滇池北岸河流水環境污染現狀及防治對策研究
滇池位于昆明市主城區的下游方向,是昆明盆地的匯水中心,每年入湖徑流攜帶大量的污染物質進入湖泊。滇池換水周期長,湖水自凈能力低,生態系統脆弱,一經污染僅憑自身凈化能力難以恢復[1]。為了保護湖泊生態系統,遏制水環境污染趨勢,滇池流域水污染防治規劃提出,到2010年草海水質需要明顯改善力爭接近V類地表水標準,外海水質穩定達到V類地表水標準,力爭接近Ⅳ類地表水標準。為了達到規劃制定的目標,本研究主要對滇池北岸進入草海的河流水污染現狀進行分析,提出改善河流水質的初步設想。通過沿程凈化入湖河流水質,減少入湖污染的量,達到保護湖泊生態系統的目的。
1 研究區域與方法
1.1 研究區域本研究主要集中在滇池北岸草海流域范圍內。對影響草海水質的船房河、西壩河、大觀河、烏龍河、老運糧河、新運糧河和王家堆渠進行研究。這些河流流經區域是昆明市工農業生產、城市發展和人口增長的集中地區,河流受污染嚴重。
1.2 研究方法每條河流設置有固定的監測斷面,由昆明城市排水監測站進行長期的水質監測工作。取樣方法和水質分析方法均按照國家標準進行。
2 結果與討論
2.1 水質分析
從北岸河流水質情況分析,七條入湖河流水質都為劣V類水,總氮、總磷超標情況非常嚴重,有多條河流總氮濃度超過V類水質標準10倍以上,未整治河流水質存在逐年惡化趨勢,因此,每條河流都亟需得到整治。
北岸河流污染嚴重的影響因素是多方面的:①排水系統管網建設不完善,污水納管率低造成未進入總管道的污水直接或間接進入河道;②雨水的沖刷作用下,地表污染物隨雨水少部分進入雨水管道,大部分初期雨水攜帶大量的污染物進入河道;③多數河流自身的水動力條件差,加上支溝眾多,河網水質情況復雜;④河道長期未進行底泥疏浚,河底淤積的底泥不斷釋放出污染物質,造成河水水質惡化。河道水質惡化是造成草海水環境污染、湖泊富營養化非常重要的原因之一。
根據水質情況分析,七條主要入湖河流污染程度由輕到重,分別是王家堆渠<大觀河<西壩河<船房河<老運糧河<新運糧河<烏龍河。烏龍河全長3.68km,集水面積2.61km2,目前以暗渠形式流經人口居住密度較大的棕樹營和白馬小區,河道沿線大量未經處理的生活污水進入,使其成為城區納污的通道。從2005年到2006年間,各污染物濃度都大幅度增加,河水呈黑臭狀態,透明度極低,水質污染極其嚴重。王家堆渠地理位置與其它河流不同,從滇池西北岸入湖。王家堆渠主要水體功能是昆明發電廠冷卻水排水渠,該冷卻水是抽取草海水經過濾及除藻后使用,一次循環后溫水順王家堆渠排放,沿渠還存在部分小企業及農村居民向王家堆渠排放廢水。與其它河流流域相比,王家堆渠流域人口密度相對較小,工農業污染少,因此王家堆渠是北岸七條入湖河流中污染程度最輕的。不過,由于周邊的污染物未經處理直接進入河流,王家堆渠污染程度雖相對最輕,但也已經超過了地表水V類標準。
2.2 河流治理方法研究
2.2.1 截污工程截污工程主要對點源排放的污染物實行截流,能夠有效減少污染物直接入河量,是防止水體受到污染的有效措施[2]。目前,截污工程在我國水污染治理領域已經得到了廣泛的應用,并且對水質的改善也取得了良好的效果[3~4]。截污工程對于污染負荷的削減,一方面取決于截污管網布設的合理性與完整性;另一方面取決于城市污水處理廠的處理能力。截污工程的管網布設,對不同的區域應區別對待。在總體符合規劃的前提下,按照沿河截污與區域截污相結合的原則,根據污染源分布的集中區域決定污水管道的走向,并沿部分污染嚴重的河道敷設截污管道[5]。城市污水處理廠是截入污水最終的處置場所,污水處理廠的處理能力以及出水水質情況表明該工程對河水水質改善效果。目前已經制定了烏龍河、新運糧河、老運糧河、船房河與西壩河的截污和綜合整治工程。
截污工程受河流沿線長度、各段區域特征和工程費用的綜合因素影響,難以對河道沿線進行全程截污,因此主要針對點源直接入河嚴重的河段進行治理。以新運糧河為例,全長14.58km,上游主要是農田,污染以農業面源為主;中段是昆明市高新技術開發區,區內已經建設有分流制排水管網;下段1/3位于草海生態保護區,該段從人民西路至入湖口現仍有105個排污口。眾多的排污口直接向河道內排放污水,對草海的生態環境造成了極其嚴重的影響。因此,新運糧河的截污工程主要布設于下段4.36km河道,將排污口的污水截入污水干管。當前這些河道截污和綜合整治工程正在逐步進行中,船房河工程已經于2007年6月完成。從表1船房河2006年與2007年的水質指標對比可以看出, BOD5濃度降至原來的42%, CODCr濃度降至原來的46%,總磷降至原來的52%,總氮降至原來的61%,氨氮降至原來的43%。船房河截污工程完成后,河水的水質有了明顯改善,從該河道輸入草海的污染負荷減少了50%左右,工程取得了良好的效果。表2 河道整治規劃河道名稱全長(km)集水面積(km2)整治規劃烏龍河3.68 2.61沿河道兩側敷設截污管3425m,河道清淤,新建污水泵站和節制閘新運糧河14.58 83.4河道整治長度4.36km,沿河兩岸各預留10m公共綠化帶老運糧河11.3 18.7河道整治長度2.22km,沿河兩岸各預留10m公共綠化帶船房河11.4 7.42沿河兩側敷設截污管7654.1m,新建污水泵站和景觀綠化西壩河9.05 4.87河道整治長度5.4km,沿河兩岸各預留10m公共綠化帶2.2.2 河流城內段治理方法截污工程雖然有良好的治污效果,但工程的實施受限制因素較多,特別是針對流經城區段河流進行治理存在較多困難。城區內人口集中,建筑物密集,沿河兩岸建有眾多居民區、商業區及工業區等,城市規劃建設完成后難以實施規模化的截污工程。然而,城內河流因城市發展建設的需要,不僅需滿足防洪的要求,還應具有旅游、娛樂、景觀、生態等多方面的功能[6],對河流水質的潔凈程度具有較高的要求。根據水質監測分析,北岸入湖河流都為劣V類水質,河水呈現黑臭狀態,無法滿足城市生態環境和城市景觀的需求。為了解決水質凈化需求與工程布設困難的矛盾,城區內河道凈化適宜選用原位治理技術,充分利用河道自身空間凈化水質。依據河道自身空間的容量及周邊環境特點,對不同河段布設適合的治理工藝。新、老運糧河水量大、河道寬,主要滿足城區防洪排澇功能。老運糧河河寬約10m,新運糧河河寬約20m,這樣寬敞的河道適宜使用移動式充氧平臺。移動式充氧平臺可以機動靈活地根據河道曝氣需求,調整曝氣船的運行,通過人工向水體中充入空氣(或純氧氣[7]),加速水體復氧過程,以提高水體的溶解氧水平,恢復和增強水體中好氧微生物的活力,使水體中的污染物質得以凈化,從而改善河流的水質[8]。新、老運糧河的河道空間容量大,也適合采用生物膜技術。生物膜技術是人們長期以來根據自然界水體自凈現象發展起來的。現已研制的人工水草仿生生物填料[9]就是與天然水草具有相似特性的人工填料,布設在河床內,為水生動植物群落和細菌真菌等提供適宜生長的環境,通過各種生物的生長過程消耗水體中的污染物質,而且人工水草不會對河流自然流動和行洪安全產生干擾作用。進入河流的污染源主要是生活污水和初期雨水,人工水草對于受污染河水中有機物的去除效果明顯,平均可達40%以上。
針對河道空間有限的河流適宜使用微生物修復技術。微生物修復技術分為兩類:一類是投菌技術[10~11],最常用的投菌技術有集中式生物系統(CBS)、高效復合微生物菌群(EM)和固定化細菌技術;另一類是土著菌強化技術[12],通過向水體中投加生物促生劑來刺激土著微生物的迅速繁殖,增強水體的自凈能力。微生物修復技術通過增強水體中微生物的凈化能力達到水質凈化的目的。該技術對于流量較小的河流如烏龍河、王家堆渠等可起到較好的凈化作用。2.2.3 河流城郊段治理方法城郊的地理特征與城市不同,人口密度相對較小,住宅、廠礦建筑物相對較少,有一定量的耕地、林地、草地和魚塘等農業用地。因此,城郊河流的治理比城市河流的治理具有更多可利用的空間優勢。城郊的土地和魚塘都可以成為河水凈化技術的實施空間。王家堆渠主要是昆明發電廠冷卻水排水渠,由于電廠冷卻水尚有—定余溫,下游村落的村民在河渠兩側修建魚場,進行溫流水養殖非洲鯽魚,現有魚塘水面8.07hm2,魚產量約460t。王家堆渠的水質凈化方法,可以利用現有魚塘改造成綜合生物塘進行治理。綜合生物塘[13]是交叉種植的鳳眼蓮、水浮蓮、浮萍等水生植物與魚類等水產共同養殖的塘系統。在植物生長期,不斷地從塘系統中撈出大量的水生植物,用于餌料、飼料和肥料等多種用途。通過植物的打撈帶出水體中大量的氮磷等營養物質,起到凈化水質的作用,而且植物加工成魚類等水產的飼料具有較好的經濟效益。因此,利用魚塘改造的綜合塘凈化城郊河流,是一種效果佳,經濟效益好,因地制宜的技術方法。城郊河流還可利用農業用地,選擇土壤深度處理技術[14]和土壤滲濾處理技術[15]進行水質凈化。北岸七條入湖河流的污染特征主要是水中氮磷的含量較高,污染隨河流進入湖泊后易造成湖泊的富營養化,在土壤處理技術中氮磷作為植物生長所需的營養物質被吸收利用,一方面凈化了水質,另一方面減少了農業肥料的使用。該方法不僅是末端治理,凈化受污染的河水,還從源頭減少了農用氮磷的施用量。因此,在條件適合的地區,土壤處理技術是一種可以廣泛應用的技術方法。塘系統和土壤處理技術在適宜的條件下還可以組合運用,達到更好的水質處理效果。2.2.4 河口區凈化方法河流經過城中和城郊的沿途治理,污染負荷削減明顯,水質情況得到較大的改善,為了進一步減少入湖污染物的量,可在河口區設置人工濕地或生物浮床處理系統,為污染物入湖設置最后一道屏障。
人工濕地處理系統是20世紀70年代發展起來的仿自然生物處理技術,已經應用于水污染處理許多領域。在河口區有效地利用空地,構建人工濕地系統對河湖污水進行處理,因運行、維護費用低廉,目前已經得到廣泛的應用[16]。對于滇池北岸七條入湖河流而言,只要入湖口有可利用的土地,條件適宜,都可建設河口人工濕地系統對河水進行污染再削減。若河口區缺少需要的土地面積,可選擇生物浮床處理系統凈化河水。生物浮床是采用輕型綠色環保,防腐抗老化的材料制作成浮床,供選用的水生植物生長使用。浮床要有較好的強度,能抵抗較大的風浪沖擊,確保植物的正常生長。該技術原理是利用水生植物根系的吸收,以及與微生物的共同代謝作用,有效地將水體中有機顆粒和膠體吸附、降解,氨氮等營養鹽吸收、轉化,從而達到水質凈化的目的[17]。生物浮床處理技術是河口區土地稀缺河流水質凈化的最佳方法,對水體中氮磷的去除效果明顯。
3 結論
本研究以滇池北岸七條入湖河流為研究對象,根據河流沿程地理區域特征提出了實施截污工程、河流城內段、河流城郊段和河口區凈化技術。這些處理技術可以組合運用于同一條河流進行全程沿途減污;也可應用于河流區域條件適宜的一段進行強荷,確保湖泊水環境的改善和生態系統的恢復。
參考文獻:
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