镇江北固滨岸湿地交错区生态强化净化溢流污染的研究

第1页共6页镇江北固山滨岸湿地交错区生态强化净化溢流污染的研究成小峰1陶明清2张耘11镇江市水利投资公司2江苏中天环境工程有限公司江苏镇江212001[摘要]采用多种生物-生态技术强化滨岸湿地系统的净化能力来治理城市滨江溢流污染，通过优化设计和配置具有不同功能和作用的湿地生物和生态技术手段，提升溢流污染受纳区域滨岸湿地系统自然净化能力，试验研究复合生态坡岸、湿地滨岸交错区和天然湿地水体净化能力，并示范其集群水环境治理效能。关键词：复合生态坡岸湿地滨岸交错区滨岸湿地系统溢流污染1引言镇江北固山滨岸湿地系统是从陆地到湿地的过渡性水生生态系统，滨岸湿地系统由复合生态坡岸-湿地滨岸交错区-天然湿地系统有机组合而成，是面源控制系统、生物多样性营造和生态景观区的重要组成部分。构建滨岸湿地水生生态系统的主要功能有：营造良好的生境条件，提高水体净化能力，有效削减和控制面源污染；丰富滨岸湿地交错区生物多样性，营造良好景观协调性。2复合生态坡岸水体净化技术复合生态坡岸应满足护坡防雨水冲刷的要求；其次，作为从陆地到水体的过渡带，在内江水位存在年周期、月周期和日周期变化的水文条件下，其生态系统应具有较好的水陆两栖适应性；作为污染物进入内江的第一道防线和内江水体的边界，复合生态坡岸应具有一定的截污能力和水体净化能力；作为北固山风景区和滨江观光大道的有机组成部分，复合生态坡岸应具有良好的景观协调性。护土生态栅是一种有着连续孔隙的多孔混凝土栅，水与空气能够通过；护土生态栅的多孔结构不仅提供了适于微生物生长的生存环境，而且多孔混凝土栅上形成的生物膜降解水中的污染物质，便于植物吸收利用从而使水质得到净化。2.1复合生态坡岸构建在堤岸的土坡平整成型后，在其上铺设一层土工膜，再在其上铺设120mm多孔混凝土垫层，最后在多孔混凝土垫层上安装护土生态栅单元体。施工时要确保自然石块与多孔混凝土垫层间的牢固连接。。在防渗抗冲刷层施工完毕后，在护土生态栅之间的空间中添加一层10～15mm厚的营养土，播种各种净化水体的植物。植被播种时应选择雨水少的3、4月份，在播种各种净化水体的植物后，应派专业人员进行管理、维护，可以赶在丰水期的到来前形成良好的植被系统。1江苏省科技支撑计划（BE2008615）、国家“十一五”重大水专项（2008ZX07317-001）资助项目第2页共6页图1护土生态栅单元体施工工艺：坡面平整铺设土工膜浇筑12mm厚多孔混凝土垫层护土生态栅块安装、连接铺设表层营养土，内含土著优势草种。为了确保植物的生长，原则上就地选取地表土壤（表层20cm厚的土壤）。当表层土资源有限时，也可选取表层土以下的土壤，但需对此土壤进行处理，主要根据植物生长的需要在土壤中混入植物生长必须的肥料。混入量及混入肥料的种类可根据对土壤的测试结果及所栽培的植物品种确定。2.2复合生态坡岸对水体净化能力护土生态栅对水体净化能力试验分2批进行，每批试验共用10个水缸从右向左分别为：1号（纯植被混凝土栅）；2号（无植被混凝土栅）；3号（空白）；4号（螺植被混凝土栅）；5号（螺混凝土栅）；6号（空白）；7号（纯植被混凝土栅）；8号(无植被混凝土栅)；9号（螺植被混凝土栅）；10号（螺混凝土栅）。依据试验要求分别取内江水体和径流污水，第一批实验取内江水体，第二批取北固山地表径流水，水质指标见表1和表2。表1初始内江水质指标及引种的实验生物量（g）TP（mg/L）TN（mg/L）CODImn（mg/L）Ss（mg/L）水龙生物量（g）螺蛳生物量（g）0.42.026.71208012表2初始地表径流水质指标及引种的实验生物量TP（mg/L）TN（mg/L）CODIm（mg/L）nSs（mg/L）水龙生物量（g）螺蛳生物量（g）4.06.086.02208012取内江水，接种杂藻，自然光照射。水族箱型：长×宽×高＝40×30×30cm3，实际存水容积控制在30L。采用8月份滨江湿地试验基地栽培于高位湿地的整株材料，干重（烘干至恒重）的TP为0.40%，TN0.18%；水龙鲜重（纱布包裹洗衣机甩干重）与干重比值为：1:11。螺蛳平均体重1.2g，每个水族箱水龙投放量为80g，螺蛳投放量为12g。表3不同护土生态栅型对内江和地表径流污染的去除率水体类型内江地表径流水质指标TPTNCODSSTPTNCODSS第3页共6页生态栅型纯植被混凝土栅90.0%85.0%73.4%75.0%83.0%66.7%71.5%77.7%无植被混凝土栅87.5%74.5%73.0%54.2%64.5%58.0%62.8%59.1%螺植被混凝土栅92.5%76.0%83.5%96.7%※※※※螺混凝土栅95.0%61.5%73.3%91.7%※※※※空白60.0%25.0%45.2%-79.2%24.5%26.5%-2.3%-45.9%无论是纯植被混凝土栅、纯混凝土栅、水龙螺混凝土栅还是螺混凝土栅四种生态型混凝土栅，各项水质指标均优于空白组，第五周纯植被混凝土栅总磷、总氮、COD、SS的消除率分别为90.0%、85.0%、73.4%、75.0%；纯混凝土栅总磷、总氮、COD、SS的消除率分别为87.5%、74.5%、73.0%、54.2%.水龙螺生态型混凝土栅总磷、总氮、COD、SS的消除率分别为92.5%、76.0%、83.5%、96.7%；螺混凝土栅总磷、总氮、COD、SS的消除率分别为95.0%、61.5%、73.3%、91.7%。3滨岸湿地交错区水体净化技术滨岸湿地交错区自净能力系统组成包括底泥自净系统、水生植被自净系统、堤岸陆生植被自净系统（草、灌木过滤带）、水生动物自净系统，其中最主要的自净系统是底泥与水生植被自净系统，各系统均与微生物密切相关。3.1底泥与水体的微生物的净化微生物在水生态系统中，对大多数营养元素、有机物质的转换和能量的流动起着至关重要的作用。通过对湿地水域主要微生物功能菌群进行生态调查，分析该区域主要微生物功能菌群与环境的相关性，认识了该区水体微生物对水生态系统中的净化和修复作用。0123456lg(OPB)2005年10月2006年1月2006年4月2006年7月采样时间有机磷降解菌(OPB)的数量和分布1#2#3#4#5#6#7#8#0123456lg(AB)2005年10月2006年1月2006年4月2006年7月采样时间氨化菌(AB)的数量和分布1#2#3#4#5#6#7#8#00.511.522.533.5lg(IPB)2005年10月2006年1月2006年4月2006年7月采样日期无机磷降解菌(IPB)的数量和分布1#2#3#4#5#6#7#8#00.511.522.533.54lg(NB)2005年10月2006年1月2006年4月2006年7月采样时间硝化菌(NB)的数量和分布1#2#3#4#5#6#7#8#00.511.522.533.54la(DNB)2005年10月2006年1月2006年4月2006年7月采样时间反硝化菌(DNB)的数量和分布1#2#3#4#5#6#7#8#0123456lg(HB)2005年10月2006年1月2006年4月2006年7月采样时间异养菌(HB)的数量和分布1#2#3#4#5#6#7#8#第4页共6页图2滨岸湿地交错区微生物功能菌群数量和分布通过对不同时间的不同采样点的微生物的调查表明，构建滨岸湿地交错区后的水体中的有机磷菌、无机磷菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌的数量，总体上都高于修复前的同一季节的同一水体。而这些微生物功能菌群在水体N、P元素的迁移、转化中发挥着重要作用，有效减轻水体的N、P污染的程度，参与了水体的生物自净过程，改善水质。因此，构建的滨岸湿地交错区增加了水体自净能力。3.2滨岸湿地交错区水生植被自净系统依照滨岸湿地交错区水生维管束植物的生态、分布而分为:挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四类。目前挺水植物有芦苇、虉草、香蒲、茭草、野荸荠、水蓼、旱苗蓼、荷花、菖蒲、慈菇，其中后三种是本项目实施的人工栽培；浮叶植物有菱角、芡实均为本项目实施的人工栽培；漂浮植物有凤眼莲、喜旱莲子草、黄花水龙、荇菜、水蕹菜，其中后三种为本项目实施的人工栽培；沉水植物有菹草、苦草、马来眼子菜、轮叶黑藻、穗状狐尾藻、金鱼藻，其中后四种为本项目实施的人工栽培；上述内江自净能力系统组成中比较重要的植物有芦苇、虉草、香蒲、黄花水龙、荇菜、水蕹菜.鉴于荇菜、黄花水龙、水蕹菜三种植物既能在丰水期作为漂浮植物在水面生长，又能在枯水期作为湿生植物在地面生长的生物习性。滨岸湿地交错区内江现场实验：设置4个水龙浮巢围框，每个框架内用麻绳绑缚水龙苗，将其固定在框架两边，形成斑马线状分布。滨岸湿地交错区7~8月大东沟，围隔浮巢面积为4×2m2，荇菜初始生物量10000g。表4无荇菜对照区水体各项水质指标（mg/L）周数氨氮总氮磷酸磷总磷CODDO悬浮物02.66.00.50.8702.26232.26.20.50.7663.06662.15.80.50.8743.068表5有荇菜网围区（调控区）水体各项水质指标（mg/L）周数氨氮总氮磷酸磷总磷CODDO悬浮物02.66.00.50.8702.26231.13.00.30.4423.840相对降低率%5051.640.042.936.439.460.31.20.040.1144.211相对降低率%85.779.392.087.581.183.8围隔荇菜浮巢试验结果表明，在水温28~32℃的条件下，21天的生长期，荇菜围隔区水体中NH4+-N、TN、PO43--P、TP、CODMn、SS等指标相对于对照组的降低量分别为50.0%、51.6%、40.0%、42.9%、36.4%、39.4%；荇菜生长量为95kg，增长了9.5倍。42天的生长期，荇菜围隔区水体中NH3-N、TN、PO43--P、TP、CODMn、SS等指标相对于对照组的降低量分别为85.7%、79.3%、92.0%、87.5%、81.1%、83.8%。第5页共6页浮巢示范工程水域中水质有明显改善，11月份浮巢中央透明度达90~130cm，平均透明度100cm；浮巢外透明度为25cm。4天然湿地净化水体4.1芦苇和虉草吸收TN、TP能力芦苇和虉草种群是内江湿地中的优势种群，两者的生物量大、适应性强，水体中的TN、TP在植物体内形成积累，并通过收割其地上部分从而达到移除TN、TP的目的，所以植物TN、TP的积累能力是其水质净化能力的决定性因素。研究表明，湿地芦苇、虉草的生物量分别在在11月份和5月份达到顶峰，生物量达峰值时期测定地上部分各器官的生物量及其氮、磷含量如下表所示。表6芦苇和虉草不同器官的生物量及氮、磷含量项目器官芦苇虉草生物量(g.m-2)氮含量（mg.g-1）磷含量（mg.g-1）生物量(g.m-2)氮含量（mg.g-1）磷含量（mg.g-1）叶106611.63.9823321.34.99茎22135.42.718535.71.56穗21718.07.223413.87.63地上部分34968.13.3811209.22.46表6单位面积芦苇和虉草的地上部分生物量为叶、茎、穗各器官生物量的累加，地上部分氮、磷含量为地上部分生物量为叶、茎、穗各器官的平均含量器官生物量器官氮含量器官生物量平均氮含量单位面积芦苇和虉草的地上部分氮、磷积累量(g.m-2)为叶、茎、穗各器官氮、磷含量（mg.g-1）与其生物量(g.m-2)乘积的累加。计算得到芦苇和虉草的地上部分生物量及氮、磷积累量分别如下表。表7芦苇和虉草地上部分TN、TP积累量芦苇虉草氮积累量(g.m-2)28.22210.294磷积累量(g.m-2)11.8072.753芦苇和虉草分别在11月份和5月份生物量顶峰期收割时，芦苇地上部分TN含量（mg.g-1）略低于虉草，而地上部分TP含量（mg·g-1）则高于虉草。但由于芦苇地上部分生物量大大高于虉草，造成芦苇地上部分TN、TP积累量(g·m-2)大大超过虉草。这一结果对天然湿地修复的规划具有重要意义。在湿地修复过程中