滇池位于昆明市主城區(qū)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(zhì)進入湖泊。滇池換水周期長,湖水自凈能力低,生態(tài)系統(tǒng)脆弱,一經(jīng)污染僅憑自身凈化能力難以恢復[1]。為了保護湖泊生態(tài)系統(tǒng),遏制水環(huán)境污染趨勢,滇池流域水污染防治規(guī)劃提出,到2010年草海水質(zhì)需要明顯改善力爭接近V類地表水標準,外海水質(zhì)穩(wěn)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(guī)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(xiàn)狀進行分析,提出改善河流水質(zhì)的初步設想。通過沿程凈化入湖河流水質(zhì),減少入湖污染的量,達到保護湖泊生態(tài)系統(tǒng)的目的。

1　研究區(qū)域與方法

1.1　研究區(qū)域本研究主要集中在滇池北岸草海流域范圍內(nèi)。對影響草海水質(zhì)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(jīng)區(qū)域是昆明市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市發(fā)展和人口增長的集中地區(qū),河流受污染嚴重。

1.2　研究方法每條河流設置有固定的監(jiān)測斷面,由昆明城市排水監(jiān)測站進行長期的水質(zhì)監(jiān)測工作。取樣方法和水質(zhì)分析方法均按照國家標準進行。

2　結果與討論

2.1 水質(zhì)分析

從北岸河流水質(zhì)情況分析,七條入湖河流水質(zhì)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(zhì)標準10倍以上,未整治河流水質(zhì)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(tǒng)管網(wǎng)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(shù)河流自身的水動力條件差,加上支溝眾多,河網(wǎng)水質(zhì)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(zhì),造成河水水質(zhì)惡化。河道水質(zhì)惡化是造成草海水環(huán)境污染、湖泊富營養(yǎng)化非常重要的原因之一。

根據(jù)水質(zhì)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(jīng)人口居住密度較大的棕樹營和白馬小區(qū),河道沿線大量未經(jīng)處理的生活污水進入,使其成為城區(qū)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(tài),透明度極低,水質(zhì)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(fā)電廠冷卻水排水渠,該冷卻水是抽取草海水經(jīng)過濾及除藻后使用,一次循環(huán)后溫水順王家堆渠排放,沿渠還存在部分小企業(yè)及農(nóng)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(nóng)業(yè)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(jīng)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(jīng)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(jīng)得到了廣泛的應用,并且對水質(zhì)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(wǎng)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(wǎng)布設,對不同的區(qū)域應區(qū)別對待。在總體符合規(guī)劃的前提下,按照沿河截污與區(qū)域截污相結合的原則,根據(jù)污染源分布的集中區(qū)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(zhì)情況表明該工程對河水水質(zhì)改善效果。目前已經(jīng)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(qū)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(nóng)田,污染以農(nóng)業(yè)面源為主;中段是昆明市高新技術開發(fā)區(qū),區(qū)內(nèi)已經(jīng)建設有分流制排水管網(wǎng);下段1/3位于草海生態(tài)保護區(qū),該段從人民西路至入湖口現(xiàn)仍有105個排污口。眾多的排污口直接向河道內(nèi)排放污水,對草海的生態(tài)環(huán)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(jīng)于2007年6月完成。從表1船房河2006年與2007年的水質(zhì)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(zhì)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(guī)劃河道名稱全長(km)集水面積(km2)整治規(guī)劃烏龍河3.68 2.61沿河道兩側(cè)敷設截污管3425m,河道清淤,新建污水泵站和節(jié)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(cè)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(nèi)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(jīng)城區(qū)段河流進行治理存在較多困難。城區(qū)內(nèi)人口集中,建筑物密集,沿河兩岸建有眾多居民區(qū)、商業(yè)區(qū)及工業(yè)區(qū)等,城市規(guī)劃建設完成后難以實施規(guī)?；慕匚酃こ?。然而,城內(nèi)河流因城市發(fā)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(tài)等多方面的功能[6],對河流水質(zhì)的潔凈程度具有較高的要求。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測分析,北岸入湖河流都為劣V類水質(zhì),河水呈現(xiàn)黑臭狀態(tài),無法滿足城市生態(tài)環(huán)境和城市景觀的需求。為了解決水質(zhì)凈化需求與工程布設困難的矛盾,城區(qū)內(nèi)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(zhì)。依據(jù)河道自身空間的容量及周邊環(huán)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(qū)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(jù)河道曝氣需求,調(diào)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(zhì)得以凈化,從而改善河流的水質(zhì)[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(jù)自然界水體自凈現(xiàn)象發(fā)展起來的?，F(xiàn)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(nèi),為水生動植物群落和細菌真菌等提供適宜生長的環(huán)境,通過各種生物的生長過程消耗水體中的污染物質(zhì),而且人工水草不會對河流自然流動和行洪安全產(chǎn)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(tǒng)(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(zhì)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(nóng)業(yè)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(yōu)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(fā)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(cè)修建魚場,進行溫流水養(yǎng)殖非洲鯽魚,現(xiàn)有魚塘水面8.07hm2,魚產(chǎn)量約460t。王家堆渠的水質(zhì)凈化方法,可以利用現(xiàn)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(chǎn)共同養(yǎng)殖的塘系統(tǒng)。在植物生長期,不斷地從塘系統(tǒng)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(yǎng)物質(zhì),起到凈化水質(zhì)的作用,而且植物加工成魚類等水產(chǎn)的飼料具有較好的經(jīng)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(jīng)濟效益好,因地制宜的技術方法。城郊河流還可利用農(nóng)業(yè)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(zhì)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(yǎng)化,在土壤處理技術中氮磷作為植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)被吸收利用,一方面凈化了水質(zhì),另一方面減少了農(nóng)業(yè)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(nóng)用氮磷的施用量。因此,在條件適合的地區(qū),土壤處理技術是一種可以廣泛應用的技術方法。塘系統(tǒng)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(zhì)處理效果。2.2.4　河口區(qū)凈化方法河流經(jīng)過城中和城郊的沿途治理,污染負荷削減明顯,水質(zhì)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(qū)設置人工濕地或生物浮床處理系統(tǒng),為污染物入湖設置最后一道屏障。

人工濕地處理系統(tǒng)是20世紀70年代發(fā)展起來的仿自然生物處理技術,已經(jīng)應用于水污染處理許多領域。在河口區(qū)有效地利用空地,構建人工濕地系統(tǒng)對河湖污水進行處理,因運行、維護費用低廉,目前已經(jīng)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(tǒng)對河水進行污染再削減。若河口區(qū)缺少需要的土地面積,可選擇生物浮床處理系統(tǒng)凈化河水。生物浮床是采用輕型綠色環(huán)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(yǎng)鹽吸收、轉(zhuǎn)化,從而達到水質(zhì)凈化的目的[17]。生物浮床處理技術是河口區(qū)土地稀缺河流水質(zhì)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(jù)河流沿程地理區(qū)域特征提出了實施截污工程、河流城內(nèi)段、河流城郊段和河口區(qū)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(qū)域條件適宜的一段進行強荷,確保湖泊水環(huán)境的改善和生態(tài)系統(tǒng)的恢復。

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