1、1.1 生态净化工程近些年，国内污染河道治理技术在控源截污和内源治理的基础上，又发展了生物生态修复等措施，主要包括微生物强化技术、生物膜技术、植物净化技术和生物生态净化技术等。根据本工程水体特点，结合周边用地情况综合考虑，采用生物膜和植物净化技术，使徐泾港和金更浪在水质提高的同时提高水体感官效果。1.1.1 治理目标（1）感官目标改善水体感官质量，达到水清、无味、岸绿、天蓝、景美的效果。（2）水质目标近期消除河道黑臭；远期河道水体水质主要水质指标：DO、NH3-N、TP、BOD5满足V类水标准。1.1.2 指导思想因地制宜：结合河道现状，贴近规划定位；降低干扰：尽量减少工程措施，多采用模块化装2、配式施工；远近结合：迅速改善感观指标，近期目标与远期效果相辅相成；生态理念：着眼提升自然河道的自净功能，降低维护成本；兼顾景观：体现“城市”特色，营造景观，人水和谐。1.1.3 生态净化措施河道受污染型式多种多样，治理技术也相应有不同的选择。黑臭河道主要采用曝气复氧和微生物处理技术，着眼于去除有机物和氨氮；并采用物理化学或生态技术，去除氮磷营养，抑制藻类。1.1.3.1 人工增氧溶解氧（DO）是衡量水质的一个重要参数，是指溶解在水中的分子态氧，它的饱和程度与空气中氧的分压，大气压和水温有密切关系；影响其含量的因素主要有：曝气作用、光合作用、呼吸作用与废弃物的氧化作用。河道黑臭的根本原因是水体中3、溶解氧含量不足，人工增氧是城市水环境生态修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治理。它是通过一定的增氧设备，增加水体溶解氧，加速河、湖水体和底泥微生物对污染物的分解，为水体中各种水生动物呼吸提供氧气，促进系统生物多样性的发展。根据市场调研，目前市面上常见的曝气装置，根据动力来源，可分为太阳能曝气机、直流电曝气机。太阳能曝气机：环保，无需电缆，无需安装基础，无需日常人工操作；可与水生植物搭配，有一定的景观效果。直流电曝气机：无需安装基础，不受水位影响，但有供电要求，需沿河设置电缆。 图5.9-1 一体式太阳能曝气机 图5.9-2 分体式太阳能曝气机 图5.9-3 喷水式曝气机 图5.4、9-4 涌泉式曝气机河道水体中的机械曝气机供氧量，在考虑大气复氧率的基础上，既需要满足河道污染物的削减耗氧量，并且要求达到一定的设计目标值。大气复氧率与水深、流速、现状河道溶解氧和现状温度条件下的饱和溶解氧有关，可根据经验公式得出。削减河道污染物的耗氧量与污染物削减系数和达到设计目标值需削减的河道污染物量有关。所需曝气机数量可根据下列公式计算：式1： 设计曝气机台数，台；河道水体体积，m3；河道需氧量，mg/（Ld）；曝气机供氧量，kgO2/h；曝气机一天工作时间，h/d；氧利用率。太阳能曝气机的单台供氧量约为1.5 kgO2/h. 台，工作时间约6h/d，氧利用率约为20%。单台曝气机在河道5、中有效服务长度约5080米，设计时应考虑曝气机实际服务河道的长度。1.1.3.2 生物膜技术（1）复合生态浮床复合生态浮床一般由水生植物、浮体和填料等构成，是生物膜技术和植物净化技术的复合技术。复合生态浮床运用无土栽培技术原理，以高分子材料等为载体和基质，应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态系统，并通过介质上形成的生物膜的共同作用，削减水体中的污染负荷。即把特制的轻型生物载体按不同的设计要求，拼接、组合、搭建成所需要的面积或几何形状，放入受损水体中，将水生植物植入预制好的漂浮载体种植槽内，让植物在类似无土栽培的环境下生长，植物根系自然延伸并悬浮于水体6、中，下部悬挂生物填料，利用微生物-植物生态系统有效地吸附、吸收水中的氨、氮、磷等有机污染物。植物和浮床的共同作用为微生物和微型生物及鱼类提供了附着基质和栖息场所。这些生物能大大加速截留在根系周围的有机胶体或悬浮物的分解矿化。利用适合相应河道水体环境的水生植物及其共生的微环境，有利于形成一个良性的水生生态系统，为其它生物提供良好的生存环境，改善水生生态系统的生物多样性。一、脱氮机理复合生态浮床可以吸收利用水体中一部分的氨氮和硝态氮来满足自身生长的需要。生物脱氮主要包括微生物的硝化、反硝化作用。氨氮在生物接触氧化池中的去除可以分为生物膜吸附和生物硝化降解两个阶段，在较短的时间内，水中的氨氮先与生物7、膜接触并被其吸附，随后发生生物硝化过程。亚硝酸氮的去除主要是通过硝化菌的硝化作用完成的。脱氮机理图如下：图5.9-5 脱氮机理示意图硝化细菌的生命活动：亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸。反应式：。硝酸细菌（又称亚硝酸氧化菌），将亚硝酸氧化成硝酸。反应式：。这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在10小时以上。硝化细菌的存活需要水分，还需要很高的氧气，只有同时满足了水分与氧气的供应，它们才能存活。二、除磷机理进水中的总磷主要由颗粒型磷和溶解性磷组成，前者主要依靠填料以及植物根系的截留及沉淀作用去除8、，而溶解性的磷主要依靠附着在填料、植物根部的聚磷菌和浮床植物的吸收作为自身生长所需的营养物质。聚磷菌不是单一的微生物菌群，很多细菌均具有聚磷的能力。三、除有机物机理生物接触氧化对有机物的去除机理主要有以下几个方面：微生物对小分子有机物的降解，由于微生物生长代谢中物质和能量的需要，将部分低分子有机物分解成二氧化碳和水，同时也将降解中生成的部分中间产物合成微生物体；微生物胞外酶对大分子有机物的分解作用，生物吸附絮凝作用，依靠系统截留浊度的形式也可以去除部分有机物。四、除浊度和藻类机理浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等9、有关。复合浮床系统对浊度的去除主要依靠填料以及植物根部的截滤作用；另一方面是通过自然沉淀去除。对藻类的去除主要依赖以下几种作用：填料上生物膜的吸附、附着；微生物的氧化分解，生物絮凝沉淀；填料和植物根系的截留。复合生态浮床上生长的大量原生动物、后生动物也对藻类具有捕食作用，可以有效抑制藻类的生长繁殖。 图5.9-6 复合生态浮床实际应用效果展示在水体中建造复合生态浮床能有效的增加城市的绿化面积，还能为鱼类、鸟类、昆虫等提供养生的场所，增加生物多样性，改善区域环境，有利于生态城市的建设。复合生态浮床利用水生植物和填料的共同作用，对河道污染水体进行脱氮除磷。根据实验研究表明，复合生态浮床的氨氮负荷约10、为0.211.46g/（m2d），总磷负荷约为0.050.98g/（m2d）.根据河道现状污染物指标、设计水质指标和设计水质净化时间，分别计算去除氨氮、总磷所需复合生态浮床的量，设计工程量取两者最大值，并考虑一定的安全裕度。式2：所需浮床的面积，m2；河道总蓄水量，m3；河道污染物现状值，mg/L；河道污染物目标值，mg/L；生态修复时间；污染物负荷；安全系数，取1.1。（2）生物基生物基是利用污水处理的生物接触氧化法的基本原理，以附着在载体（俗称“填料”）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。物质在生物基中的传递过程主要为：1）空气中的氧溶解于流动11、水层中，通过附着水层传递给生物膜；2）有机污染物由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜；3）微生物的代谢产物如H2O等通过附着水层进入流动水层，并随其排走；4）CO2及厌氧层分解产物如H2S、NH3、以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。 图5.9-7 生物基应用实例图生物基是附着在填料上的生物膜，当有机污水与生物基介质流动接触，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。生物基设置在河底，不占用水面空间，且由高分子材料制成，一次12、性安装后，不会腐烂，可使用多年不需更换。生物基与复合生态浮床共同作用应用于河道，进行河道水体的脱氮除磷。生物基的设计工程量，与浮床的设计工程量共同参照式2，其中生物基的氨氮负荷约为0.141.25g/（m2d），总磷负荷约为0.030.85g/（m2d）。1.1.3.3 植物净化技术（1）沉水植物净化系统沉水植物净化水质的功能非常强大。沉水植物根茎能吸附、分解、吸收水体营养负荷，其分泌物及其叶片使水体中的悬浮颗粒与胶体絮凝、沉淀，可快速提高透明度，从而大大改善水体中、下层光照条件。沉水植物的光合作用及水底光照条件的改善使溶解氧增加，遏制了一些厌氧条件下的有机物分解反应。沉水植物还是浮游植物强有13、力的竞争者，某些水生植物根系能分泌出化学信息素，能有效地遏制藻类的恶性增殖，避免水华发生。在它们的根圈上还会栖生小型动物，如水蜗牛，以藻类为食。沉水植被构建中选择耐污力强、弱光性的沉水植物，以适应河道透明度低、水质差的特点，主要选择龙须眼子菜、马来眼子菜、金鱼藻和轮叶黑藻等4个种。龙须眼子菜：多年生沉水草本。茎细弱，线状，直径约11.5毫米；叶线形或丝状，长310厘米；托叶成鞘状，长23厘米，膜质。龙须眼子菜耐污力极强，能适应透明度低、底泥污染严重的河道水体，通常作为沉水植被先锋种加以应用，能耐2m以内的水深，较为适宜上海河道生长环境，且具有一定的耐寒性。马来眼子菜：多年生沉水草本。根茎发达，14、白色，节处生有须根叶条形或条状披针形，具长柄，稀短于2厘米;叶片长5-19厘米，宽1-2.5厘米。马来眼子菜适合流水环境，且耐污力强，较适合上海有一定流速的河道，且对生长环境要求不高，在上海城郊有自然分布。金鱼藻：多年水生草本植物，植物体从种子发芽到成熟均没有根。叶轮生，边缘有散生的刺状细齿；茎平滑而细长，可达60厘米左右。金鱼藻是沉水植被恢复过程中的先锋种，其生命力旺盛，耐污力极强，适应光照弱的环境，对基底等要求不高，且具有较好的耐寒性，是上海河道生态修复的适宜种类。轮叶黑藻：单子叶多年生沉水植物，茎直立细长，长5080厘米，叶带状披针形，48片轮生，通常以46片为多，长1.5厘米左右，宽约15、1.5-2cm。轮叶黑藻通常生活在河道边缘水深1m范围内，具有一定的耐寒性，较为适应上海河道环境。表5.9-1 常用沉水植物图名称图片名称图片龙须眼子菜金鱼藻轮叶黑藻马来眼子菜沉水植物沿河道两岸种植，设计种植水深为1m，错开复合生态浮床。（2）挺水植物净化系统在河道中种植挺水植物吸收、转化、积累部分有机质及营养盐，有利于水体自净。适当的在河道中点缀鹅卵石，种植挺水植物造景使其与水面形成一种视觉上的平衡及构图感，利用植物的色彩和品种组合来丰富水面景观，并有意识地勾画出有一定形状的图案。用于河道生态治理的挺水植物，一般选用应具有耐污抗污、且具有较强的治污净化潜能，株高较小，不易倒伏；容易管理；对氮16、磷有较强的吸收作用，四季常绿或驯化后具有一定的美化景观效果及一定经济价值的植物，如黄菖蒲、美人蕉、睡莲等，配合景观石沿岸造景。表5.9-2 常用挺水植物图名称图片名称图片荷花水菖蒲千屈菜粉绿狐尾藻梭鱼草再力花旱伞草黄菖蒲1.1.4 工程设计（1） 徐泾港徐泾港河道较宽，工程范围内均为直立挡墙驳岸，考虑接电和管理方面，设计采用太阳能曝气+复合生态浮床的生态净化措施。针对沿河排污口较多的情况，目前截污工作存在困难的情况，在河道底部设置生物基，强化污水入河后的处理。经计算可知，复合生态浮床布置量约为xxxx m2。复合生态浮床按组布置，一组约8个，单个生态浮床约7.2 m2/个，则设计生态浮床共 组，共m2。（2） 金更浪