生態(tài)工程技術(shù)在城市河湖污染控制中的綜合應(yīng)用

李　濤　楊喜生　陳堅(jiān)齊　增　湘

（南華大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院湖南衡陽421001）

生態(tài)工程技術(shù)在城市河湖污染控制中的綜合應(yīng)用

李濤楊喜生陳堅(jiān)齊增湘*

（南華大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院湖南衡陽421001）

生態(tài)工程技術(shù)防治河湖污染具有相對成本低，無環(huán)境副作用且具有良好景觀效果，具有廣泛的應(yīng)用前景，是國內(nèi)外污染控制與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。本文在前人的研究基礎(chǔ)上提出了河湖污染防治的生態(tài)工程技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，主要包括城市污染源頭處的雨污凈濾儲存、徑流廊道及節(jié)點(diǎn)的污水凈化工程設(shè)計(jì)以及匯水盡端即河湖的自凈生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等三方面的改進(jìn)設(shè)計(jì)。研究結(jié)果可應(yīng)用于城市內(nèi)河湖污染的生態(tài)治理。

河湖污染防治；生態(tài)工程技術(shù)；改進(jìn)設(shè)計(jì)

城市河湖具有水源供給、防洪排澇、調(diào)節(jié)氣候、休閑游娛樂、物質(zhì)循環(huán)與生態(tài)保護(hù)等多項(xiàng)功能，是維持城市生態(tài)平衡的關(guān)鍵要素。隨著城市建設(shè)力度的逐漸加大，城市對林地、草地及水域等生態(tài)用地的侵占不斷增大，水環(huán)境破壞也日益嚴(yán)重，城市中更多的污水排入已遠(yuǎn)超其生態(tài)承載力，水體自凈能力減弱，造成城市河流水質(zhì)污染。在對河湖污染控制的技術(shù)中，國內(nèi)外較流行的應(yīng)用技術(shù)有曝氣增氧法、底泥疏浚法、綜合調(diào)水法及生態(tài)型駁岸及河道構(gòu)建等。近年來我國在工業(yè)廢水及城市污水處理方面取得了較大進(jìn)展，如對河流進(jìn)行了生態(tài)河床及生態(tài)護(hù)岸構(gòu)建、生態(tài)清淤及恢復(fù)水生植被以及人工濕地建設(shè)等，均取得了較滿意的效果。

本文在總結(jié)國內(nèi)外既有經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了“源-徑-匯”系統(tǒng)化的河湖污染生態(tài)防治技術(shù)，主要包括城市污染源頭處的雨污凈濾儲存、徑流廊道及節(jié)點(diǎn)的污水凈化工程設(shè)計(jì)以及匯水盡端即河湖的自凈生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)三大方面的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1　雨水及中水的生態(tài)化處理技術(shù)

城市建設(shè)促使城市的不透水面積在快速增加，城市硬化鋪裝面上的附著污染物、居民生活污水排放以及第三產(chǎn)業(yè)排放已成為城市河湖污染物的最主要源頭。治污首先應(yīng)治其源，對以上三類情況下形成的污水，應(yīng)對其進(jìn)行截留凈濾后儲存，此類水質(zhì)污染程度相對于工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污水較輕，凈濾后達(dá)到中水水平，可直接用于城市的景觀維護(hù)，如綠地灌溉、水景用水等，雨水及中水的收集還可減少城市降雨帶來的區(qū)域性洪澇災(zāi)害和后續(xù)排水設(shè)施的負(fù)荷。雨水及中水的收集利用方式見圖1、2。

圖1　雨水利用系統(tǒng)與技術(shù)措施分類

圖2　生活污水處理流程

2　生態(tài)型護(hù)岸構(gòu)建技術(shù)

2.1緩流水體的生態(tài)護(hù)岸

水流速度緩對岸坡的侵蝕就小，岸坡的堅(jiān)固度要求較低，此類護(hù)岸宜采用“濕生植物+草皮+耐濕喬灌木”形式進(jìn)行構(gòu)建。濕生植物可選用蘆葦、香蒲、燈芯草、蓑衣草等，此類植物對岸際具有保護(hù)作用，可消弱水流能量、促進(jìn)泥沙沉淀，對水體中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)物能夠吸收利用從而凈化水質(zhì)。草皮可選用生命力強(qiáng)盛的狗牙根、結(jié)縷草、地毯草等，草皮對徑流沖刷造成的水土流失控制效果良好。耐濕喬灌木可選用水杉、池衫、楓楊、楊柳、垂柳等，此類植物扎根較深，可起到支承與穩(wěn)定邊坡的作用。

2.2急流水體的生態(tài)護(hù)岸

急流水體對岸坡的侵蝕較大，此類護(hù)岸應(yīng)注重穩(wěn)定性及抗侵蝕性?？蛇x用混凝土砌槽的水生植物護(hù)坡、鋼筋石籠固定的柳岸護(hù)坡。生態(tài)袋近年來亦得到較廣泛應(yīng)用，它是將植物在裝有土的袋中培養(yǎng)生長，以此施工的護(hù)岸具有植被覆蓋的表面，能使坡面很快達(dá)到綠化效果，形成自然生態(tài)邊坡，對土壤流失及邊坡塌方等具有很強(qiáng)的防護(hù)和穩(wěn)定作用。

2.3水位變化較大的河湖生態(tài)護(hù)岸

階梯式護(hù)岸適宜應(yīng)用于水位變化較大的河湖。即逐級在岸坡上設(shè)置檔土柵欄，并在階梯踏面上栽植耐濕植物的護(hù)岸形式。此類型護(hù)岸不受水位升降的影響，能夠始終保持其結(jié)構(gòu)形式，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、生態(tài)、景觀與親水的和諧統(tǒng)一。

3　植物塘與人工濕地技術(shù)

3.1穩(wěn)定塘與人工濕地選址

穩(wěn)定塘可以利用荒廢的河道、水塘、沼澤地等地段建設(shè)；用于河湖污染控制的人工濕地，應(yīng)建造于排污口與河湖之間，以及需進(jìn)行污染治理的河流兩側(cè)。

3.2植物塘建造

在塘內(nèi)種植一些水生植物能夠有效地去除水中的污染物，尤其是對富營養(yǎng)化水體具有較好地恢復(fù)效果。水生植物一般包括浮水、沉水和挺水植物三種。浮水植物塘水面應(yīng)分散地留出20%～30%的水面，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮水生植物的收集及其利用和處置。塘的有效水深度，選用浮水植物時(shí)宜為0.4m～1.5m；挺水植物宜為0.4m～1.0m；沉水植物宜為0.4m～2.0m。寒冷地區(qū)不宜采用水生植物塘。在河湖中恢復(fù)水生植被，有利于降低污染水體中營養(yǎng)物質(zhì)的含量，在降低水中營養(yǎng)鹽的同時(shí)可提高水體中溶解氧的含量，并吸附水中懸浮物，提高水體透明度，還能夠形成完善的水底微生物群落，改善水底環(huán)境、平衡營養(yǎng)鹽，抑制藻類過量增長，從而改善河湖生態(tài)系統(tǒng)。

3.3人工濕地建造

人工濕地是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中基質(zhì)、水生植物及微生物之間的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對污染水體的自然凈化的一種技術(shù)。濕地植物的選用和配置是人工濕地建造的重要考慮因素，植物需處理效果好、成活率高，有特殊凈化需求的可通過實(shí)驗(yàn)篩選出特定植物進(jìn)行栽植。配置時(shí)切忌品種單一，防止其效果受季節(jié)影響過大或凈化功能單一。大量研究表明，人工濕地處理污染水體的運(yùn)行成本不足0.1元人民幣，而一般的污水處理廠的成本則達(dá)1元左右，且濕地具有良好的景觀及生態(tài)價(jià)值。但人工濕地亦具有其缺陷，如冬季運(yùn)行效果不佳，尤其是在除氮方面。溫度過低會減慢反應(yīng)，且濕地植物會死亡或休眠，微生物的活躍程度也降低，整個(gè)系統(tǒng)雖繼續(xù)發(fā)揮作用，但效率低下。另外，人工濕地在運(yùn)行一定時(shí)間后其基質(zhì)容易被堵塞，主要表現(xiàn)為孔隙率降低、水傳導(dǎo)受阻，最終影響濕地的處理效果。

堵塞一般發(fā)生在人工濕地得出上層，因此對上層基質(zhì)進(jìn)行定期更換可有效改善堵塞，但此方法工程量太大。目前，基質(zhì)反沖洗被較廣泛地應(yīng)用于解決堵塞，馬飛等研究了基質(zhì)反沖洗技術(shù)對人工濕地堵塞的改善，結(jié)果表明反沖洗后水傳導(dǎo)性能有效提高，堵塞現(xiàn)象改善明顯，特別是氣水聯(lián)合反沖洗能使人工濕地運(yùn)行效果恢復(fù)到其初期程度。另有研究表明，在人工濕地系統(tǒng)中投加蚯蚓、泥鰍等亦能有效緩解堵塞現(xiàn)象。另外，利用太陽光，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，配合相上?yīng)控制器，可對濕地進(jìn)行加熱，這樣可增加人工濕地中部分水生動(dòng)物及微生物的活躍程度，有利于促進(jìn)污染物質(zhì)的分解吸收；將太陽能轉(zhuǎn)化為電能可對水體進(jìn)行增氧及對人工濕地中的基質(zhì)進(jìn)行反沖。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實(shí)的長壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，目前此技術(shù)雖應(yīng)用并不廣泛，但相信在在以后的水體污染控制中將具有重要地位。

圖3　太陽能濕地保溫技術(shù)路線

圖4　太陽能濕地增氧及反沖防堵技術(shù)路線

4　生態(tài)懸床技術(shù)

生態(tài)懸床主要包括三個(gè)部分：懸床載體，懸床固定裝置和懸床植物。懸床設(shè)計(jì)包括懸床載體材料的選擇、制作，懸床植物的選擇、移栽，懸床在水中面的擺放方式及固定方式等。城市中的河流、湖泊由于受建設(shè)用地的侵占，其形態(tài)及水位變化不太適用人工濕地技術(shù)，而生物懸床技術(shù)缺不受此影響，且維護(hù)管理方便，它是綠化及懸浮技術(shù)的結(jié)合體。懸浮體一般采用較輕質(zhì)的聚氨酯涂裝的發(fā)泡聚苯乙烯制作，經(jīng)久耐用。懸床可分為浮床和沉床兩種。較大浮床可為鳥類提供休息及筑巢之便，其下部植物根系可形成共魚類及水生昆蟲等的生息環(huán)境，同時(shí)能對氮磷等吸收利用，最終能夠形成穩(wěn)定的植物—微生物—?jiǎng)游飪艋到y(tǒng)。沉床與浮床原理相同，它是通過固定樁將其固定在水中，栽植的是沉水植物，如苦草、狐尾藻、黑藻等，沉床解決了浮床只能對上層水體凈化的缺陷。懸床和沉床也可合二為一進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖。

圖5　生態(tài)懸床設(shè)計(jì)示意圖

5　其它生物調(diào)控技術(shù)

構(gòu)建和修復(fù)河湖水系的生物網(wǎng)，提高生物多樣性指數(shù)，是恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一項(xiàng)有效措施，可達(dá)到減輕河湖環(huán)境承載負(fù)荷，改善水質(zhì)的目的。多樣性的水生動(dòng)物相互依存，且與水生植物相之間相互作用，對河湖中的有機(jī)物不斷地消耗和降解，維持河湖生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到生態(tài)平衡。但現(xiàn)在由于城市河湖富營養(yǎng)化的加劇，水生動(dòng)物的生存環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致其種類和數(shù)量大幅度減少，使生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力逐漸退化，因此，需要采取可行的途徑對城市河湖的水生動(dòng)物群落進(jìn)行修復(fù)。底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的極為重要的組成部分，是河湖野生動(dòng)物以及水產(chǎn)生物的優(yōu)質(zhì)食源，因此，可以因地制宜地投放一些螺、蚌、蜆等底棲動(dòng)物，之后再放養(yǎng)各種魚類，魚可活動(dòng)到河湖各部，調(diào)控河湖中的食物鏈關(guān)系，降低抑制藻類過量生長，在通過對成魚捕撈，取走水中的營養(yǎng)物質(zhì)，這樣可逐步地建設(shè)和修補(bǔ)水中生物鏈并達(dá)到生態(tài)平衡。

6　結(jié)語

利用生態(tài)工程技術(shù)防治河湖污染具有相對成本低，無環(huán)境副作用且具有良好景觀效果等特點(diǎn)，它強(qiáng)調(diào)和諧統(tǒng)一的自然觀，是國內(nèi)外污染控制與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，其發(fā)展和應(yīng)用前景已深受矚目。但是，生態(tài)工程技術(shù)也存在其不足之處，如建立穩(wěn)定的生態(tài)凈化系統(tǒng)需要較長周期、凈化速度較緩慢等，這都是以后需要深入研究并解決的問題。除生態(tài)工程技術(shù)外，加強(qiáng)對國民的環(huán)境保護(hù)宣教、建立合理完善的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，對河湖污染的防治同樣重要。

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湖南省技計(jì)劃項(xiàng)目（2015SK2003）；衡陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014KS21）。

李濤（1984—），男，漢族，江蘇連云港人，博士生，講師，南華大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院，研究方向：景觀生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

齊增湘（1972—），男，湖南衡陽，博士，副教授，南華大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院，研究方向：園林景觀設(shè)計(jì)與生物多樣性保護(hù)規(guī)劃?；痦?xiàng)目