园区河道水质生态修复技术方案(技术部分)(共118页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上河道水质生态修复技术方案1 针对项目的完整设计方案1.1 项目概况1.1.1 基本情况沧州市,简称“沧”,是辖市,地处河北省东南部,东临渤海,北依京津,南接,贯穿市区,因东临渤海而得名,意为沧海之州。距首都240公里,距120公里,距省会221公里。全市辖2区10县4市,总面积1.4万平方公里。沧州市是国务院确定的经济开放区、之一,也是基地和重要陆海交通枢纽,是和。沧州境内有、黄骅古贡枣园等七处全国重点文物保护单位。2018年,沧州市实现生产总值完成3676.4亿元,同比增长6.4%。户籍人口783.13万人,常住总人口758.6万人。2018年12月,被评为2018
2、中国大陆最佳地级城市30强。沧州地跨北纬3729至3857,东经11542至11750,处于河北省东南部,东临,北依京津,南接山东,京杭大运河贯穿市区,因东临渤海而得名,意为沧海之州。总面积1.4万平方公里。距首都北京240公里,距天津120公里,距省会石家庄221公里。沧州地处冀中平原东部,地势低平,起伏不大,海波最高17米,最低2米。地势自西南向东北倾斜,其西部是山前冲积扇缘的一部分,中部是由、等河流冲积形成的广阔平原,东部为渤海潮汐堆积形成的滨海海积湖积平原。州地处河海流域,三大水系汇入沧州,贯穿东南西北,交叉纵横。有20多条河流汇聚9处入海,多处湿地及硕大的苇海,保持着良好的生态环境,
3、是200多种候鸟的迁徙停留地。总面积366平方公里的白洋淀,下游出口在沧州所辖的任丘市,淀水经大清河直通天津,是一个以水体为主的北方水乡旅游休闲胜地。1.1.2 生态及水质现状河道整治过程中已实施两岸绿化景观、生态护坡和水体水生植物种植等工程措施。目前由于上游来水质整体较差、初期雨水地表径流污染、河道周边环境不容乐观等外部因素;以及河道本身溶解氧水平较低导致河道生态措施未能完全发挥功效、继而使氨氮和总磷等污染因子长期维持高浓度状态,降低河道水体自净功能等内部因素,部分水质情况较差,基本处于劣V类。为监测公园整体的污染情况,在公园设置了2个监测断面,分别为南湖公园监测断面和千童公园监测断面,河道
4、水质类别及主要污染物监测数据见下表。从监测数据可以看出,公园水质类别基本为劣V类,主要污染物为总磷及氨氮。1.2 治理目标第一阶段为治理期(施工前需完成本底值检测),治理期内高锰酸盐指数小于15mg/L,氨氮本底值在8以上指标下降35%以上,氨氮本底值在8以下指标下降20%以上,总磷本底值在1.6以上指标下降35%以上,总磷本底值在1.6以下指标下降20%以上。透明度40cm,水质消除黑臭,持续稳定达到河北省剿灭劣V类水验收标准;第二阶段为维护期,维护期内第一年水质好转,稳定达到河北省剿灭劣V类水验收标准,第二年达到地表水V类水(地表水环境质量标准GB3838-2002)。1.3 其他要求项目
5、工期为治理期和维护期,治理期为2个月,维护期为10个月。甲方出具项目竣工验收意见之日起,由乙方负责维护水生态系统的稳定和水质的稳定。1.4 设计依据(1)中华人民共和国水污染防治法2008年6月;(2)城市污水处理及污染防治技术政策2000年5月;(3)中华人民共和国环境保护法2015年1月;(4)中华人民共和国地表水环境质量标准(GB3838-2002);(5)城市排水工程规划规范(GB50318-2000);(6)室外排水设计规范(GB50014-2006);(7)河北省河道建设标准DB33/T614-2006;(8)河道生态建设技术规范DB33/1038-2007;(9)现场调研和分析获
6、得的相关资料;(10)我公司治理保证手册及程序文件;(11)我公司同类型工程施工经验。1.5 设计原则(1)总体定位:利用环境工程微生物学及生态学原理,遵循人与自然协调发展的理念,结合各种水环境生物修复及生态修复技术,实现工程投资及运行成本低、水质净化效果好、抗冲击力负荷能力强、水体的生态工程与景观视觉效果优异等环境效益和社会效益,改善河道水质,美化河道生态环境。(2)功能性原则:工程设计实现景观水体功能性要求,包括观赏功能、娱乐功能、保障功能和生态调节功能;(3)采用高效节能、简便易行的处理工艺,降低工程投资和运行费用。(4)选用质量可靠、售后服务便捷的厂家所生产的设备与材料,设备选型做到合
7、理、可靠、先进;(5)采用可再生能源治水护水,节能减排,同时降低运行成本;(6)坚持以人为本与可持续发展原则。1.6 设计思路、原理本工程拟从河道内部着手,通过沉水曝气和喷泉曝气等曝气复氧技术解决河道水体溶解氧水平过低的问题,通过生态浮岛和沉水植物对河道的水质和景观效果进行提升,促进河道已有生态措施最大程度发挥功能,降低水体氨氮、总磷等主要超标因子的浓度,达到河道水质与景观功能的双重提升。2 河道水质生态修复设计及水质管理方案2.1 曝气复氧技术水体含氧量低不利于水体中好氧微生物的生长与繁殖,导致厌氧微生物大量繁殖,降低有机物等营养物质的降解速率,产生硫化氢、氨氮等致黑臭物质,引发河道黑臭,对
8、水生动物的生长与繁殖产生危害。(1)氧气在水生态系统中的地位水生态系统是由绿色植物、水生动物和微生物以水、阳光、空气、土壤等非生物因素组成。生态系统的生物组成部分可分为生产者、消费者和分解者。生产者是指绿色植物,通过光合作用将CO2和水合成有机物,是生命存在的基础;消费者是指以植物为食物,获得物质和能量的动物;分解者是指各种细菌和微生物,当植物和动物死亡后,分解者将其分解转化为无机物,再供生产者利用。一个健康的生态系统其组成部分必然充分发展且相互平衡,才能具有完善的生态功能。在生态系统的物质能量循环过程中,氧气起着至关重要的作用。作为生产者的植物在光合作用合成自身组成物质的同时,也在进行着分解
9、作用的呼吸过程,这一过程必须有氧气才能将物质氧化从而使生物体获取能量;作为消费者的动物在生长过程中更是一刻也不能离开氧气;作为分解者的细菌在分解有机物的过程中也必需氧气才能完成。溶解氧是所有水生生物生存的必要条件,一般当水中溶解氧含量在5-7mg/L时,鱼虾可以正常生长繁殖,而当溶解氧含量低于2mg/L时,一般鱼类停止进食,当溶解氧含量低于1.3mg/L时,虾将窒息死亡。由此可见,水中溶解氧的存在对于组成水体生态系统的生物组成是至关重要的。水体自净能力是水生态系统最重要的一个特点,是水生态功能稳定的必要条件。当水体接纳外源排入的污染物后,在水体中通过物理、化学和生物化学的作用以及高等植物的生长
10、吸收作用下消减或转化,使系统恢复至接纳污染物之前的状态。水中的溶解氧在水体自净过程中同样起着关键作用,是必需的反应物。有机污染河道中的有机物在转化成CO2和H2O的过程中,1克有机碳氧化需要2.67克氧;富营养化水体中,1克氨氮的氧化需要4.57g氧,因此为消减河道内的污染物,保持水体生态系统的自净能力,必需保证河道水体中充足的溶解氧。(2)河道水体的复氧在一定温度和压力下水能溶解氧气的最大值称为饱和溶解氧。饱和溶解氧的大小与温度和压力等有关,水温越低,饱和溶解氧越大;在同一温度下,饱和溶解氧随水压力增大而增大。当水中溶解氧的实际值低于饱和值时,大气中的氧就会向水中溶解。水体由于耗去原有溶解氧
11、而重新获得氧气的过程称为复氧过程,水体的自然复氧有两种方式,一是由于水面和大气接触,在大气压力作用下,氧气分子通过气液界面进入水体中,在由水中通过扩散作用进入水体补充水体中的溶解氧;二是通过水生植物的光合作用进行复氧,沉水植物由于生长在水里,光合作用释放的氧直接溶解至水体中,向水体复氧。挺水植物则通过根部向水体和底泥中释放氧气。大气复氧的速率与水流、温度等水文条件有关。水生植物光合作用的复氧效果与水生植物覆盖面积的比例有关,且不同种类的水生植物复氧能力存在一定的差别。城市河道中由于水流缓慢,大气复氧速率较低。受污染河道中水生植物较少,光合作用复氧效果较差,因此通常城市河道的自然复氧无法满足水体
12、生态自净能力对溶解氧的需求。为满足河道自净对溶解氧的需求,通常采用人工曝气增氧的方法,维持河道水生态的自净能力。2.2 微孔曝气系统在河道水底布设成套的漩涡风机曝气装置,对水体采用强力微曝气的方式对水体进行复氧,提高水体氧化还原电位,削减耗氧性物质,增强水体的净化功能,减轻水体污染负荷,促进河流生态系统的恢复,是生态修复重要的工程保障手段。本方案采用微孔曝气系统,拟在公园放置曝气装置1套,曝气软管采用DN50规格,长约100m。类似施工案例见下图。 图3-1微孔曝气系统工程案例2.2.1 工艺概述河道水体中溶解氧过低不利于水体中好氧微生物的生长与繁殖,导致厌氧微生物大量繁殖,降低有机物等营养物
13、质的降解速率,产生硫化氢、氨氮等致黑臭物质,引发河道黑臭,对水生动物的生长与繁殖产生危害。同时,在脱氮过程的消化过程中,硝化菌将氨氮转化成硝态氮的过程消耗大量溶解氧。提高水体中溶解氧含量可抑制厌氧微生物的繁殖,抑制黑臭,促进好氧微生物对有机物的降解;形成氢氧化铁,在底泥表层形成密实的“盖层”,防止底泥上浮,减缓其回释;形成多种微生物和水生动物共存的复杂生态系统(细菌、真菌、霉菌、藻类、原生动物、后生动物、底栖动物等水生动物及水生植物);保持植物根区好氧环境,发挥生态净化系统的强大作用。本项目拟选用“穿孔曝气”,提高水体中溶解氧浓度水平,改善水环境条件,加快水体自净速率,美化河道景观。本项目拟采
14、用具有高效充氧能力、运行稳定性好的设备。2.2.2 穿孔曝气系统穿孔曝气系统由鼓风机、曝气装置和一系列连通的管道所组成。鼓风机将空气通过一系列管道输送到安装在生化池底部的曝气装置,经过曝气装置,使空气形成不同尺寸的气泡。气泡经过上升和随水循环流动,最后在液面处破裂,在这一过程中产生氧向混合液中转移的作用。漩涡风机特性和优势如下:(1)压力稳定:优异的运转平衡性能,机械精密度高,运转部分零件经过极精密的平衡设计、测试、校正,所以震动率极低,搅拌均匀,水波翻滚高度一致。(2)轴承前置新型设计,常动态稳定;(3)节能环保:叶轮直接与电机轴相连,在旋转中无需其他配件,在运行中没有摩擦,更无需内部润滑,
15、因此输出的空气完全无油,纯净环保;(4)高性能密封圈有效阻止外界异物进入机体,有效的提高产品使用寿命;(5)超低噪音:低噪音直接传动,及入口皆有内藏式消音,经测试风机可以长时间平稳,安静的运行(6)维护简单::除了叶轮之外,全风高压风机没有其它动件,且叶轮直接连接马达,无齿轮和传动皮带,因此可靠性更高,达到几乎免维护,节省大量的运行和维护费用;轴承运转温度低;润滑油脂寿命长;免保养。(7)安装容易:配备齐全,可随时安装与使用,供压缩空气或用于抽真空,也可任意安装于水平或垂直的方向。表 21 旋涡风机参数型号RB-077风量(m3/min)7.5/9.5功率(kW)5.5频率(HZ)50/60压
16、力(mmH2O)2600/3200图 32 漩涡风机(4)穿孔曝气管优势与特征如下:穿孔曝气管是一种应用较为广泛的中气泡曝空气扩散装置,由管径介于2550mm之间的钢管或塑料管制成,在管壁两侧向下相隔45o,留有两排直径35mm的孔眼或缝隙,间距50100mm,压缩空气由孔眼溢出,孔口速度为510ms。这种扩散装置的优点是:1) 构造简单,安装平整度要求低,在池底输气管与曝气管合二为一,不需附加管道设备。2) 不易堵塞,运行阻力小。3) 体积小,运输费用低。4) 安装简单,安装费用低,无漏气隐患。5) 耐酸、碱腐蚀,不老化,不撕裂,使用寿命长。6) 气道短而直,气压损失小,软管内、外表面光洁度
17、高,不附着生物膜。 7) 氧利用率高,售价较其它曝气器低,性能价格比高。8) 气源无特殊要求,不需空气过滤设备。9) 软管气孔密度大,布气均匀,服务面积大,无死角。10) 克服了其它曝气器稳定性差的缺陷,无后顾之忧。2.3 喷泉曝气本设计拟在景观节点布设喷泉曝气机,对水体进行曝气充氧,同时与周围景观生态浮岛相呼应,营造优美的景观效果。在水域设置提水曝气装置,可以提高水中的溶解氧浓度,降低水温、改善水质,起到抑制厌氧条件的作用。提水曝气可以快速为水体充氧,还可以促进水体循环,湿润周围空气,减少尘埃,降低气温,缓减城市热岛效应;喷泉的细小水珠同空气分子撞击,能产生大量的负氧离子,有益于改善城市面貌
18、和增进居民身心健康;喷泉还可以将底层含浮游植物少的水体带到表层,提高水体的流动性和混合性。同时,曝气机的强大动力所产生的浪花能覆盖整个水面,使氧气能均匀分布到整个水体中,提高水中溶解氧,营造出一个更自然更优美的天然水景。图 33 喷泉曝气效果图喷泉曝气机的主要特点有:1) 输出效率高,水循环效果明显;结构紧凑、噪声低、故障率小、具有节能低耗环保等优点。2) 主体设备采用优质不锈钢和GRP复合材料完全耐各种腐蚀水体,设备使用适应范围广、轻便、耐用、高效、经济于一体。3) 曝泉曝气于一机化,不需要机房及任何管道、泵、阀,不存在堵塞现象。4) 特有的造景功能设备,喷起水花造型优美,极大地增加了河道的
19、气质和装饰性,充分体现了人与自然的和谐。5) 在工作过程中优越的推动水循环功能有效地防止封闭性的水质腐臭问题,为水体添光加彩。表 32 喷泉曝气机的运行参数型号AIRSTREAM-A220额定功率(Kw)2.2电 压(V)380水花直径D(m)6.0喇叭花高度H(m)2.5中心水柱高H(m)7.0增氧能力KgO2/h0.9循环通量m3/h68感应水体m3/h24002.4 生态浮岛技术生态浮岛的建设兼顾水质提升与景观效果,增加微生物繁殖空间,向水体提供大量好氧厌氧微生物,增强水体生物活性,同时给水生态系统中食物网链体系提供基础营养源。生态浮岛的构建促进水生生态系统重建,有利于生态食物链体系的快
20、速形成和稳定。(1) 生态浮岛净化机理生态浮岛即水生植物栽植净化技术,是以水生植物忍耐和超量积存某种或某些化学物质的理论为基础,利用植物及其共生生物体系清除水中污染物的环境污染治理技术。该技术对于控制水域富营养化问题有非常重要的作用,在具体实施应针对水质污染程度、污染物性质、水体特点等采用不同的生态植物,避免造成二次污染。水生植物处理技术是以水生植物为主体,应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位与营养生态位的关系,建立高效的人工生态系统,以降解水体中的污染负荷,改善系统内的水质。生态浮岛结构示意图和作用机理如下图所示:图 34 生态浮岛结构示意图图35 生态浮岛的机能和效果(2) 景观浮岛
21、的设计构建浮岛在进行设计和构建实施时,需考虑以下5个方面的问题,其集中点在于浮岛的结构问题。1) 稳定性:为防止被风浪冲走,或者单元与单元之间的碰撞,浮岛应该具有足够的稳定性,以保持其位置和形状。2) 耐久性:尽量选择无污染、抗老化、耐腐蚀的材料,否则不仅管理困难,更易造成浪费。3) 经济性:在达到效果的同时,力求减少投资成本,降低运行费用。4) 景观性:不仅能形成优美的景观,而且能使其与周围的景观相协调。5) 施工性:便于运输,易于拼接、移动和维护。图36景观浮岛设计构建流程(3) 景观浮岛植物选择通过对植物的筛选、比较和分析,将既符合净化水质又符合景观美化两大功能的植物归纳如下:1) 金属
22、元素吸收能力较强的挺水植物有:灯心草风车草泽泻慈姑宽叶香蒲薄荷草荷花水蓼。2) 对磷氨去除效果较明显的有:水芹水葱黄菖蒲梭鱼草芦竹香蒲美人蕉千屈菜鸢尾。植物选择除了考虑其净化功能、景观功能、适地适树等因素外,浮岛制作还需要考虑植物不能太高,否则难以固定、容易折断,而且很容易因为受风力而使得浮岛倾斜、沉没。总之,在选择水生植物时需注意以下6个方面:1) 选择的植物应为适宜水系、水质条件生长多年的水生植物。2) 以耐污抗污、且具有较强的治污净化潜能的植物为主。3) 根系发达、根茎分蘖繁殖能力强,即个体分株快。4) 植物生长快、生物量大。5) 选择冬季常绿的水生植物或驯化后的具有景观价值的陆生植物。
23、6) 满足景观空间形态的需求,综合岸线景观和湖面倒影、水面植物进行适当的景观组织。(4) 本工程拟种植的景观浮岛植物特性本工程设计种植挺水植物种类包括旱伞草、香蒲、凤眼蓝等,其植物特性如下:1)旱伞草旱伞草(Cyperus alternifolius),又名水竹、风车草等,莎草科莎草属多年生草本,其茎杆挺直细长的叶状总苞片簇生于茎杆,呈辐射状,姿态潇洒飘逸,不乏绿竹之风韵喜温暖、湿润、半阴条件,不耐寒,生长适宜温度为20-25。越冬低温时地上部分枯死,对土壤的要求不严格,但喜腐殖质丰富、保水力强的黏性土壤。旱伞草性喜温暖、阴湿及通风良好的环境,适应性强,对土壤要求不严格,以保水强的肥沃的土壤最
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