车家河(车家村段)小流域水环境治理技术的探讨
摘要
关键词
车家河(车家村段);小流域;水环境;面源污染;综合治理
正文
1引言
改善农村人居环境,建设美丽宜居乡村,是实施乡村振兴战略的一项重要任务。2014年,中国国务院办公厅印发了《关于改善农村人居环境的指导意见》(国办发〔2014〕25号),提出要大力开展村庄环境整治,整乡整村推进农村河道综合治理。2018年1月,中共中央国务院印发了中央一号文件《关于实施乡村振兴战略的意见》,将改善农村生态环境和建设美丽宜居乡村提到了国家战略高度,并明确要加强农村水环境治理。
党在十九大中提出实施乡村振兴战略发展经济建设。2019年中央一号文件中提出推进乡村建设要推进农村水环境治理。烟台市为响应国家号召,提出推进全域美丽河湖建设。结合美丽乡村建设,大力开展农村水环境提升整治,依托乡村河湖自然景观、乡风民俗等,提升亲水景观,彰显河湖文化。
在美丽河湖建设过程中,充分发挥河道的生态廊道优势,进而推进美丽乡村建设。车家河(车家村段)作为车家村水资源和生态环境的载体,承担着农业灌溉排涝、调蓄分洪、生态涵养等重要功能,通过加强对车家河(车家村段)的针对性治理,能够切实发挥河道的生态作用和经济作用,进一步优化农村地区的经济环境,给当地农民群众的正常生产生活带来极大的便利,同时加强对河道的针对性治理,也是实施乡村振兴战略和落实美丽河湖的具体举措。
2实施范围
车家河位于烟台市莱山区,属辛安河流域,车家河流域面积16.12km2,河道长度5km,起于解甲庄街道孔辛头村,由南向北汇入辛安河。其地理坐标为:东经121°43'03"至东经121°75'59",北纬 37°30'98"至北纬37°32' 93"。本工程位于车家河(车家村段),全长980m。其地理坐标为:东经121°27'16.52"至东经121°26'56",北纬 37°19'25.07"至北纬 37°18'58.77"。
通过对车家村段河道上、下游采样分析,发现水质指标中总氮超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准,结合现状调查,得出车家河(车家村段)流域范围内存在的主要环境问题为:农业径流污染、城镇雨水径流污染。据统计,农业面源污染占河流富营养化问题的55%-70%[1]。城市地表径流是第二大水体面污染源,也是第二大城市水环境污染源[2]。
4实施方案
4.1 河岸生态缓冲带建设
针对农业面源污染可通过在车家河(车家村段)河岸建设生态缓冲带截留面源污染。
河岸生态缓冲带是陆地和水体之间的过渡带,是保护河流生态环境安全的绿色生态屏障[3]。植被缓冲带不仅能够作为生态屏障,拦截氮、磷等污染物进入水体,还具有多种生态经济效益,维护生物多样性等多种生态功能,有助于促进经济社会可持续发展,是一种具有广泛应用价值的生态措施[4]。
(1)截留面源污染。河岸缓冲带通过植被截留和过滤作用,阻挡较大的泥沙和有机物进入河流;通过植物吸收、土壤吸附和微生物的硝化反硝化作用,削减由陆地向水体迁移的氮、磷等营养元素;植被的存在减缓了地表径流的流速,加强了地表径流通过河岸缓冲带时的下渗,径流中含有的有机农药等可被微生物转化降解。
(2)防浪护坡保持水土。河岸缓冲带植被茎干枝叶和枯枝落叶等,能在一定程度上抑制临近河岸的湍流、降低水流流速;植物根系对土壤有固着作用,能抵抗水流冲刷、减少水土流失;一些低矮植物还能截留淤泥和有机质,进一步巩固河岸带土壤。
(3)提供动植物栖息地。河岸缓冲带截留的氮、磷等营养成分,为植物提供了湿润、营养丰富的生长环境。河岸缓冲带处于水陆过渡带,具有独特的气候条件,适宜陆生植物、湿生植物和水生植物等多种类型植物生长,保育了许多植物物种,同时也为动物提供了充足的食物和良好的栖息场所。
河岸植被缓冲带功能的发挥与其宽度有着极为密切的关系,宽度适宜与否直接影响其有效性的发挥[5-9]。原则上根据径流分布情况、径流量、径流中污染负荷量、缓冲带土地条件的变化等因素来确定缓冲带在不同区域的宽度。具体实施过程中,缓冲带的宽度受到多因素的影响,如缓冲带河岸的几何物理特性、流域上下游水文情况、河岸周边土地开发利用情况、缓冲带的生态服务功能、工程建设资金等。一般情况下,缓冲带的宽度越大越好,但是由于人地关系紧张,因此在建设缓冲带时,应考虑综合因素,明确缓冲带最小宽度值,合理制定适宜的缓冲带宽度。
经计算,车家河(车家村段)河道两岸生态缓冲带建设长度1000m,宽度5m。河岸植被缓冲带植物配置应从垂直和水平方向考虑。水域垂直方向上配置不同沉水、浮水和挺水植物群落,陆地垂直方向上配置不同的乔、灌、草、藤植被结构,以提高生态系统的稳定性[10]。沉水植物可选择马来眼子菜、微齿眼子菜和狐尾藻,浮水植物可选择荇菜等;挺水植物可选择芦苇、水葱、香蒲、千屈菜等;草本植物可选择结缕草、酢浆草等,灌木植物可先择紫穗槐、迎春等,乔木植物可选择柳树、枫杨等[11,12]。
4.2 稳定塘建设
稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点[13],是一种高效且年代悠久的生态技术,近些年来在非点源污水的处理中也得到了广泛应用[14,15]。
针对农村降雨径流和冰雪融水产生的初期雨水污染问题,利用现状村庄沟渠及河道,在车家河(车家村段)下游建设稳定塘。常见的稳定塘有好氧塘、厌氧塘和兼性塘三种形式。其主要的工艺原理是通过污水中微生物自身的新陈代谢活动和其他生物的共同作用来实现污水的净化[16]。初期雨水通过池塘内的植物吸收和微生物吸附降解作用,降低河水中的有机污染物浓度,削减氮、磷等诱发水体富营养化的物质。
(1)厌氧塘
厌氧塘水深度一般在2m以上,最深可达4~5m。厌氧塘中溶解氧很少,基本上处于厌氧状态。厌氧塘的原理与其他厌氧生物处理过程一样,依靠厌氧菌的代谢功能,使有机底物得到降解。反应分为两个阶段:首先由产酸菌将复杂的大分子有机物进行水解,转化成简单的有机物(有机酸、醇、醛等);然后产甲烷菌将这些有机物作为营养物质,进行厌氧发酵反应,产生甲烷和二氧化碳等。
厌氧塘的优点及适用条件:①有机负荷高,耐冲击负荷较强;②由于池深较大,所以占地相对较省;③所需动力少,运转维护费用低;④贮存污泥的容积较大;⑤一般置于系统的首端,作为预处理设施,在其后再设兼性塘、好氧塘或者深度处理塘,做进一步处理。
厌氧塘的缺点:①温度无法控制,工作条件难以保证,导致冬季处理效果较差;②臭味大,易对周围居民生活产生影响;③净化速率低,污水停留时间长。
(2)兼性塘
兼性塘是最常见的一种稳定塘。有效水深一般为1.0~2.0m,从上到下分为三层:上层好氧区、中层过渡区、塘底厌氧区。好氧区对污染物的净化原理与好氧塘基本相同。藻类进行光合作用,产生氧气,溶解氧充足。有机物在好氧性异养菌的作用下进行氧化分解,兼性区的溶解氧供应比较紧张,含量较低。其中存在的异养型兼性细菌,既能利用水中少量的溶解氧对有机物进行氧化分解,同时,在无分子氧的条件下,还能以NO3-、CO32-作为电子受体进行无氧代谢。厌氧区内不存在溶解氧。厌氧微生物在此进行厌氧发酵和产甲烷发酵,对其中的有机物进行分解,厌氧区一般可以去除30%的生化需氧量(BOD5)。
兼氧塘的优点及适用条件:①投资省,管理方便;②耐冲击负荷较强;③处理程度高,出水水质好。
兼氧塘的缺点:①池容大,占地多;②可能有臭味,夏季运转时经常出现漂浮污泥层;③出水水质有波动。
(3)好氧塘
好氧塘是一种菌藻共生的污水好氧生物处理塘。深度较浅,一般不超过0.5m。阳光可以直接射透到塘底,塘内存有细菌、原生动物和藻类,由藻类的光合作用和风力搅动提供溶解氧。好氧菌利用水中的溶解氧,通过好氧代谢氧化分解有机污染物,使成为无机物、二氧化碳(CO2)、NH4+、和PO43-,从而使进塘的污水得到净化。
好氧塘的优点及适用条件:①投资省;②管理方便;③水力停留时间较短,降解有机物的速率很快,处理程度高。
好氧塘的缺点:①池容大,占地面积多;②处理水中含有大量的藻类,需要对出水进行除藻处理;
③对细菌的去除效果较差。
通过上述3种类型稳定塘优缺点分析,其中好氧塘具有净化污水、美化环境的作用。在建设好氧塘的同时,将好氧塘生态景观建设作为车家村美丽乡村建设的独特景观。车家河(车家村段)好氧塘可利用农村现状洼地或池塘等闲置土地,经过人工适当修整,增设围堤和防渗层。好氧塘设有溢流口,超出处理能力的雨水溢流至下游河道。由于初期雨水中的含沙量较高,在雨水进入好氧塘之前需设置沉砂池。
本方案初期雨水量采用降雨厚度法进行计算,如公式(1):
公式(1)
其中:V——初期雨水量,单位/m3;
hi——降雨厚度,单位/mm,取10mm;
Si——汇水面积,单位/ha,取14.68ha;
φi——综合径流系数,取0.37。
经计算得出,初期雨水量为543.16m3,取水力停留时间5天,确定好氧塘容积为2715.8m3。
5 结论及展望
随着农业径流污染、城镇雨水径流污染等问题的解决,将进一步提升车家河(车家村段)的水生态环境质量。由此形成的生态系统,不仅可以为水禽提供丰富的食物来源,繁茂的植物群丛也可以为水禽提供栖息繁殖所必需的安全空间,这对于增加车家河的生物多样性和生态系统的稳定性、调节当地气候具有重要的意义。
本工程的建设也将给车家河(车家村段)范围内的景观带来极大的改善,给车家村带来新的生机,是践行“绿水青山就是金山银山”最好的答卷。
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