河道修复常用技术方法Word格式.docx

河道修复常用技术方法Word格式.docx

《河道修复常用技术方法Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河道修复常用技术方法Word格式.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

污染物与水体的混合过程可分为3个阶段，如图3-13所示。

第Ⅰ阶段为垂向混合阶段，主要在水深方向混合，这一混合阶段的影响范围称为近区。

污染物在近区的混合过程比较复杂，其水流方向的混合距离X1相对较小，通常为排放处河流水深的几十倍至一百倍。

该距离主要取决于排污口位置、排放形式、河道水力学特性以及污水与水体的物理和能量交换过程。

第Ⅱ阶段为掺混阶段，以垂向充分混合起至河流横向开始充分混合为止。

水流方向混合距离X2及浓度分布主要取决于源强、河流宽深及流态、流场等因素。

第Ⅲ阶段为完全混合阶段，污染物在横断面上开始充分混合后的区域。

在该区域内污染物河流纵向的浓度变化，主要受污染物性质、河流流速、水体溶解氧浓度、水体微生物、泥沙等因素的影响。

在模型选择时，应根据研究对象的性质、系统的时空范围而选用不同维数的水质模型。

在Ⅰ阶段，可用兰维模型模拟，在Ⅱ阶段和Ⅲ阶段，可分别采用二维模型和一维模型。

如果研究区域比较大，河流比较长，相对整个研究河段范围，Ⅰ阶段、Ⅱ阶段无论在空间尺度和时间尺度上都比较小，有时甚至可以将一个城市作为一个点源来加以研究，这时选用一维模型是比较合适的。

（1）一维水质数学模型的基本表达式

一维水质模型公式:

C=C0'

exp-k86400ux

C0'

=C0Q0+C1qQ0+q

式中，C0'

为上游背景断面水质浓度；

u为流速；

k为降解系数；

x为沿河道方向变量；

C1、q分分别为排污口废水浓度和废水量；

C0、Q0分别为上游来水浓度和流量。

根据上述公式可知，当C=Cs时，C1q=W，即环境容量，单位为kg/d，具体计算公式如下：

W=Q0+q.Cs.exp-k86400ux-C0Q0.86.4

式中，Cs为水功能区划的水质目标。

（2）不均匀系数的考虑

由于污染物质很难在水体中达到完全均匀混合，故对由公式计算出来的纳污能力进行不匀系数的订正，一般河流越宽、不均匀系数越小；

水面面积越大，不均匀系数越小。

一般性河流的不均匀系数取值范围见表3-5。

表3-5 一般性河流的不均匀系数取值范围表

河宽（m>

不均勻系数

河宽（m）

不均匀系数

<

30

30〜100

100〜200

0.7〜1,0

0.5〜0.7

0.4〜0.6

200〜500

500〜800

>

800

0.3〜0.4

0.3

0.1〜0.3

2水污染防治技术与应用

2.1城镇、农村及工业污水处理

流域内污水处理主要分为城镇污水处理、农村污水处理以及工业污水处理。

城镇污水处理的主要内容包括根据流域内城镇布局及污水处理目标、污水收集和处理现状，对流域城镇污水收集系统、污水处理系统进行综合规划设计。

污水处理系统包括污水处理技术选择以及污水处理规模的确定。

污水处理收集包括排水体制选择、截污干管规划。

污水处理厂的工艺选择应根据原水的水质水量、出水要求、当地气候条件，经济条件，以及工程地质情况等因素作慎重考虑。

农村污水处理的主要内容包括农村生活污水排水体制选择、农村生活污水处理技术推荐及以行政村为单位的农村生活污水治理总体规划设计。

根据村庄所处区位、人口规模、聚集程度、地形地貌、排水特点及排放要求、经济承受能力等具体情况，城乡统筹，采取分类处置方法。

对人口规模较大、聚集程度高、有非农产业基础和处于水源保护区村庄，宜通过敷设污水管道集中处理污水，并采用常规生物处理技术；

对人口规模较小、居住较为分散、地形地貌复杂、尾水主要用于施肥灌溉等农业用途的村庄，宜通过分散收集单户或多户农户污水，并采用较为简单的生态处理技术。

工业污水处理的主要内容是对工业废水污染治理实行总量控制。

根据工业废水“谁污染、谁治理”的原则，针对流域内工业企业生产废水提出处理目标，加强工业废水的监督管理，全面推行排污申报登记和排污许可制度。

流域内工业企业应实施清洁生产，实行工业污染生产全过程控制。

2.2垃圾处理

生活垃圾收运通常釆用中转模式，即收集点一站前运输一中转站一运输一处理场。

根据实际情况，在运输距离适中的地方，也可采用直接运输模式，即收集点——运输——处理场，省却了中转环节。

目前，我国对于村镇垃圾的处理普遍推行“村收集——镇转运——市处置”的集中处理模式，同时为降低运费，提高收运系统经济性，在收运系统规划时还应考虑釆用多目标线性规划模型对收运线路进行优化。

2.3农业面源污染治理

根据流域各地块的实际情况，在措施制定方面，农业面源污染的防治应釆取“预防为主、防治结合”的原则；

对农业面源污染控制技术设计釆用“全过程控制、点线面结”的原则。

“预防为主、防治结合”是指在源头上减少农药化肥施用数量，削减污染物产生的“源”。

应积极开展农用化学品质量保证与替代措施；

加强对肥料农药质量和使用数量监督管理；

加强对农膜使用的监督管理。

积极推广病虫害综合防治技术，合理施用农药化肥，减少农药化肥的使用数量，使农药化肥单位面积平均使用量低于全省平均水平。

采用农艺措施和生物多样性防治技术；

积极发掘和使用植物性农药和生物农药；

大力推广机械物理防治法。

“全过程控制”具体指通过对流域内的农田进行综合整治，优化农业耕作方式（使用喷灌、滴灌技术等），在污染物产生、流失的过程中，通过生态田埂、生态沟渠、池塘系统和植物缓冲带等进行多层次拦截吸收，减少污染物进入河道的数量。

“点线面结合”具体指点——利用池塘系统构建人工湿地，对各类污染物质进行集中、分解、吸收；

线——利用生态田埂、生态沟渠、植物缓冲带对污染物质进行拦截、吸收；

面——从农业结构、耕作方式、农药化肥使用量等方面进行控制。

2.4畜禽养殖污染治理

畜禽养殖污染治理遵循逐步清退、合理保留的原则，遵循养殖空间布局规划，逐步清退禁养区内的养殖场，合理保留限养区内的养殖场。

围绕规划布局、地址选择、饲养管理、疫病防治、制度建设、污染治理等，制定统一的技术规范和管理要求。

大力推动集约化生产，发展规模化生产基地建设，推广生态养殖技术；

通过合理规划养殖场的规模，促进畜牧业循环经济体系的形成。

2.5初期雨水污染治理

初雨造成的非点源污染已成为河道、湖泊和河口等受纳水体的重要污染源。

初雨治理一般从以下3方面着手：

①源头减量，就地处理；

②收集调蓄处理；

③加强维护管理。

雨水污染控制措施包括工程性措施、非工程性措施及其他措施。

工程性措施包括污水截污纳管、排水系统达标改造、调蓄池、下凹式绿地、漫滩、人工湿地、土地处理系统等。

非工程性措施包括雨水利用、最佳管理措施（BMP）、低影响开发（LID）、地表清扫、管道疏通等。

3河道原位治理技术

污染河道水体原位治理技术是一种可靠的、卓有成效的方法，具有治理费用低和最大程度降低污染等特点，适合流量较小且污染严重的河流。

一般的城市河道，不仅要满足防洪的要求，还要具有旅游、娱乐、景观、生态等多方面的功能。

为保证河道水体达到水质标准，可考虑结合河道防洪规划及景观设计在适宜河段布置河道原位治理措施。

考虑到效用、投资、运行费用、占地面积及操作的难易程度等综合因素，原位治理可采考虑采用生态清淤、河道曝气、人工生态浮床、人工湿地、生物操控、湿生植被群落构建等相结合的工艺。

通过营造厌氧、兼氧、好氧等不同的处理环境，使水中的化学需氧量、生化需氧童、氨氮等营养物质得到有效降解（图3-14）。

3.1.生态清淤

（1）清淤方案

生态清淤是工程、环境、生态相结合的修复技术，其目的是清除污染水体的内污染源，减少污染物向水体的释放，并为水生生态系统的恢复创造条件。

生态清淤为水环境的综合治理打下了基础。

疏浚、清淤是去除河湖内、岸边及临近地带的沉积物、植被和植物残骸。

沉积物、植物、残骸和浮石等与河湖生态间关系密切。

疏浚本身就是独立的、重要的技术，其应用于诸多类型的河湖修复中。

疏浚和清淤工期短，但要定期维护和检査。

清淤方法选择一般要考虑以下几方面因素。

1）施工现场布置条件。

2）清淤机械的效率、精度，确保彻底清除污染物，尽量减少超挖量，在保证疏浚效果的前提下，降低工程成本。

3）尽量减少泥沙搅动，并采取防扩散和防泄漏的措施，避免施工及输送过程中的污物泄漏对水体造成二次污染。

4）对疏浚的污染底泥进行安全处理，避免污染物对其他水系及环境的再污染。

（2）清淤方式

常用的河道清淤方式有水力冲洗清淤、机械清淤、人工围堰清淤及生态清淤等。

水力冲洗清淤是利用自然水位差或人为制造水位差，增大计划清淤河道的流量（流速），把河道大量淤泥随水流带出本河道。

此类清淤方法对落差较大的河流水系比较适用。

机械清淤是利用机械方法把河道淤泥从河道中分离出来，水利上最常用的方法是挖泥船挖泥。

这种方法对泥质较硬的河道淤泥适用，但对污染物密集的、位于淤泥层最上部的浮泥基本没有效果。

人工围堰清淤是对河道两端进行筑坝围堰，把坝内河水抽干，随后利用高压水泵对淤泥层进行冲刷，冲刷后淤泥首先集中放于河道中，最后集中外运处理。

这种清淤方法易引起河岸崩塌，污泥的二次污染和潜在的安全隐患很髙。

生态清淤是以改善河道水质为最终目标的清淤方式，结合目标河道的特点，选用机械挖掘机、人工清淤等方法，主要清除水面污染物、水生植物、浮泥等，清淤过程中保护现有护岸，清淤深度根据实际情况定夺，超挖的部分用砂砾石回填。

它的特点是能有效抑制底泥中污染物的释放，并能精确地挖除污染底泥，从而提髙水体的自净能力。

（3）淤泥处置

河道生态清淤后针对清除后的浮泥等污染物的处置技术如下。

1）将污染物储存在土工织物袋中集装化封闭处置。

2）将污染物运到工厂进行处置与回收利用。

3）将污染物储存在陆地存泥场封闭处置。

4）污泥土地利用。

污泥土地利用是最有发展潜力的一种处置方式，这种处置方式应用于农田、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。

在工程期间和工程之后，要尽可能小地影响河道及周边的植被。

工程期间，施工和设备进场路径都要仔细规划，尽量利用已有的空地。

严惩未经允许的植被清除破坏行为，准许清除的树木可以标识以示区别。

工程之后，河湖周围建立缓冲带。

如果该区域为农业区，应该以缓冲带加强管理，标识缓冲带区域为保护区且在周边建立栅栏，栅栏间隔适当，以保证野生动物通行。

3.2河道曝气

（1）河道曝气技术简介

溶解氧在河水自净过程中起着非常重要的作用，水体的自净能力直接与复氧能力有关。

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水体溶解氧主要消耗在有机物的好氧生化降解、氨氮的硝化、底泥的耗氧、还原物质的氧化、水生生物和植物生长等化学、生化及生物合成等过程中。

污染河道就是由于溶解氧的总消耗量大于复氧量，水体的溶解氧大幅下降，甚至被消耗殆尽，河流水体处于无氧状态，有机物的分解就从好氧分解转为厌氧分解，水体生态系统遭到严重破坏，导致污染水体黑臭。

河道曝气技术就是根据河流受到污染后缺氧的特点，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，使水体中的污染物质得以净化，从而改善河流的水质。

（2）河道曝气原理

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，河水的自净过程会非常缓慢。

因此，需要采用人工曝气弥补天然曝气的不足。

如果向一条已遭受严重有机污染且处于黑臭状态的河道进行人工曝气，充入的溶解氧可以迅速地氧化有机物厌氧降解时产生的致黑致臭物，从而有效地改善、缓和水体的黑臭程度。

（3）需氧量的计算

曝气设备的选型和充氧方式的确定是影响河道曝气效果的关键因素。

要进行设备选择，首先要确定水体的需氧量，进而根据设备的充氧动力效率确定设备充氧量。

需氧量主要取决于水体的类型、水质现状以及河道治理的预期目标。

水体需氧量=水体耗氧+底泥耗氧-大气复氧-植物光合作用产氧

一般河道曝气需氧量计算忽略大气复氧和植物光合作用产氧，以总耗氧量作为河道需氧参考数值。

耗氧量计算模型有组合推流式反应器模型、箱式模型和好氧特性曲线法等。

（4）曝气设备的选择

计算了曝气设备充氧量之后，对曝气设备进行选择。

根据需曝气河道水质改善的要求（如消除黑臭、改善水质、恢复生态环境）、河道条件（包括水深、流速、河道断面形状、周边环境等）、河段功能要求（如航运功能、景观功能等）、污染源特征（如长期污染负荷、冲击污染负荷等）的不同，河道曝气一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。

a.固定式充氧站

1）鼓风曝气，即在河岸上设置一个固定的鼓风机房，通过管道将空气或氧气引入设置河道底部的曝气扩散系统，达到增加水中溶解氧的目的。

其一般由机房（内置鼓风机）、气扩散器和管道组成。

工程实例：

上海市徐汇区上澳塘河道曝气系统。

2）纯氧曝气，可以分为两种形式：

①纯氧-微孔布气管曝气系统，由氧源和微孔布气管组成；

②纯氧-混流增氧系统，由氧源、水泵、混流器和喷射器组成。

纯氧曝气系统的氧原可采用液氧）LOX）和利用制氧设备（PSA）制氧。

德国埃姆舍（Emsher）河采用了液氧-微孔布气管曝气系统，英国泰晤士（Thames）河曝气船、德国萨尔（Saar）曝气船、澳大利亚天鹅（Swan）河曝气船和苏州河曝气船均采用了纯氧-混流增氧系统。

3）机械曝气，即将机械曝气设备直接固定安装在河道中对水体进行充氧。

其可以分为3种形式：

①叶轮吸气推流式曝气器，由电动机、传动轴、进气通道和叶轮组成；

②水下射流曝气设备，由潜水泵、水射器组成；

③水车/叶轮式增氧机，由叶轮、浮筒和电机组成。

韩国水原（Suyon）江河口釜山港湾和北京清河河道污染治理中采用了叶轮吸气推流式曝气器。

b.移动式充氧平台

移动式充氧平台是在不影响航运的基础上，在需要曝气的河段设置可以自由移动的曝气增氧设施，主要用于在紧急情况下对局部河段实施有目的的复氧，目前使用最多的是曝气船。

各种河道曝气充氧设备的特点和适用范围见表3-6。

表3~6河道曝气充氧设备的特点和适用范围列表

曝气设备类型

特点

适用范围

鼓风机-微孔布气管曝气系统

氧转移效率高，施工要求高，维修困难，

占地面积大，投资大，运行嗓声较大

不通航河道

纯氧-微孔布气管曝气系统

占地面积小，运行费用小，运行可靠，

无噪声，安装方便，不易堵塞，氧转移率髙

純氧-混流增氧系统

氧转移率高，可安置在河床近岸处，

对航运的影响较小

既可用于固定式充氧站，也可用于移动式充氧平台

叶轮吸气推流式曝气器

安装方便，基本不占地、维修简单方便、叶轮易被堵塞缠统，会在水面形成泡沫，影响水体美观

水下射流曝气设备

安装方便，基本不占地，维修较麻烦

水车/叶轮式增氧机

安装方便，基本不占地，

产生噪音，外表不美观

多用于渔业水体，尤其适用于较浅的水体

移动曝气船

可自由移动，经济，髙效

城区主干河道

对于城市中小河道般水体较浅、水面较窄、没有航运要求，往往适合采用机械曝气的形式。

曝气设备的选择还需要考虑如何消除曝气产生的泡沬、与周围环境相协调等因素。

对于机械曝气设备，其安装间隔一般设定为50〜70m，而且根据水质沿河道的变化规律，可以在前段间隔较小、后段间隔较大。

在曝气设备的运行过程中，还要定期对河道水质进行监测，根据监测结果，灵活地调整曝气设备的安装位置。

根据现场条件和设备特点，确定设备的安装形式，注意安装深度，避免发生底泥悬浮[在同设备厂商咨询的过程中了解到，对于水深较浅的河道（小于2m），采用水车式增氧机为好，射流曝气及叶轮式增氧机容易将河道底泥搅拌起来，影响水质]。

（5）提高曝气处理效果的方法

在实际运行过程中，由于温度、曝气量、微生物与水的混合程度、微生物的活性等，曝气的处理效果可能不尽如人意，此时应找出影响处理效果的因素，采取针对性的措施。

a.生物膜技术

在一些没有航运需求、条件适宜的河道中，可以利用生物膜技术来增加河流中的微生物数量，即在曝气器周围设置优选的填料，并通过接种活悻污泥的方法使填料上附着生长大量微生物。

把生物膜法与曝气复氧技术相结合运用于污染河道的水质改善，就形成了河道曝气+生物膜原位净化技术。

在河道中应用生物膜技术也存在一定的缺陷，如生物膜脱落后会形成底泥淤积，因此需要对生物膜进行定期的清理。

b.生物制剂

应用河道治理的生物修复技术，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；

也可以向水体投加微生物促生剂，通过促使水体”土著”微生物的生长繁殖，达到净化水体的作用。

c.间歇曝气运行方式

在保证曝气段河水中的溶解氧大于1.0mg/L（不发生黑臭）的前提下，可采取间歇曝气方式进行处理，既减少能耗、节省运行成本，又具有一定硝化-反硝化脱氮的效果。

在实际运用中，如果能结合自动监控设备，在水体溶解氧达到临界目标值时，自动启闭设备，实现间歇曝气的自动化控制，将会使河道曝气技术具有更广阔的应用前景。

3.3人工生态浮床

（1）生态浮床技术简介

生态浮床，是一种水环境治理与水生态修复相兼顾的技术，其内涵是运用无土栽培原理，以可漂浮材料为基质或载体，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植技术。

生态浮床技术作为生物-生态修复的一项重要技术，一方面，浮床植物可吸收、富集水体中的营养物质和一些重金属等元素，同时植物通过光合作用、呼吸作用等改善根系周围溶解氧、pH等微观环境：

另一方面，浮床植物庞大的根系为摄食藻类的大型浮游动物提供了庇护场所、分泌他感物质等抑制藻类生长繁殖，同时植物根系为微生物提供载体，改善微生物生存环境，提髙水体微生物的活性，对净化污染水体、提高河流水生生态系统的生物多样性具有重要作用，加之生态浮床可实现原位修复和控制污染物等特点，并能适应较宽的水深范围，且具有造价低廉、运行管理相对容易等优点，其无疑成为城市污染河道治理的新亮点。

（2）人工浮床结构

目前，用于净化水质的浮床主要为湿式有构架浮床，其中浮床结构主要包括框架、床体、基质、固定装置等几部分，具体如下：

a.框架

浮床框体要求坚固、耐用、抗风浪，目前一般用PVC管、不锈钢管、木材、毛竹等作为框架。

PVC管无毒无污染，持久耐用，价格便宜，重量轻，能承受—定冲击力。

不锈钢管、镀锌管等硬度更髙，抗冲击能力更强，持久耐用，但缺点是质量大，需要另加浮筒增加浮力，价格较贵。

木头、毛竹作为框架比前两者更加贴近自然，价格低廉，但常年浸没在水中，容易腐烂，耐久性相对较差。

b.床体

浮床床体是植物栽种的支撑物，同时是整个浮床浮力的主要提供者。

目前，主要使用的是聚苯乙烯泡沫板。

这种材料具有成本低廉、浮力强大、性能稳定的特点，而且原料来源充裕、不污染水质，材料本身无毒疏水，方便设计和施工，重复利用率相对较高。

此外，还有将陶粒、蛭石、珍珠岩等无机材料作为床体，这类材料具有多孔结构，适合于微生物附着而形成生物膜，有利于降解污染物质。

但局限于制作工艺和成本的问题，这类浮床材料目前还停留在实验室研究阶段，实际使用很少。

对于以漂浮植物进行的浮床栽种，可以不用浮床床体，依靠植物自身浮力保持在水面上，利用浮床框体、绳网将其固定在一定区域内，这种方法也是可行的。

人工合成的高分子材料具有更多的优点。

它可以从分子化学的角度来设计分子主链的结构，从而控制髙分子材料的物理性能，同时可以充分利用从自然界中提取或合成的各种小分子单体。

目前，应用于人工生物浮床床体材料的主要是塑料和橡胶。

c.基质

基质的主要功能是为植物提供生长点，目前应用的基质材料主要有泡沫塑料板和海绵等，这些材料具有比重小、耐腐、易于加工等特点，可以为浮床植物的生长繁殖提供固定、保水、透气等必要条件。

d.固定装置

固定装置的设置目的在于防止浮床因相互碰撞而散架，同时保证浮床不被水流或者风浪带走。

固定装置有很多类型，如重物型、船锚型和桩基型3种。

重物、船锚、桩基与浮床之间的连接绳应有一定的伸缩长度，以便浮床随水位变化而上了浮动。

在水流或风急浪大的水体中，粧基与浮床之间一般用钢丝绳连接以提高固定强度。

由此可见，生态浮床无论是在框架的使用，还是在浮体材料的选择、载体的选择等方面仍然存在诸多不尽如人意的地方，选择合适的浮床材料进行最佳组合，以便生态浮床发挥其净化水质的作用。

3.4人工湿地

人工湿地是指人类为满足生产、生活、防灾、污水处理等目的，人工修建的湿地（如塘坝、鱼塘、水景、稻田、水库、潜流湿地等〉。

它以人类利益为主要目标，以社会服务为主要功能，不仅可以用于污水处理，还可以用于营造景观、恢复自然湿地等，因此可称为“功能性人工湿地”。

其中，主要用于实现水质改善功能的人工湿地，可以称为水净化人工湿地。

它可以分为水生植物系统（包括浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统统）和湿生（耐湿）植物系统。

本书所指的人工湿地是狭义的人工湿地，即人工湿地污水处理系统。

人工湿地污水处理系统是人工建造的、可控制的和人工化的湿地系统，其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理的。

人工湿地对水的净化是填料、植物和微生物共同作用的结果。

人工湿地分类及特点，见表3-7。

表3-7人工湿地分类及特点

序号

名称

定义

优点

缺点

1

表面流人工湿地

指水面在固体介质表面以上，污水从池体进水端水平流向出水端的人工湿地

具有投资少、操作简单、运行费用低等优点

占地面积较大，水力负荷率小，去污能力有限。

运行受气候影响较大，夏季有孳生蚊蝇的现象

2

水平潜流人工湿地

水面在填料表面以下，污水从池体进水端水平流向出水端的人工湿地

与表流湿地相比，水力负荷和污染负荷较大，对生化需氧量、化学需氧量、悬浮物、重金属等去除效果较好