城市斷頭河因長期水體滯留普遍存在著水質(zhì)較差的問題，它嚴重影響了城市整體水環(huán)境。原位生物處理技術(shù)在揚州市城市內(nèi)河楊莊河水質(zhì)改善中的應(yīng)用，收到了很好的效果。

1 楊莊河水系概況及水環(huán)境現(xiàn)狀分析

1．1 水系

楊莊河地處揚州市中心城區(qū)，東連蒿草河，西接新城河（排澇河），蒿草河北端與瘦西湖相連（有壩控制），南端與荷花池、安墩河相通，新城河南端與古運河相通，北端為斷頭河。新城河、蒿草河的上游（北端）無來水，南端與古運河相連處均有閘門控制，水體處于靜止狀態(tài)。因此，在非降雨期，楊莊河無流量，水體處于靜止狀態(tài)。

楊莊河總長1450 m，東端與蒿草河自然連接，西端與新城河通過暗管相連，并有閘門控制，實際河段長度1236 m。兩岸為石駁岸，岸坡形式為斜坡或直立，河寬7.5～14 m。

1．2 水環(huán)境現(xiàn)狀

楊莊河水存在水體黑臭、生態(tài)效果差兩方面的問題。楊莊河污染重，承受著污水排放、底泥污染釋放、生活垃圾傾倒等三方面的污染，而且水體又不流動，無水生生物，自凈能力差，使水體處于黑臭狀態(tài)。河道為硬質(zhì)駁岸，沿岸無生物，生態(tài)效果差。

楊莊河沿岸主要是居住用地，東段為楊莊農(nóng)家庭院式住宅，排水系統(tǒng)不完善，沿河污水截流不徹底，有分散污水口直排河道。兩岸還有部分種植用地，種植蔬菜等農(nóng)作物，存在面源污染。楊莊河西端兩側(cè)為四季園小區(qū)，排水體制混亂，且直排河道。正在實施的楊莊河截污工程，將截流大部分的直排污水，使污染源大大減少，但分散式庭院排水難以完全截流，將繼續(xù)對河道產(chǎn)生污染。由于長期的污水排放，河底沉積了高污染底泥，平均厚度達到20 cm以上，成為高強度污染源。

由于污染源的存在，以及低下的自凈能力，截流后的楊莊河水質(zhì)仍將維持在較差的水平。

2 水質(zhì)凈化

在實施截污工程后，楊莊河仍然存在外源和內(nèi)源污染，而且由于自凈能力差，將難以維持較好的水質(zhì)。因此，在實施截污工程后，應(yīng)繼續(xù)實施水質(zhì)凈化改善工程，才能將水質(zhì)維持在較好的水平。可以從兩個方面提高水體的自凈能力：一方面引客水入楊莊河，使水流流動；另一方面，種植水生植物，培育水生生態(tài)環(huán)境，提高自凈能力，同時也改善了景觀效果。

引水措施是從楊莊河一端引水，從另一端排出。水生植物凈化措施包括：在水面設(shè)置生物浮床、水岸種植濕生植物、投放低等級動物。由于楊莊河兩端的引水水質(zhì)均較差，因此，還應(yīng)對引水水質(zhì)進行適當處理。

2.1 引水

“治理河流的基本標準是‘不污不竭’，即一定要有活水，一定不要污染。”因此，應(yīng)有常年流量20%的水均勻流過，使河流在流量、泥沙輸移、寬深比等方面達到動態(tài)平衡。所以，該項目前提是選擇補給水源。

2.1.1水源

楊莊河引水水源在兩端相連的河道中選擇。西端的新城河北段為斷頭河，南端與古運河相連，有閘門控制，且古運河水位低于新城河，因此，兩端均無水源。東端的蒿草河，其北端與瘦西湖相連，南端與荷花池相連，因而與瘦西湖活水工程相通。瘦西湖活水工程的部分水體從荷花池南下，經(jīng)安墩閘進入古運河。如果楊莊河引水方案從蒿草河引水，由西端排入新城河，再排入古運河，實際上是分流了一部分瘦西湖活水工程的出水，使其經(jīng)過瘦西湖/ 荷花池——蒿草河——楊莊河——新城河——古運河，這就擴大了活水工程的活水范圍，使沿途的蒿草河、楊莊河、新城河均受益。因此，楊莊河引水水源選擇蒿草河。

2.1.2實施方法

在與蒿草河相交處的楊莊河上建低壩，抬高楊莊河水位。用潛水泵將蒿草河水抽入楊莊河后，自東向西自流進入新城河，再由新城河排入古運河。

控制水位：由楊莊河末端出口閘門（現(xiàn)有）控制河內(nèi)水位，使水位到達直立/ 斜坡駁岸的坡腳，以便在斜坡岸腳種植水生植物，制造水岸銜接效應(yīng)，需提水高度約0.8 m。

換水周期及換水量：換水周期應(yīng)綜合考慮水質(zhì)改善效果、投資和運行費用。為了保證換水周期內(nèi)水體溶解氧不小于1 mg /L，水質(zhì)不發(fā)臭，首先對換水進行適當?shù)奶幚砗统溲�，使水體BOD5降低到10 mg /L 以下，溶解氧恢復(fù)到6 mg /L 以上。水體在楊莊河流動過程中還發(fā)生著底泥耗氧和水面覆氧，30℃條件下底泥耗氧速率按2400 mg /（m2·d）考慮，水面覆氧按3000 mg /（m2·d）考慮，平均水深1.8 m。則河水溶解氧平衡為：

為了保證末端水體溶解氧大于1mg / L，則水體停留時間（換水周期）為：

因此，建議換水周期為3 d。河道水體總體積26440 m3，則換水流量為0.102 m3 / s。

不同換水周期時的換水量和運行費用見表1。

2.1.3工程內(nèi)容

a. 鋼筋混凝土低壩：7.2 m×0.8m×3.5 m。

b. 低揚程潛水泵2 臺（1 用1 備）。

2.2 水質(zhì)凈化

為了保證換水水質(zhì)，降低引水耗氧量，增加水體溶解氧，采取曝氣、原位生物接觸氧化、生態(tài)凈水磚等3 項水質(zhì)凈化措施。

2.2.1曝氣

為了提供原位生物接觸氧化需氧量，并保證向后輸送的水體有較高的溶解氧，使整個河道不致發(fā)生厭氧狀態(tài)，應(yīng)向引水中曝氣。

a. 曝氣方法。可供選擇的曝氣方法有：鼓風(fēng)曝氣、潛水曝氣、轉(zhuǎn)盤曝氣。鼓風(fēng)曝氣需要新建鼓風(fēng)機房，并在水底安裝曝氣管和曝氣頭；潛水曝氣在水底安裝潛水曝氣機；轉(zhuǎn)盤曝氣在水面安裝轉(zhuǎn)刷曝氣機。各種曝氣方式的優(yōu)缺點比較見表2。

經(jīng)比較，選擇轉(zhuǎn)盤曝氣方案。

b. 設(shè)計充氧量。引水溶解氧按2mg / L 考慮，充氧后溶解氧達到8mg / L，使得水體經(jīng)過原位生物接觸氧化后，仍有6 mg / L 的維持溶解氧。引水流量0.102 m3/ s，則需要的充氧量為2.2 kg /h。

c. 設(shè)備選擇。由于需要的充氧量較小，定制1 臺小型的轉(zhuǎn)盤曝氣機，直徑1400 mm，長度9 m，功率11kW。

2.2.2原位生物接觸氧化方案

a. 設(shè)計水質(zhì)。引水水源含有易于生物降解的有機物，消耗水中氧氣，使水體產(chǎn)生色度和嗅味，因此，應(yīng)對引水水質(zhì)進行適當?shù)奶幚�，降低水中的BOD 含量。根據(jù)揚州市環(huán)保局的監(jiān)測結(jié)果，內(nèi)城河水質(zhì)為劣Ⅴ類，BOD5平均值為11.1 mg / L，最劣為129 mg /L。經(jīng)過水質(zhì)凈化工程后，水質(zhì)應(yīng)達到Ⅴ類水質(zhì)標準。因此，取設(shè)計進水水質(zhì)BOD5＝20 mg /L，出水水質(zhì)BOD5＝10 mg /L。

b. 工藝選擇。為了節(jié)省造價，節(jié)約用地，將水處理設(shè)施設(shè)置于河道中。生物降解水中有機物的方法包括：活性污泥法和生物膜法。活性污泥法工藝復(fù)雜，不適合在河道中設(shè)置，應(yīng)此采用生物膜法。生物膜法包括：生物接觸氧化、生物過濾。由于生物過濾的水頭損失較大，因而采用生物接觸氧化法。

c. 填料選擇。生物接觸氧化填料的類型有：立體彈性填料、軟性填料、空心球填料等。立體彈性填料和軟性填料均為纖維狀，容易沾附懸浮物，易產(chǎn)生污泥，生物膜更新需要較強的水力攪動條件和曝氣條件，安裝也較麻煩。因而，采用多面空心球填料，其比表面積大，污泥產(chǎn)量少，安裝容易。

d. 停留時間及填料體積。要將引水BOD5從20 mg/L 降低到10 mg /L，去除率為50%，約需要水力停留時間2 h。多面空心球填料的堆放孔隙率為92％，經(jīng)計算，需要填料體積為798 m3。

河道橫斷面積為19 m2，因而生物填料區(qū)的布置河長為42 m。

e. 安裝方法及工程內(nèi)容。在生物接觸氧化區(qū)河底鋪設(shè)一層素混凝土，在兩端河橫斷面設(shè)格柵，圍護生物填料，河面設(shè)頂格柵，防止填料上浮。河中心設(shè)8 根支撐柱，支撐頂格柵。共需多面空心球生物填料600 m3，混凝土70 m3，砌石5 m3。

2.2.3生態(tài)凈水磚

將具有高效凈水能力的微生物——發(fā)酵大豆桿狀菌與多孔礦物顆粒、強堿火山灰水泥拌和，制作成多孔隙的生態(tài)凈水磚。包埋固化在生態(tài)凈水磚中的微生物在水環(huán)境中能快速繁殖，并向水中釋放，起到長效凈化水質(zhì)的功效。

將生態(tài)凈水磚敷設(shè)于多面空心球生物接觸區(qū)下游的河底上，敷設(shè)長度30 m，敷設(shè)面積256 m2。先在河底鋪一層素混凝土塊，在混凝土初凝前將生態(tài)凈水磚放置在素混凝土上，每塊凈水磚之間留一定的間距，保持每塊凈水磚有5 個面向水中釋放微生物。約需凈水磚9.1 m3。水質(zhì)凈化工程布置見圖1。

圖1　 水凈化工程布置圖

3 水質(zhì)保持方案

楊莊河在引水輸送過程中仍存在一定外源污染和底泥內(nèi)源污染，為了保持河水水質(zhì)，應(yīng)沿河道采取一定的水質(zhì)改善措施。目前，國內(nèi)外已有采用生物浮床改善城市河道水質(zhì)的案例，將水生或陸生植物安放固定在漂浮載體上，植物根系伸入水中，吸收水中污染物。同時，發(fā)達的植物根系是微生物天然的載體，并在根系周圍形成微生物、浮游動物小型生態(tài)系統(tǒng)，對水質(zhì)產(chǎn)生凈化作用。

常用的浮床植物為美人蕉，其特點是花期長，景觀效果好，但不能越冬，因此，對楊莊河浮床植物的選用需滿足以下要求：a.根系發(fā)達；b.枝葉量小，四季常綠（半綠）；c.生存能力較強；d.有一定的觀賞性。

表1 引水工程不同周期的投資運行費用比較

 表2 曝氣方式比較

根據(jù)上述要求，綜合考慮水質(zhì)凈化效果、價格和觀賞性，選擇3 種類型的浮床植物進行搭配，分別是：常綠植物——西伯利亞鳶尾，占45％；半常綠植物——黃菖蒲（鳶尾屬），占45％；觀賞植物——水生美人蕉，占10％。

西伯利亞鳶尾，葉片寬2~3cm，株高40~50cm�；ㄆ�5~6 月，花色有蘭色、紫紅色、白色。該品種最大的特點是終年常綠，冬季的長勢尤為好，在-15℃仍保持葉片翠綠，是水生花卉中難得的四季常綠品種。它有發(fā)達的須狀根。

黃菖蒲又名水生黃花鳶尾，是水生鳶尾中的驕子�；ㄉS艷，花期5～6月份。葉劍形，株高60~120cm�？煞指敝�，也可種子繁殖。黃菖蒲具有發(fā)達的絮狀根系。春、夏、秋三季長勢良好，冬季處于半綠狀態(tài)，能自然越冬，來年不需重新種植。

西伯利亞鳶尾和黃菖蒲共同的特點是，耐寒、枝葉量少、根系發(fā)達、生存能力較強。

浮床總面積3400 m2，布置的河段長度500 m。

4 岸坡綠化方案

1．水陸交界銜接帶：沿水面線開設(shè)30 cm寬種植槽，夾種水菖蒲和水生美人蕉。既起到水質(zhì)凈化及水生態(tài)效果，又起到水陸銜接效果。

2．岸坡綠化：將水面、水岸綠化引向地面，改善石駁岸的生態(tài)效應(yīng)。對較寬的斜坡，每隔20 m開設(shè)一條垂直于水面線的種植槽，槽寬1 m，種植美人蕉等植物，并夾種常青植物。對直立岸坡和較窄的斜坡（四季園），在岸肩種植常青藤、爬山虎，垂掛于岸坡，直接與水面綠化銜接。

5 低等級動物及魚類的投放

考慮到目前楊莊河河體生物單一，約需投放本土低等級動物河蚌、河螺2000 kg，鰱魚1000 尾，這樣不僅可以控制浮游生物的生長，而且可以恢復(fù)河體生物的多樣性。

6 投資估算

工程總投資估算315.635 萬元；

運行電費：30000 元/ 年；

運行管理費：20000 元/ 年。

7 運行后的效果

項目運行2 個月后，水體黑臭現(xiàn)象消除，水質(zhì)明顯改善，水體澄清，可見度達50 cm。

水質(zhì)改善情況：DO 由0.3 mg / L提高到4.2 mg / L；COD 由80 mg / L降低到25 mg / L；NH3—N 由3.5 mg / L降低到1.8 mg / L。水質(zhì)改善效果明顯。