城市内河水体生态修复工程技术方案.docx

1、城市内河水体生态修复工程技术方案城市内河水体生态修复工程技术方案第三章 项目方案设计3.1工作安排和主要内容本项目的工作范围包括方案设计、施工图设计、各阶段设计工作程序、内容如下：表3-1项目工作安排表设计阶段工作步骤主要工作内容方案设计方案设计准备确定设计基础参数收集相关法律、规范和政府文件收集相关环境资料(气象、水文、地质等)收集湖泊周边主要工程项目的规划设计资料和图纸资料提出勘察测量技术要求并进行相关工作期间征询业主意见方案设计制定设计方案设计方案汇报完成方案设计方案设计报批设计审查、修改和报批初步设计审查文件修改方案设计报批3.2设计要求方案设计的深度应满足杭州市城市总体规划(2001

2、-2020)的要求，方案设计的目标是完成施工图设计前的准备工作，其工作内容和深度应明确工程规模、建设目的、分期建设及投资效益、设计原则和标准、工程设计总体评价、设计中存在问题、注意事项及建议。根据要求方案设计文件包括设计说明书、图纸、主要工程量、主要材料及设备数量、工程概算。表3-2项目设计文件序号工作成果名称备注1方案设计说明书按照中华人民共和国水土保持法、杭州市城市总体规划、杭州市河道整治综合规划、杭州市城市水系规划的要求。2初步设计概算书3初步设计主要材料及设备表4初步设计图纸3.3设计基础为了更具体的了解*的水质情况，我单位于2014年1月17日对*的水质进行了分区域取样分析，采样点设

3、置为常规采样点2处和污水排放口2处，常规点为圣苑北街桥头和余杭塘路桥头，污水排放口检测点为萍水西街北侧和*箱涵西侧，其检测结果如下表：表3-3*处理前水质序号项目单位圣苑北街余杭塘路萍水西街污水口*箱涵污水口1色淡绿色土黄色灰白色灰白色2臭无异味无异味臭味臭味3温度8.98.48.79.54pH值7.497.587.527.055浊度NTU48.530.837.03016溶解氧mg/L3.256.450.270.37CODMnmg/L9.508.9012.046.658总氮mg/L5.324.685.6121.719总磷mg/L0.140.110.331.5510氨氮mg/L2.361.262

4、.6215.81根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)，目前*整体的水质部分指标劣于V类，主要是氨氮、总氮超标。污水排放口输入的氨氮、总磷、总氮都较高，尤其是*箱涵西侧的污水排放口氨氮高达15.81mg/L，总氮高达21.71mg/L。整条河外界污染影响较小，主要是原有水源中自带的氨氮和总磷稍微偏高，夏季高温时存在蓝藻爆发的可能性，目前的主要污染途径和污染物质分析如下：1）外源污染面源污染：*存在少量的分散点源和面源污染。2）内源污染*底泥污染较严重，在一定条件下可能发生污染物质的释放，由池底重新进入水体，导致局部出现蓝藻水华。3.4设计目标3.4.1 水体修复的必要性（1）*水质改

5、善的需要。有机污染物过多会造成溶解氧不足，厌氧分解产生的臭气和黑液造成水体发黑发臭。当水体中溶解氧含量不足时，会导致生成H2S、NH3、FeS等致黑致臭物质引起自然水体发生黑臭。水体中微小的悬浮颗粒能够吸附部分黑色的FeS，而部分沉积于水底的FeS沉积物还会被厌氧产生的气体或气泡托浮而重新进入水体，如果再加上腐殖质等其他因素的协同作用，就会使水体呈现黑色。（2）*景观水体功能的要求。当湖水COD、氨氮及磷等污染物严重超标时，使水体富营养化，极易生长藻类，破坏水体的使用功能。如果不进行水质净化处理，就不能使湖水满足城市景观娱乐用水水质标准，更达不到杭州市所要求的地表水类标准。另外，有机物的厌氧产

6、生的臭味以及藻类爆发所产生的颜色与恶臭都会给周边居民和校区带来嗅觉与视觉上的不愉快，从而导致对整个景观美好印象的降低。3.4.2 水体水质净化指标根据杭州市内河水环境功能区划，杭州市主干河道水质控制目标基本为类，一般河道水质控制目标基本为类。*虽然不属于主干河道，但是其位于浙江大学紫荆港校区的特殊地理位置，理应将河水的水质控制目标提高到类以上。近期目标：工程实施后半年（即至2014年10月份），在截污的基础上，通过生态治理工艺消除2处污水汇入口排入的污染物对河水水质造成的影响，整体水质达到类。中期目标：工程运行半年后（即至2015年4月），河水透明，水体透明度达到50cm以上，沉水植物长势旺盛

7、，水体感观明显提升。远期目标：稳定运行期（即2015年5月起）河水整体水质指标常年可以达到类标准以上。本项目pH、DO、COD、氨氮、总磷五项指标最终执行GB3838-2002地表水环境质量标准类以上标准。有关参数标准限值见下表：表3-4地表水环境质量标准限值（单位：除pH外其余mg/L）指标类类类类类pH6-9DO饱和率90%(或7.5)6532CODCr1515203040CODMn2461015BOD5334610氨氮0.150.51.01.52.0石油类0.050.050.050.51.0总磷0.020.10.20.30.43.4.3 河流生态系统修复目标在*水质得到改善的基础上，重点

8、开展健康河道生态系统结构恢复和工程提升，基本实现河道生态系统的自我维持能力，生态系统结构完整，功能有明显提升，水质达到功能区划要求。河流生态系统的修复目标的具体体现：（1）水质达到功能区划要求；(2)河道生物多样性得到显著提高，生态系统结构完整性较好；（3）河道实现自我维持的状态，生态服务功能基本恢复。3.5河道生态修复技术介绍处理方法优点缺点投资成本运行成本操作难易程度引水换水法系统简单耗水量大低高一般循环过滤法原理简单，适用于小水域面积对有机物、藻类的抑制和处理效果不大高高一般曝气充氧处理法利用充氧提高水体自净能力，无二次污染效果有限，不能从根本上解决水体富营养化问题一般一般一般化学投药法

9、见效快治标不治本低一般一般水生生物处理法利用生态学方法，营造自然优美的天然水景设计及运行难度较大一般低难投加微生物法利用微生物降解污染物不能保证水质状况长期处于良好的状态低高一般MBR膜式微生物富集驯养系统对氮磷和有机物有很好的降解效果，出水水质好技术要求较高、需要对操作人员专业培训高低一般目前河道生态修复工程上常见的方法包括：引水换水法、循环过滤法、曝气充氧处理法、化学投药法、水生生物处理法、投加微生物法、生物基法、生物接触氧化法等。每种方法各有优缺点，综合对比如下：以下分别对部分工艺技术做详细介绍： 3.5.1 水生生态系统水生生态系统中栖息着自养生物（藻类、水草等）、异养生物（各种无脊椎

10、和脊椎动物）和分解者生物（各种微生物）群落。各种生物群落及其与水环境之间相互作用，维持着特定的物质循环与能量流动，构成了完整的生态单元，如图6所示。 图3-1 河流生态系统图河流的生态修复工程主要是在现有的环境基础之上，根据生物种群关系、环境因子理论、生物群落演替理论，通过人工干预的手段（水生植物的种植、水生生物的投加、人工造流曝气、生物床），来丰富微观和宏观生态系统，提高水体的耐受性和稳定性，使水域具有持续自净能力、更强的抗外界干扰能力。（1）水生植物部分在水体生态修复期间根据水域景观设计的要求，配置不同高度、不同形态的沉水植物、浮水植物和挺水植物，既有观赏价值，又丰富了水体中的生物种群，营

11、造了物种丰富的生态系统，使之稳定性与抗干扰能力增强。这使水体具有自然风貌的景观的同时，还增强了人工水体的生物净化功能。特别是岸线景观和湖面倒影、水面植物进行独特的景观组织，形成了一幅幅优美的水面画卷。只要对各种不同功能的水生植物进行悉心养护和管理，最大程度的发挥其功能性和观赏性，为整个水生生态系统的可持续以及河道水质的维持提供保障。（2）水生动物部分水体中放置适当的水生动物可以有效的去除水体中富余营养物质，如蚌类可以将水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食，提高湖水的透明度。螺蛳主要摄食固着藻类，同时分泌促絮凝物质，使湖水中悬浮物质絮凝，促使水变清。滤食性鱼类，如鲢、鳙鱼等可以有效的去除水体中绿藻类物质

12、使水体的透明度增加。如果河道水域面积大，会成为许多有害昆虫如蚊、蝇的滋生场所，在水中投放鲫鱼，它可摄食蚊子的幼虫及其他昆虫的幼虫，避免了水域对周围环境造成的危害。鲫鱼对环境的适应能力很强，并且能耐低氧耐寒。水生动物的选择原则：不会大量的繁殖，甚至失控；不会对水体形成强烈的搅动，甚至不影响其他的水体景观；水生动物与水生植物能形成合理的生物链循环。由于目前水质较差，特别是溶氧过低，水生动物暂不放养，以后水质慢慢改善了，自身的河水生态链还不完善时，再根据实际需要适量接种水生动物。 3.5.2 微生物系统微生物在整体地球生态系统中发挥着不可替代的作用，自然界中有着丰富的微生物资源，它们种类的多样性，使

13、其在自然界物质循环和转化中起着巨大生物降解作用，是整个生物圈维持生态平衡不可缺少的重要组成部分。故要维护水环境生态，必须考虑到微生物在整体环境物质与能量循环中所起的作用。下图为水体中含有氮磷的有机质在水生微生物作用下的转化过程：图3-2 氮磷循环图生物床是利用介质的特性，为富集的土著菌等微生物提供更好的生存场所，从而更好的发挥微生物对有机物、N、P的吸收和矿化，从而促进物质循环，调节水体环境的平衡，维护水体水质质量。 生物床 挂膜前的生物填料 挂膜后的生物填料图3-3微生物系统微生物系统由多孔生物介质填料组成，多孔生物介质填料系采用独特的生产工艺，经专业自动机械设备一次加工成型，确保了每一个产

14、品形状、重量的一致性。该填料表面经过特殊处理，增加了其表面粗糙和亲水性能，从而挂膜比较容易，克服了一般塑料填料表面光滑挂膜困难的弊端。产品抗磨、抗拉强度高，使用寿命长。填料比表面积为106 m2/m3，在生物膜成熟时可以形成厚度为0.21.0mm的生物膜，而且生物膜生长状况良好，膜上的微生物种类丰富，活性高，可以明显提高处理效果。该填料上微生物的食物链长，适宜泥龄较长的硝化菌增长，因而具有良好的生物脱氮功能；微生物相多样化，对水质、水量变化具有较强的适应性。 3.5.3 复氧推流技术河流的污染通常是有机污染物的超标或水中氮、磷营养元素含量较多造成藻类异常繁殖的富营养化污染。有机污染物过多、溶解

15、氧不足，厌氧分解产生的臭气和黑液造成水体发黑发臭。向水中曝气充氧，使其由缺氧转变为富氧水体，在氧的作用下，H2S、FeS、NH3等物质被氧化成Fe(OH)3、N2等化学性质稳定的物质。目前河道修复中主流的复氧推流设备有四种形式：微孔充氧系统、推流曝气、喷泉曝气、谐波复氧。（1）微孔充氧系统主要由鼓风机、控制系统、消音系统及扩散系统组成。鼓风机一般采用罗茨风机或回转式风机，分散系统一般采用微孔曝气器，由于地处居民区附近，且功率相对较大，考虑需要消音系统，同时为控制能耗和合理布局水体溶解氧，需要一套合理的电气控制系统。它主要工作原理就是通过风机的加压使得微孔曝气管均匀的扩张达到设计值，使得大量微细

16、的气泡从管壁里面冒出来，这时它会在水中呈现出烟雾飘散的一种形式，上升的速度很慢但溶氧的效果很显著，这时水中的含氧量就会大大提升，水的流动性就会越快，这样就大大提高了水体的溶解氧。图3-4 微孔曝气系统（2）推流曝气推流曝气通过水泵打出的加压水进入射流器并从喷嘴喷出，利用高速水流形成的这一动能在射流器的喉部产生负压，造成吸入室内的真空状态，空气在压力差的作用下从水面上经吸气管自动吸入射流器，在射流器的喉部与水流形成气水混合物并经剧烈的混合搅动，空气被粉碎成极微小的气泡，成为雾状的气水乳浊液；再经过射流器的扩散段时由速头转变成压头，微细气泡进一步被压缩，增大了空气在水中的溶解度，形成溶气水；最后溶

17、气水从射流器扩散口喷出，在水池中产生强烈的涡流搅拌作用，大量的氧气随细微气泡溶解至水中，从而完成了氧的全部转移过程。图3-5 推流曝气设备（3）喷泉曝气喷泉曝气是通过水下电机带动水下叶轮旋转，将水提升喷洒到空中形成细小的水滴，水滴携带氧气返回湖中。水下叶轮的巨大扭矩带动大范围水体流动以及又喷泉造成表层水体的大量搅动，为水体提供了极高的增氧率。同时水体具备了活水的流动特征，充足的氧气使水体养分保持在平衡状态，以控制沉积物和淤泥的积累。特有的水体对流形式，在垂直循环运动过程中表层水体与底部水体交换，新鲜的氧气被输入河底，废气也会被搅混释放出水体表面，在河底形成好氧微生物群落，可以有效防止厌氧消化，

18、大大减少腐烂恶臭味；表层较热的水体厌氧性较高，底部温度较低的河水被输送到表层后，抑止水体表面藻类繁殖及生长，改善水力状况。图3-6 浮水喷泉（喇叭花喷头）3.6治理方案*目前存在的非常严重的问题主要集中在氨氮、总磷和有机物三项指标，本工程所选工艺完全是针对以上问题。（1）微生物菌剂应对河水中有机物污染偏高，同时降解氨氮、总磷；（2）曝气系统增加溶解氧，辅助微生物床系统应对氨氮和总磷；（3）沉水植物改善水体透明度。具体工艺流程如下图所示。具体工艺流程如下图所示。图3-7技术工艺流程图*周边人口密集、基础设施繁多、水电气网络交织，增加了城市河流生态修复工作的难度。目前，*的修复存在以下几种困难：（

19、1）水体的流动性差，沿河两岸雨水管中混入沿岸居民的生活污水和一些商业餐饮废水等污水直接排入河流，水体中的总氮和氨氮的值很高。（2）*周边的河流，多为过境水，污染较为严重，达不到地表水类水质标准，没有进行生态调水的可能。（3）杭州寸土寸金，土地资源极为稀缺，也不宜选用占地面积大的生态护坡技术等修复技术。第四章 工程规模及可行性评估4.1具体方案 4.1.1 沉水植物设计参数沉水植物根系不发达或退化，大多为假根且发育也不良，主要是作为固定器官，吸收能力十分有限，所以不会将已经沉降在底泥中的污染物质转移到水体中；另外，按照最大污染负荷取*水质为劣类，水体中氮磷含量较高，沉水植物主要是靠茎叶部分吸收水

20、分和养料，且通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换，将水体中氮磷等营养物质消化吸收。图4-1 沉水植物*约300河段，滨岸为自然泥质浅滩，水深约0.61m，浅滩处的淤泥平均厚度为0.3m，营养物质积累较多，适合采用常规方法栽种沉水植物；其余1300m河段，基本为混凝土垂直立面护岸，两岸水深1.8m，中间水深2.2m，由于水深太深、光照强度不够，不适合采用常规方法栽种，只能利用两岸延伸的1.5m宽水下混凝土平台，该平台淤泥厚度约10cm，水深2030cm，由于淤泥较浅，沉水植物根基浅，为防止被水流冲散，该河段的沉水植物种植采用尼龙渔网包裹陶粒作为配重固定基，水深处则采用拦坝抽

21、水种植的办法。根据*水质现状，本方案选用黑叶轮藻、苦草、金鱼藻等三种沉水植物交替种植构建水下生态链。为了河道岸线景观的整体美感，沉水植物的种植区域应配合原有挺水植物造景，既能改善水质也不会显得河面杂乱复杂。本方案设计沉水植物种植带宽为1.5m（即水陆交界线向浅水区延伸1.5m），每个种植带长为10m，则每个种植片区面积为15m2。种植方法按照间隔栽种，黑叶轮藻、苦草、金鱼藻分片区交替栽种，河道全长1600m，两岸种植带总长3200m，总种植面积为4800m2。深水区水域总面积24000m2，该区域水深1.82.2m，沉水植物种植期通过泵站将水位降至0.51m，然后种植水域面积的60%，即144

22、00m2。为了避免生长适应性强健的优势种或群落如黑藻群落、苦草群落等，通过竞争往往成为水体中的单种沉水植物群落，破坏水体的生物多样性、平衡性与景观效果，平时需要采取机械、化学、生物、物理等各种方法对其进行控制。 4.1.2 浮叶植物设计参数浮叶植物生于浅水中，叶浮于水面，根长在水底土中的植物。仅在叶外表面有气孔，叶的蒸腾非常大，根一般因为缺乏氧气，所以由于无氧呼吸可以产生醇类物质；此外，通过叶柄也能由叶供给氧气，叶柄与水深相适应可伸得很长，具有代表性的种类有睡莲、菱、眼子菜等。图4-2 睡莲本工程设计拟采用睡莲盆栽为主，睡莲是睡莲科睡莲属多年生水生草本花卉，花色艳丽，花姿楚楚动人。睡莲喜强光，

23、大肥，高温，对土壤的要求不严，耐寒睡莲在池塘深泥中-20低温不致于冻死。栽插入土时，微露顶芽。初栽时水位宜浅，栽植水层在30cm，以后可逐步加深水位。大型的睡莲可耐6080cm的深水，中型睡莲水深要控制在2040cm。耐寒睡莲在河道中可自然越冬。但整个冬季不能脱水要保持一定的水层。根据所要栽培的品种和数量选用适当的花盆，一般在45150厘米之间（碗莲品种除外），盆内装入经过人工配置的盆土或自然塘泥，盆土不必装满需要留出足够的储水层，加水适量搅拌成糊状。栽植时用一只手握住种藕尾节另一只手保护好种藕顶芽，使种藕与盆内泥土成15度角沿盆边缘轻轻按下，尾节露出泥面。如果在一盆中栽种多支种藕必须使每支种

24、藕首尾相接。将上述栽种好的盆栽荷花沉入水底，可根据设计要求摆放出图案几何形状，但必须注意根据不同生长时期控制水位的高低，一般来讲，在生长初期将水位控制在35厘米以内，待立叶长出再逐渐增加水位至3040厘米为宜。具体深度应根据品种大小而定。*全长1600m，总水域面积约32000m2，周边滨岸带分布有多处过水小景，非常适合点缀一些水生花卉，本工程设计种植睡莲等浮叶景观植物900m2。4.1.3 充氧系统设计参数水体中DO（溶解氧）是衡量水质好坏的重要指标之一，DO直接影响到水体自净能力。本设计是以浮岛包围的浮筒喷泉方式对*整体分区段进行曝气充氧。喷泉曝气能将底层缺氧水体提升并向空中喷洒，在水珠跌

25、落的过程中与空气中的氧气充分结合，大大提高水体中的溶解氧浓度，同时可以与周边滨岸绿化形成动静相宜的优美景色。设计原则：针对*河道水体水质、总量、流量确定所需充氧量；再根据充氧量、所在区域水深、河道宽度等因素选择符合条件的充氧设备的型号及安装数量；最后根据划分区域，在不同的区域内进行充氧设备的布置。曝气机型号及性能选择：总需氧量确定的基础之上，参照设备型号表，根据实际情况选择所需曝气机。由于*水面较大，水深2米以上，喷泉曝气系统作用半径大，充氧量丰富，可以作为提供氧源，设计安装4台，每台可以辐射100m河段，其中2台安装在2处污水口排放的河段，配合微生物菌剂进行强化处理，另外两台均匀分布河道中。

26、4.1.4微生物菌剂设计参数微生物河湖水处理技术是将多种有益微生物经高科技手段复合培养在一起，稳定而作用机理复杂的一种微生物制剂，有效的结合利用微生物的好氧、厌氧等特点，有针对性对各类水质进行处理，结合一定的工艺、设备有效地达到净化的目的，该方法通过对各类污水处理表明具有以下几个特点： 1、 投入较小，见效快； 2、 运行成本低； 3、 实际操作简单； 4、 处理结果完全能达到目的和对结果的要求（气味、色度、理化指标）。 纽卫士微生物污水处理技术完全摒弃了传统污水处理技术所采用的曝气、好氧、厌氧等复杂、高能耗、大量占用土地的工艺过程，利用微生物复合菌剂将水中溶解的各种有机物、无机物及细微悬浮物

27、析凝和分解出来，从而得到完全符合国家排放标准的排放水。NEWISH微生物菌剂的作用原理：1、维持水体微生态系统平衡。 2、微生物菌剂可产生各种消化酶并合成多种维生素、氨基酸、促生长因子等。 3、NEWISH菌剂中有益微生物在水体中迅速繁殖，抑制病原微生物生长，与病原微生物发生拮抗作用。 4、NEWISH中好氧性微生物迅速增殖，消耗水体大量氧气，造成有助于厌氧微生物生长、不利于好氧致病微生物生长的环境，同时恢复正常的微生态平衡。 6、NEWISH微生物菌剂能杀害水体中的大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色酿脓葡萄球菌、白色念珠菌等有害微生物，从而减少氨及其它腐败物质的过多产生。另外，能利用水环境中过多的有

28、机物合成菌体物质，从而降低环境中氨氮、亚硝酸氮、硫化氢等有害物质含量，净化水环境。 设计参数：本方案设计*投加菌剂强化处理周期为30天，后期适量添加菌剂进行维护，具体的处理流程如下。（1）河涌处理前3天每天投加微生物菌剂为60kg菌剂，共180kg。先把微生物菌剂浸泡在清水中激活复壮后，菌液通过高压喷洒抢均匀喷射到河涌污泥和污水中，让其充分地接触河涌污泥和污水。 （2）第410天每隔一天用高压喷射抢向河涌喷射菌剂，每次用量为50kg菌剂，共150kg。（3）第11天起每隔5天向河涌投加激活复壮菌剂，每次用量为30kg菌剂，共120kg。（4）强化处理后期，适当补充菌剂，共约30kg。（5）第一

29、月*所需微生物菌剂用量480kg。（6）半年后再按以上步骤进行一次强化，所需微生物菌剂用量480kg。4.2可行性评估4.2.1 项目实施可行性分析（1）根据现场调查，*水深1.8-2.2米，水体透明度接近0.3米，水流流速缓慢，底泥自然沉积，完全具备种植沉水植物的条件。方案选用的黑叶轮藻、苦草、金鱼藻等沉水植物，具有耐污、净化能力强、经济效益好等优势。沉水植物不影响水面的开敞度和风浪的搅拌作用(天然曝气作用)，在光合作用中向河水释放大量的氧气，有利于保持河水的高度氧化状态，促进有机污染物和某些还原性无机物的氧化分解；沉水植物与河水有较大的接触面积，可以成为“生物膜”的附着基，能够提供强大的生

30、物降解能力；沉水植物可以直接吸收河水中的营养盐，降低河水营养水平，抑制浮游藻类的生长，周丛生物还能直接捕食浮游藻类。（2）植物种植相关问题及一般解决措施。一般而言，河流、湖泊中水生植物的栽植成活率受水位变化、水流速度、种植技术、底质状况、水质（特别是透明度）等多种因素的影响。尤其是沉水植物，对环境条件要求更为苛刻，透明度、水体中氮磷胁迫、各种不稳定性的干扰以及春季大量出现的着生藻、底泥中的有机质和有毒物质都会对沉水植物生长产生抑制作用。在水生植物栽植时，结合工程水域水环境现状，如施工期间湖水透明度不够高，必要时，可以考虑在沉水植物种植初期提升水体的透明度以满足沉水植物的光照条件；使用分解快的氧化剂和环境友好的改性粘土絮凝剂有较好效果。由于工期是夏季，水体着生藻会明显低于春季，这对种植沉水植物比较有利，种植前氧化剂和絮凝剂的使用能够明显抑制着生藻类，另外种植沉水植物后需要投放可清除着生藻的螺类，以抑制