态可持续性三重目标,以结构和功能可持续的生态水资源工程技术和风力提水曝气与合成黏土矿物水质改善整合技术研发为基础,突破稳定食物网构建和操纵核心技术,创新了再生水调蓄库塘生态构建技术体系。

(8)旁路离线河流净化器技术。海河旁路离线河流净化器技术将一部分温榆河主河道的水引入支流龙道河,把龙道河作为温榆河主干河道河水的旁路离线水质净化系统,一方面离线处理外来客水,另一方面在线处理自身河道河水,通过不同离线-在线生物/生态技术的优化组合,控制和削减主干河道河水污染,逐步恢复河流水质功能。该技术由三个关键技术组成:塘-湿地组合水质净化技术、拟自然河道水质净化技术、河道内沉水植物群落重建技术。

(9)河道多功能旁路水质净化组合技术。东江河道多功能旁路水质净化组合技术在河道异位人工湿地修复技术的基础上重点研究以下科学技术问题:以粉煤灰为主要原料的人工改性沸石及多孔陶粒合成制备技术,获得了人工改性沸石及陶粒专利产品,并将两类新研制的产品作为构筑湿地和渗滤反应墙的填料介质;应用功能材料和中试试验研究的工艺参数,建设多功能湿地型渗滤反应墙,并结合强化曝气充氧和生态浮床技术,确定组合技术在不同工艺参数条件下有机物及营养性污染物(氮、磷)的去除效果和工艺运行参数,集成多功能旁路水质净化组合技术。

3、成套技术特点

“十一五”阶段,我国水环境的化学约束明显,多数河流无法开展生态恢复,在部分河段以水质净化为目的研发了河口、河道原位和异位的人工湿地技术,后续研发以湿地物理完整性和生物完整性恢复为主要目标,在“十二五”“十三五”时期开始对河流的生态完整性恢复的关键技术开展了大量的研究和示范,有待进一步总结。

4、关键技术及其适用性

表1为河流人工湿地修复成套技术的关键技术清单。

表1 河流人工湿地修复成套技术的关键技术清单

文章来源:《水污染治理、水环境管理和饮用水安全保障技术评估与集成》一书。

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