城市河道水體修復(fù)技術(shù)探討

摘 要：本文基于筆者多年從事環(huán)保的相關(guān)工作經(jīng)驗，以城市河道水體修復(fù)技術(shù)為研究對象，論文從生態(tài)-生物方法和物理方法兩個方面進行了綜述性探討，全文是筆者閱讀大量文件基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：城市 河道 水體 修復(fù)

中圖分類號：X522 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0133-02

在城市形成和發(fā)展的過程中，城市河流作為重要的資源和環(huán)境載體，關(guān)系到城市生存，制約著城市發(fā)展，是影響著城市風(fēng)格和美化城市環(huán)境的重要因素。我國城市河道水變黑變臭，藻類繁殖現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，我國城市河道大約有50%受到不同程度的污染，對這些河道水體進行治理修復(fù)，是社會經(jīng)濟發(fā)展、城市景觀、生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要。我國城市河道水體污染主要包括氮磷等營養(yǎng)物和有機物污染兩方面，而且污染物的來源比較復(fù)雜，既有天然源又有人為源；既有外源性又有內(nèi)源性。控制外源性污染物，可從控制人為污染著手，以法律的手段控制人為污染源的排入。而對內(nèi)源性污染物，要根據(jù)水體中主要控制元素采取不同的方法。目前國際上采用的水體修復(fù)技術(shù)主要有三種方法：物理、化學(xué)和生態(tài)-生物方法。

1 河道水體修復(fù)技術(shù)

1.1 生態(tài)-生物方法

水體生態(tài)-生物修復(fù)技術(shù)是國外近來發(fā)展很快的一種新技術(shù)，是按照自然界自身的規(guī)律去恢復(fù)自然界的本來面貌，強化自然界自身的自凈能力去治理被污染的水體，這是人與自然和諧相處的合乎邏輯的治污思路，也是一條創(chuàng)新技術(shù)路線。

生態(tài)-生物污水處理技術(shù)，是利用培育的植物或培養(yǎng)接種的微生物的生命活動，對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)，具有處理效果好，工程造價相對較低，耗能低或不需耗能、運行成本低廉、無二次污染等優(yōu)點。還可以與綠化環(huán)境及景觀改善相結(jié)合，在治理區(qū)建立休閑和體育設(shè)施，創(chuàng)造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境。所以這種成本低廉的實用技術(shù)非常適用我國河道水處理。生態(tài)—生物方法主要包括生物膜法、水生植物系統(tǒng)、投放生物菌種或微生物促生劑等。

1.1.1 生物膜法

是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，河道水經(jīng)過時，在其表面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強對污染物的降解作用。其反應(yīng)過程是：（1）基質(zhì)向生物膜表面擴散；（2）在生物膜內(nèi)部擴散；（3）微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（4）代謝生成物排出生物膜。經(jīng)過這些反應(yīng)后水體基本得到凈化，再排入河道中。日本坂川古崎凈化場就是河道水體修復(fù)典型的例子，從幾年的觀測表明，河道污染水體有了明顯的改善。古崎凈化場是一座利用生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)的水凈化場。其原理是利用卵石接觸氧化法對水體進行凈化。古崎凈化場建在江戶川的河灘地下，充分節(jié)省了土地，是地下廊道式的治污設(shè)施。水凈化場結(jié)構(gòu)十分簡單，主體結(jié)構(gòu)是高4.5 m，長28 m的地下矩形廊道，內(nèi)部放置直徑15～40 cm不等的卵石。用水泵將河水泵入柵形進水口，經(jīng)導(dǎo)水結(jié)構(gòu)后水流均勻平順流入甬道。

另外有若干通入廊道內(nèi)。凈化作用主要由以下三方面組成：（1）接觸沉淀作用，污水經(jīng)過卵石與卵石間的間隙，水中的漂浮物觸到卵石即沉淀；（2）吸附作用，由于污染物自身的電子性質(zhì)，或由于卵石表面生物膜的微生物群產(chǎn)生的黏性吸附作用；（3）氧化分解作用，卵石表面形成一種生物膜，生物膜的微生物把污染物作為食物吞噬，然后分解成水和CO2。圖1是幾項水質(zhì)指標(biāo)在處理前后的變化值。

1.1.2 水生植物系統(tǒng)

水生植物系統(tǒng)對水體的凈化作用主要有以下幾種：（1）吸收作用。主要是利用水生植物（例如風(fēng)眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲、麗藻等）吸收利用污水中的氮磷元素及水中一些重金屬元素；（2）降解作用。水生植物群落的存在，為微生物和微型生物提供了附著基質(zhì)和棲息的場所。這些生物能大大加速截流在根系周圍的有機膠體或懸浮物的分解礦化；（3）吸附、過濾、沉淀作用。浮水植物發(fā)達(dá)的根系與水體接觸面積很大，能形成一道密集的過濾層，當(dāng)水流經(jīng)過時，不溶性膠體會被根系粘附或吸附而沉降下來，特別是將其中的有機碎屑沉降下來。一般來說，內(nèi)源污染的主要貢獻(xiàn)者是水中的有機碎屑；（4）對藻類的抑制作用。水生植物和浮游藻類在營養(yǎng)物質(zhì)和光能的利用上是競爭者，前者個體大、生命周期長，吸收和儲存營養(yǎng)鹽的能力強，能很好的抑制浮游藻類的生長。如用配植石菖蒲的水培養(yǎng)藻類，可破壞藻類的葉綠素a，使其光合速率、細(xì)胞還原 TTC的能力顯著下降。另外，水生植物根圈還會棲生某些小型動物，如水渦牛，能以藻類為食。

植物發(fā)揮的作用不僅是在美學(xué)方面，在臭味控制、昆蟲控制及污水處理方面也發(fā)揮重要的作用。杭州市從2000年6月開始，在南應(yīng)加河上進行水生植物水面種植凈化水體試驗，試種植物主要包括美人蕉、水竹、空心菜和水稻等。具體要求達(dá)到：消除水體異味、水體透明度接近1 m、每年的植物景觀時間在10個月以上、基本恢復(fù)水體的自凈功能。

經(jīng)工程實施后的監(jiān)測情況來看，制定的要求基本上達(dá)到。水體透明度從實施前的5 cm增加到實施后最好時達(dá)1 m以上，并得到了較好的維持；氨氮和總磷甚至分別比實施前下降4倍和11倍；其他如高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、溶解氧（DO）等也有較顯著的提高，還出現(xiàn)了魚類和甲殼類水生動物。

1.1.3 生物菌種和微生物促生劑

就是直接向污染河道水體中投加經(jīng)過培育篩選的一種或多種微生物菌種和投加微生物促生劑（營養(yǎng)物質(zhì)）。目前對于在污染水體中直接投加微生物菌種的生物修復(fù)技術(shù)爭議較多，焦點集中在使用菌種是否帶來環(huán)境安全性問題。另外對于流動性且污染程度較輕的水體來說，直接投放微生物菌種效果不是很好。而對于投放微生物促生劑，不存在安全性問題，而且通過促生作用，促進了污染物降解微生物生長，使污染水體的BOD5，CODcr迅速下降，溶解氧明顯上升，黑臭消除。生物檢測結(jié)果表明，投放藥劑后的河道中，微生物由厭氧向好氧演替，生物由低等向高等演替，生物的多樣性不斷增加。

同時，它還是一種投資少，成本低，見效快的水體修復(fù)技術(shù)。

1.1.4 河道曝氣復(fù)氧

污染嚴(yán)重的河道水體由于耗氧量大于水體的復(fù)氧量，溶解氧降低，甚至處于缺氧（或厭氧）狀態(tài)。向缺氧（或厭氧）狀態(tài)的河道進行人工充氧（此過程稱河道曝氣復(fù)氧）可以增加河道的自凈能力，改善水質(zhì)，改善和恢復(fù)河道的生還能力。

河道曝氣復(fù)氧對消除水體黑臭效果已被許多例子所驗證。周杰等通過河道曝氣技術(shù)使溶解氧（DO）濃度提高，消除了水體中的致黑臭物質(zhì)，有效改善或緩解黑臭現(xiàn)象。王文林等在張家港市重污染河道花園浜河中引入了太陽能曝氣治理技術(shù)，結(jié)果表明，上、下游30 m范圍內(nèi)水體的DO濃度比對照區(qū)顯著升高，特別是底層水體DO濃度升高了5～8倍；運行一段時間后，水體的透明度得到明顯改善，水體中的化學(xué)耗氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）濃度則顯著降低，對其最大去除率分 別達(dá)到37.2%，16.9%，45.6%和33.5%。

其原理是水中的溶解氧與黑臭物質(zhì)（如H2S，F(xiàn)eS等）之間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)速度快。由于黑臭物質(zhì)（還原物）的耗氧量是COD的一部分，這部分物質(zhì)的去除可降低水體的COD。同時河道充氧還可以使處于厭氧狀態(tài)的較松散的表層底泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)的較密實的表層底泥，因而可減緩深層底泥中污染環(huán)境物向上覆水體的擴散。此外水體的曝氣復(fù)氧有助于加快恢復(fù)黑臭狀態(tài)的河道水生態(tài)系統(tǒng)。

1.1.5 生物操縱技術(shù)

是指在湖泊富營養(yǎng)化控制方面運用生物操縱措施即增加兇猛性魚類數(shù)量以控制浮游生物食性魚的數(shù)量，從而減少浮游生物食性魚類對浮游動物的捕食，以利于浮游動物種群（特別是枝角類）增長，浮游動物種群的增長加大了對浮游植物的攝食，這樣就可抑制浮游植物的過量生長以至水華的發(fā)生。崔福義等在30 g/m3水體的放養(yǎng)生物量下，對微型生態(tài)系統(tǒng)中鰱、鳙魚的生物操縱作用進行了實驗研究。結(jié)果表明：鰱、鳙魚的放養(yǎng)，尤其是混養(yǎng)可有效抑制水體中水蚤類浮游動物的孳生，而且水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)得到了一定程度的去除，浮游藻類尤其是藍(lán)、綠藻的生物量也被控制在較低的水平，從而有效控制水體富營養(yǎng)化進程。

1.2 物理方法

包括疏挖底泥、引水沖淤、截污治污、機械除藻等（圖1）。

1.2.1 疏挖底泥

是指把污染底泥從河道中清除出去，可以較大程度地削減底泥對上覆水體的污染貢獻(xiàn)率，從而改善水質(zhì)。但是，其中卻存在許多問題，對特定水體而言，對其底泥的疏浚是否有必要，或者疏浚到什么程度就可以達(dá)到所需水質(zhì)的要求，才不至于將深層底泥中富集的重金屬等污染物質(zhì)暴露出來而二次污染上覆水體。國內(nèi)外許多專家都反對這種清除河道的方法，因為如果深層底泥中富集的重金屬一旦暴露出來，這將是非常危險的。另外，被清除出來的污泥的最終處置也是一個問題，是安全填埋還是合理利用。這些都要進行充分的研究證明才可得出具體的方法。例如瑞典的 Trummen湖，清除表層1 m厚的底泥后，水深增加1.1～1.7 m，TP濃度迅速下降，這種狀態(tài)維持了18 a。

1.2.2 引水沖淤

是指引進外部清潔水源來改善河道水水質(zhì)。對于浮游植物的生長量來說，河水的滯留時間是關(guān)鍵性控制因素。如果流入河道的污水只在河道作短暫的停留，即使河道中的營養(yǎng)鹽極為豐富，也只能生產(chǎn)極為有限的生物量，其數(shù)量比預(yù)想的要少得多。因此在水源允許的情況下，引進外部清潔水源，增加河水水量，這樣既可以人為地縮短水在河道中的停留時間，使污染河水不易在河道中滯留而導(dǎo)致黑臭，同時又可通過引水時河道水動力學(xué)重要條件的改善使水體復(fù)氧量增加，有助于河道自凈能力的提高。引水技術(shù)改善河道水體水質(zhì)的實例較多，如上海蘇州河的綜合調(diào)水工程，福州內(nèi)河的引水沖污工程。另外，成都市府南河的綜合整治、蘇州古城河道的治理工程中曾對調(diào)水技術(shù)進行過實驗：調(diào)水并未減少污染河道的污染物通量，只是由于清潔水的大幅度增加使污染水質(zhì)得到改善?？偟膩碚f，對于污染河道上游或附近具有充足的清潔水源、水利設(shè)施較完善的河網(wǎng)地區(qū)，利用調(diào)水改善河道水質(zhì)是一種投資少、成本低、見效快的處理工程。

1.2.3 截污治污

即將原本直接排入城市河道水體的污水收集到污水廠處理后再排放。目的是削減排入受納水體的污染物總量，為進一步凈化水質(zhì)創(chuàng)造條件。武漢東湖的水果湖水域，在污水截流后，湖水中BOD5、TP、TN、SS 逐年上升的趨勢得到遏制，污染物總量逐年下降，水中溶解氧上升，湖區(qū)水環(huán)境得到明顯改善。

1.2.4 機械除藻

河道中藻類的大量增殖，使得一些以河道水作為水源的一些水廠不同程度地受到季節(jié)性藻類的威脅，尤其在高溫、藻類爆發(fā)季節(jié)更增加了給水處理技術(shù)的難度，提高了制水成本。因此解決富營養(yǎng)化河道水技術(shù)是一項非常重要的任務(wù)。河道水除藻技術(shù)可參考湖泊水處理技術(shù)，用處理湖泊水藻類的方法來處理河道水藻類。如直接過濾除藻工藝、氣浮法除藻、慢濾池過濾、微濾機除藻等方法。同時還有生物和化學(xué)方法去藻，如生物膜法除藻、ClO2除藻、O3和活性炭處理、投加Fe3+或Al3+鹽。這些方法都是通過實驗證明的，效果不錯。

1.3 化學(xué)方法

是指用化學(xué)藥劑去除水中污染物。如今市場上有許多不同種類的新型高分子合成藥劑。不同的藥劑對水質(zhì)控制參數(shù)的去除效果也不一樣。利用藥劑法去除水中污染物例子很多，如天津市津河水處理工程的初期工程，采用了天津市綠潔公司生產(chǎn)的高效凈水劑對津河水進行處理，此凈水劑是由多種藥劑復(fù)配并加催化劑組成。處理后的水不生藻類，水體澄清不顯色，臭味降低，對COD，NH3-N，BOD5，S都有一定的去除率，尤其是對TP的去除率，處理后水中總磷含量達(dá)到了0.025 mg/L，符合景觀娛樂用水的A類標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，用化學(xué)藥劑處理河道水，使用方便、見效快、效果明顯，但是費用比較高，而且易造成二次污染。

2 結(jié)語

上述修復(fù)技術(shù)各有特點，根據(jù)河道水體的污染的實際情況選擇合理的修復(fù)技術(shù)十分重要，對于大型河道水體治理，常常采用幾種技術(shù)組合進行處理。如蘇州河環(huán)境綜合治理一期工程就是一個典型的使用多種水體修復(fù)技術(shù)的實例，考慮到各階段不同的治理目標(biāo)、各種不同性質(zhì)的污染源與現(xiàn)有的水利設(shè)施，工程中采用了引水沖淤、河道曝氣復(fù)氧、底泥疏浚等修復(fù)技術(shù)，取得了良好效果。

以上這些技術(shù)只是對被污染的水體采取的一種末端措施，最根本的還是要削減河道污染源的排入，保持河道清潔、清淤清雜，以減少污染源的人為性和外源性。避免污水直排河道，建設(shè)污水處理廠和集中式污水處理系統(tǒng)，對于超標(biāo)排污者，嚴(yán)格依法查處。建立有主有從、有統(tǒng)一監(jiān)管、有依法分管、職權(quán)和義務(wù)清晰、高度協(xié)調(diào)、高效運作的水環(huán)境管理體制，這才是當(dāng)務(wù)之急。

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