生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染的水體

張麗杰

（廣州園林建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510055）

生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染的水體

張麗杰

（廣州園林建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510055）

闡述采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染水體的機(jī)理及其運(yùn)用需應(yīng)注意事項(xiàng)。

生態(tài)修復(fù)；食藻蟲(chóng)；水生植物群；水生態(tài)良性循環(huán)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，湖泊、河涌及水庫(kù)等水體的污染也日益嚴(yán)重，大量含氮、磷肥料的生產(chǎn)和使用，食品加工、畜產(chǎn)品加工等造成的工業(yè)廢水和大量城市生活廢水，使水中富含氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。有了充足的養(yǎng)料保證，藻類，特別是藍(lán)藻（主要是銅綠微囊藻）泛濫成災(zāi)，嚴(yán)重污染水質(zhì)。藍(lán)藻細(xì)胞外面被一層厚厚的多糖類物質(zhì)所包圍，這些藻膠和多糖類物質(zhì)幾乎不能被任何高等動(dòng)物的消化酶所分解，國(guó)內(nèi)外許多工程案例都嘗試采用高等動(dòng)物包括魚(yú)類治理藍(lán)藻污染，均未獲得理想的結(jié)果，藍(lán)藻幾乎成了食物鏈和生物鏈的盲端。由于藍(lán)藻的爆發(fā)，會(huì)造成湖內(nèi)缺氧，沉水植物不能進(jìn)行光合作用，導(dǎo)致沉水植物滅種，各種水生物缺氧而無(wú)法存活，整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)失衡，藻類成為水體中的主導(dǎo)物種，最終導(dǎo)致水體變綠變黑。

本文介紹完全采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染的水體

一、采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染的水體機(jī)理：

1 采用食藻蟲(chóng)處理控制藻類

食藻蟲(chóng)是一種經(jīng)長(zhǎng)期改良馴化的可控制藻類污染的低等甲殼浮游物。

圖1

食藻蟲(chóng)能夠大量攝取藍(lán)綠藻、腐屑、懸浮物與有害菌類，同時(shí)，其本身又是魚(yú)蝦蟹貝等水生物所喜愛(ài)的食物。這樣，處于食物鏈盲端的藍(lán)綠藻轉(zhuǎn)化成為水產(chǎn)品的途徑被有效地打通了，從而使水體的藻類污染得以根治。藍(lán)藻適宜生長(zhǎng)在弱堿性的水環(huán)境中，經(jīng)馴化的食藻蟲(chóng)所產(chǎn)生的排泄物具備弱酸性，可有效降低水體的PH值，使藍(lán)藻的生長(zhǎng)受到抑制。食藻蟲(chóng)消除藻類后，水體透明度大大提高，有益于其它水生物的生長(zhǎng),同時(shí)，由于食藻蟲(chóng)的生物特性，可將微生物等帶動(dòng)在水體中的分布和生長(zhǎng)，為沉水植物生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。食藻蟲(chóng)引導(dǎo)的沉水植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)水體凈化效果的穩(wěn)定性好（見(jiàn)圖1）。

圖2

2 建立水生植物群，恢復(fù)物種多樣性：

在水體中種植沉水植被、挺水植物、浮葉植物群落，并通過(guò)沉水植被的光合作用把大量的溶解氧帶入底泥，使淤泥中的氧化還原電位升高，促進(jìn)底棲生物及微生物的繁衍，進(jìn)一步促進(jìn)水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)多樣化。

（1）挺水植物：主要靠根系吸收部分淤泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，光合所需碳源來(lái)自空氣中的二氧化碳，產(chǎn)生氧氣直接排入大氣。

（2）浮葉植物：從根系和浮葉背面吸收水體和淤泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但碳源也主要來(lái)自大氣，產(chǎn)生具備凈化力的氧氣通過(guò)浮葉大部分進(jìn)入大氣；對(duì)上層水體有 一定凈化力。

（3）沉水植物：根系和整個(gè)葉面直接吸收水體和淤泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所需碳源直接從水體中吸收，產(chǎn)生的氧氣直接對(duì)自下而上對(duì)整個(gè)水體產(chǎn)生巨大的凈化力。 綜上所述，恢復(fù)沉水植物——“水下森林和水下草皮”，是水域生態(tài)恢復(fù)自凈能力的最優(yōu)化模式。

目前使用較多的邊坡駁岸挺水植物、浮葉植物濕地凈化法——這種方法從水域立體造景上意義重大，但從城市景觀水體凈化意義上來(lái)分析，有較大偏差。不同水生植物水質(zhì)凈化作用與自身代謝（二次富營(yíng)養(yǎng)）百分比：（敞開(kāi)于屋頂?shù)脑囼?yàn)，包括空氣污染），（見(jiàn)表1）。

在水體中種植沉水植被，如輪藻群落、篦子眼子菜群落、苦草群落、海菜花群落等，使水體產(chǎn)生制氧功能，水體中的有機(jī)物被氧化成無(wú)機(jī)鹽而加速結(jié)晶下沉。沉水植物根系將有效吸收底泥養(yǎng)分，使底泥中有機(jī)物被礦化，形成表面的礦化層覆蓋下部淤泥層，減少有機(jī)物進(jìn)入水體，沉水植被替代藍(lán)綠藻進(jìn)行水下光合作用，釋放出大量的溶解氧，吸收掉水中過(guò)多的氮、磷等富營(yíng)化物質(zhì)，能形成水域生態(tài)“水下森林”和“水下草皮”自凈功能， 也能進(jìn)一步抑制藍(lán)綠藻。沉水植被恢復(fù)后，底泥氧化還原電位升高，有利于水生昆蟲(chóng)和水生底棲生物的大量滋生，在沉水植被共生作用下，“水下森林”和“水下草皮”形成底泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的封存和生態(tài)鏈自凈（物質(zhì)能量的逐步吸收轉(zhuǎn)化）。食藻蟲(chóng)引導(dǎo)沉水植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)有利于水體維持高透明度。

3 建立水生動(dòng)物群，進(jìn)一步恢復(fù)物種多樣性：

在水體中投放優(yōu)選、養(yǎng)殖的水生動(dòng)物：如魚(yú)、蝦、本地螺、貝等水生物，促進(jìn)水體的微循環(huán)，為其它水生物的生長(zhǎng)創(chuàng)造更佳條件。水體及底泥中的營(yíng)養(yǎng)被沉水植物吸收，當(dāng)植物生長(zhǎng)過(guò)快時(shí)，可以適當(dāng)收割。同時(shí)水體中的魚(yú)蝦及螺、貝等水生動(dòng)物能食用部分植物及食藻蟲(chóng)，當(dāng)魚(yú)類等過(guò)度生長(zhǎng)時(shí)，可以適當(dāng)捕撈，從而形成水體養(yǎng)分向水生動(dòng)植物的轉(zhuǎn)移。通過(guò)收獲有機(jī)水產(chǎn)品把水體水中的氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從水體中轉(zhuǎn)移上岸，徹底降低水體水中的富營(yíng)養(yǎng)化程度。

4 完整建立健康的水生態(tài)良性循環(huán)系統(tǒng)

（1）從已有的研究結(jié)果看，水生植物可以顯著提高富營(yíng)養(yǎng)水體的水質(zhì)，對(duì)氮、磷污染也有明顯的凈化作用。同時(shí)水生植物能抑制浮游植物的生長(zhǎng)，從而降低藻類的現(xiàn)存量。因此，恢復(fù)以水生植物為主的水域生態(tài)系統(tǒng)是凈化水質(zhì)的合理有效措施和保障生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的重要措施（2）。水體徹底消除水體富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，能使修復(fù)后的水體具備了自凈功能，一般少量污水（每日排入不超過(guò)5%修復(fù)水體總量）可以通過(guò)水體生態(tài)系統(tǒng)所具備的凈化功能自凈。沉水植物和水生動(dòng)物成為水中的主導(dǎo)物種，藻類不再有生存空間，水體可以保持長(zhǎng)期清潔（見(jiàn)圖2）。

二、采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染的水體的優(yōu)點(diǎn)

圖3

表1

表2

1 全生態(tài)的水質(zhì)凈化技術(shù)體系，不使用任何化學(xué)藥劑凈化水質(zhì)，不使用諸如殺藻制劑、殺草劑等，無(wú)任何生物的或者化學(xué)的二次污染;水質(zhì)主要富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后達(dá)到國(guó)家地表水三類標(biāo)準(zhǔn)，潔凈的水體大大減少蚊蠅滋生，提升環(huán)境的舒適度。

2 不需要建設(shè)水體的凈化設(shè)備用房（即不需要水域以外的占地）。

3 符合打造節(jié)能低碳社會(huì)的建設(shè)理念―水質(zhì)能持久保持地表水三類標(biāo)準(zhǔn)，終年不需換水，水體本身具有自凈功能。修復(fù)完畢后，日常使用中不需采用任何電力設(shè)備來(lái)維持，水生植物本身可以吸收二氧化碳并產(chǎn)生氧氣，實(shí)現(xiàn)“負(fù)碳”。

圖4

圖5

4 由于水生植被能夠固化水底淤泥，吸收底泥中的養(yǎng)分，將底泥中富營(yíng)養(yǎng)成分徹底轉(zhuǎn)化成水生植物纖維素，所以無(wú)需清除水底淤泥，也不需排干水體。

5 景觀優(yōu)美：水底布滿水草，魚(yú)蝦嬉戲其中，恢復(fù)自然優(yōu)美水景，透明度可以達(dá)到2米，水質(zhì)清澈，水下景觀充滿生機(jī)。

6 效果持久：水體修復(fù)后經(jīng)過(guò)合理維護(hù)，目前最早完成的項(xiàng)目已長(zhǎng)達(dá)6年多，仍然保持良好狀態(tài)。

7 維護(hù)簡(jiǎn)便：運(yùn)用“食藻蟲(chóng)”治理水體富營(yíng)養(yǎng)化污染，依靠生態(tài)系統(tǒng)食物鏈關(guān)系，形成生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)建立后，景觀得以構(gòu)建和保持，后期只要加以適當(dāng)維護(hù)，調(diào)整物種種類和數(shù)量，維持自凈的生態(tài)，效果即可長(zhǎng)期保持。

三、采用此技術(shù)治理污染水體的適用范圍及應(yīng)注意事項(xiàng)

1 僅適合相對(duì)封閉的水體，一般補(bǔ)充水量不宜超過(guò)總體水量的5%，且水質(zhì)為一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的A類。如果總水體量很大，可以適當(dāng)?shù)募哟笱a(bǔ)水量。

2 水體面積的適合范圍不宜小于1000平方米，因?yàn)樗w總?cè)萘刻?，建立起?lái)的水生態(tài)平衡抗沖擊能力較弱，且投資成本較高。

3 對(duì)水深的要求，水深宜為為0.8～3米之間，最小水深不得小于0.5米。對(duì)于我國(guó)的南端如三亞，水深不得小于1米，因三亞的氣溫常年較高，避免水草熱死；我國(guó)的北端如長(zhǎng)春，水深是冰凍深度加上水草要求的生存水深度。因此各地的氣候條件也決定了水深要求也也不同。

4 由于我國(guó)地緣遼闊，南北氣溫相差大，相對(duì)應(yīng)的水草習(xí)性也有不同。例如在北方的水沉草就需冬眠，當(dāng)水結(jié)冰后，冰下水溫一般在2～3℃左右，冰層融化后，水草又可從冬眠狀態(tài)蘇醒；而南方的水草需選用需耐水草。因此根據(jù)不同的氣候及水質(zhì)條件，應(yīng)選擇不同的水草種群進(jìn)行搭配，同時(shí)對(duì)投放食藻蟲(chóng)的時(shí)間和數(shù)量都需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)配。

5 整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的生命周期，理論上可達(dá)到數(shù)十年，有待項(xiàng)目運(yùn)行驗(yàn)證，現(xiàn)目前已運(yùn)行的水域僅為6年（北京圓明園—鳳麟洲64000m2水深：0.8-2m竣工時(shí)間：2008年）。

6 比傳統(tǒng)污水處理方法一次性投資高，建立一套完整水生態(tài)體系，所需費(fèi)用約250元/ m2，但其后期維護(hù)費(fèi)用較低。

7 應(yīng)注重水生態(tài)體系的維護(hù)及保養(yǎng)，對(duì)于連續(xù)水域，一般10000平方米需配置一名專業(yè)的水域保管員。

廣州麓湖公園（聚芳園）

施工面積：1300m2完工時(shí)間：2011年5月效果保持至今（見(jiàn)圖3-圖5，表2）。

結(jié)語(yǔ)

在全球氣候變化的背景下，“低碳經(jīng)濟(jì)”、“低碳技術(shù)”日益受到世界各國(guó)的關(guān)注，所以在條件許可的情況下，應(yīng)積極廣泛的采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染水體。

[1]夏哲韜，史惠祥，李遙．食藻蟲(chóng)引導(dǎo)的沉水植被修復(fù)景觀水體的應(yīng)用研究[J]．中國(guó)給水排水,2011．

[2]劉佳，劉永立，葉慶富，王宏燕．水生植物對(duì)水體中氮、磷的吸收與抑藻效應(yīng)用研究[J]．核農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，21（04：：393—396．

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