生態(tài)水處理技術(shù)在景觀水體治理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

楊濡溢 付崢嶸 殷強(qiáng)

摘要：介紹了景觀水體的污染原因：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的局限性、內(nèi)源污染及外源污染。闡明了景觀水體的傳統(tǒng)水處理技術(shù)的技術(shù)原理與技術(shù)局限。綜述了目前景觀水體常用的生態(tài)水處理技術(shù)：生態(tài)浮床技術(shù)、人工濕地技術(shù)、穩(wěn)定塘技術(shù)及生物 生態(tài)聯(lián)合處理技術(shù)。探討了景觀水體治理未來的發(fā)展方向及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：生態(tài)水處理;景觀水體治理;生態(tài)浮床;人工濕地;生物 生態(tài)聯(lián)合處理;生態(tài)修復(fù)

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）6-0012-04

1引言

景觀水體流動(dòng)性差，水位較淺，環(huán)境容量較小，若污染超過景觀水體環(huán)境容量，生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)受到毀壞。具體表現(xiàn)為藻類瘋長(zhǎng)、水體發(fā)綠、發(fā)黑發(fā)臭、水質(zhì)惡化及富營(yíng)養(yǎng)化等，對(duì)周圍環(huán)境及景觀影響較為嚴(yán)重。景觀水體治理主要包括物理處理、化學(xué)處理、生物處理及生態(tài)處理等多種途徑。生態(tài)水處理技術(shù)主要包含生態(tài)浮島技術(shù)、人工濕地技術(shù)、新型穩(wěn)定塘技術(shù)及生物一生態(tài)聯(lián)合處理技術(shù)等。生態(tài)水處理技術(shù)利用環(huán)境的自凈能力加以人工強(qiáng)化措施，結(jié)合生態(tài)修復(fù)措施.具有效率高、投入低等優(yōu)點(diǎn)，能夠獲得很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2景觀水體的污染原因

景觀水體的治理需要正確找到景觀水體的污染原因，采取更高效的治理方法對(duì)癥下藥。景觀水體的污染原因可分為以下3種。

（1）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的局限性。景觀水體傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，死角中的水體因封閉靜止無法流動(dòng)，導(dǎo)致水質(zhì)變差，影響整個(gè)水系。

（2）內(nèi)源污染。一般包括：水體中繁衍的生物群落，死亡后積累形成的有機(jī)物污染;底泥釋放的污染物質(zhì)不斷污染水體。

（3）外源污染。一般包括：降雨及地表徑流帶來的有機(jī)物和N、P等元素;大氣沉降使有機(jī)物和N、P等元素進(jìn)入水體;生活污水、工業(yè)廢水的排入;補(bǔ)水的水源含有大量污染物。

3景觀水體的傳統(tǒng)水處理技術(shù)

景觀水體治理是復(fù)雜的，目前在我國(guó)使用的傳統(tǒng)水處理技術(shù)主要有以下幾類。景觀水體治理的物理法包括底泥疏浚、引水換水、機(jī)械過濾、曝氣充氧等;化學(xué)法主要為投加化學(xué)藥劑殺滅藻類.增加水體溶解氧，改善水質(zhì)，常見的滅藻劑主要有高錳酸鉀、硫酸銅、漂白粉等;生物法主要有生物接觸氧化、生物濾池。

不同的處理技術(shù)具有不同的處理效果，見表1。

4生態(tài)水處理技術(shù)在景觀水體治理中的應(yīng)用

生態(tài)水處理技術(shù)充分運(yùn)用了生態(tài)學(xué)的原理，協(xié)同水體的白凈能力與水生生物間的功能作用，在凈化水體水質(zhì)上，充分運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。

4.1生態(tài)浮床技術(shù)的應(yīng)用

生態(tài)浮床綜合了生態(tài)工程、現(xiàn)代農(nóng)藝及無土栽培技術(shù)，以高分子材料作為載體.水面無土種植高等水生植物，用來處理景觀水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題。

生態(tài)浮床系統(tǒng)中，大型水生植物能夠吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽，抑制藻類生長(zhǎng)繁殖，防止水華赤潮暴發(fā)。發(fā)達(dá)的植物根系可以沉淀、過濾水體中的懸浮物，根系表面可以螯合、吸附水體中的膠體物，富集、吸收Cu、Zn等重金屬元素并轉(zhuǎn)移到莖、葉等組織，吸收、分解藻毒素等常見污染物。植物根系在水體中分泌特殊化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)根區(qū)微生物硝化、反硝化作用，加速分解有機(jī)物，釋放氧氣，大幅增加水體中溶解氧，為好氧微生物提供了有利的生存環(huán)境。浮床表面和植物根系附著的大量細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等微生物，在新陳代謝過程中吸收利用有機(jī)物，降解轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)。最終收割收獲成熟的植物體，將N、P等元素及有害物質(zhì)移除水體，使水質(zhì)得到有效改善。

吳建強(qiáng)等利用生態(tài)浮床處理淀山湖富營(yíng)養(yǎng)化水體，浮床植物分別為美人蕉、黃菖蒲、再力花和千屈菜，其結(jié)果表明：采用上下層尼龍網(wǎng)固定種植方式有利于浮床植物縱向、橫向自由快速生長(zhǎng)繁殖;經(jīng)過7個(gè)月的處理后，再力花對(duì)氮的吸收能力最強(qiáng)，美人蕉對(duì)磷的吸收能力最強(qiáng);美人蕉和再力花可以作為淀山湖水體富營(yíng)養(yǎng)化防治的浮床栽培植物來進(jìn)行推廣應(yīng)用。

楊琳芳選取黃花鳶尾、花葉菖蒲、鳳眼蓮作為浮床植物處理小型微污染景觀水體，其結(jié)果表明：黃花鳶尾、花葉菖蒲、鳳眼蓮對(duì)TN的去除率分別為88.7%、92.8%、90.6%，對(duì)TP的去除率分別為36.8%、22.2%、18.2%，3種生態(tài)浮床系統(tǒng)對(duì)景觀水體中TN、TP均有一定去除能力。

4.2人工濕地技術(shù)的應(yīng)用

人工濕地（ Constructed Wetland）利用植物一基質(zhì)一微生物三者之間的物理化學(xué)效應(yīng)及生物學(xué)過程，可以有效地去除水體中氮、磷元素及有機(jī)物等。

按水流方式，人工濕地可分為表面流人工濕地（FWS- CW）和潛流人工濕地（SF- CW）;其中，按水流方向，潛流人工濕地可分為水平潛流人工濕地（ HSF-CW）和垂直潛流人工濕地（VSF-CW）。

人工濕地對(duì)水體中N元素的凈化機(jī)理為：①植物的根、莖、葉等組織對(duì)N元素的吸收;②基質(zhì)對(duì)N元素的吸收;③硝化一反硝化作用。人工濕地對(duì)水體中P元素的凈化機(jī)理為：①P元素通過重力作用沉降后被去除;②植物的根、莖、葉等組織對(duì)P元素的吸收，微生物積累并去除一部分P元素;③P元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀，基質(zhì)的吸附作用。

李安峰等研究人工濕地對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體的凈化效果，其結(jié)果表明：1號(hào)人工濕她前、中段COD去除率分別為23.12%-38.73%、9.77%-14.51%，前、中段去除COD總量占總?cè)コ康?8.18%-96.77%;2號(hào)人T濕地前、中段COD去除率分別為20.23% -37.46%、7.25%-15.69%，前、中段去除CO D總量占總?cè)コ康?2.48% -87.70%;故人工濕地的前、中段是去除COD的主體，且前段的去除率高于中段;1號(hào)人工濕地前、中段TN去除率分別為22. 23%-32.14%、14.81%-23.68%;2號(hào)人工濕地前、中段COD去除率分別為20.45--30.36%、12.82%-21.43%;故人工濕地的前、中段是去除TN的主體，且前段的去除率高于中段。

薛龍等采用組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理富營(yíng)養(yǎng)化水體，其結(jié)果表明：人工濕地系統(tǒng)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體具有較好的處理效果，COD、TP的去除率分別為50.00%、63.07%、55.30%、53.83%、77.27%，出水水質(zhì)基本可達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

4.3新型穩(wěn)定塘技術(shù)的應(yīng)用

穩(wěn)定塘中進(jìn)行一系列的絮凝沉淀反應(yīng)，微生物作用及水生植物作用，使污水中的有機(jī)物得到稀釋和降解。

傳統(tǒng)穩(wěn)定塘在工藝上存在許多弊端：HRT較長(zhǎng)、占地面積過大、污泥堆積問題等。針對(duì)這些工藝上的缺陷，出 現(xiàn)了新型穩(wěn)定塘技術(shù)。其中包括了高效藻類塘、水生植物塘、水解酸化十穩(wěn)定塘工藝、折流式曝氣生物濾池十穩(wěn)定塘工藝，多級(jí)串聯(lián)塘系統(tǒng)、生態(tài)綜合塘系統(tǒng)。

樊新源等利用水花生和水葫蘆兩種水生植物塘預(yù)處理富營(yíng)養(yǎng)化的巢湖水體，其結(jié)果表明：在HRT約為3d的條件下，水葫蘆生長(zhǎng)繁殖較快，對(duì)水體起主要凈化作用;水生植物塘對(duì)巢湖水體中藻類的平均去除率為85%，其中對(duì)含量最多的微囊藻的去除率為95%;對(duì)水體中的氨氮、TP、CODMn的平均去除率分別為36%、47%和38%，出 水均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

4.3生物一生態(tài)聯(lián)合處理技術(shù)的應(yīng)用

4.3.1微生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

微生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)通過生物強(qiáng)化培育特定的高效微生物（如枯草芽孢桿菌、反硝化芽孢桿菌、乳酸芽孢桿菌、光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌等），轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解水體中的有機(jī)污染物及N、P等營(yíng)養(yǎng)元素，抑制藻類生長(zhǎng)，從而使封閉或相對(duì)封閉的景觀水體改善水質(zhì)，恢復(fù)水體生態(tài)平衡。

莊旭超利用實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建高效篩選的凈水微生物，應(yīng)用光合細(xì)菌沼澤紅假單菌及枯草芽孢桿菌BSW，率達(dá)到55.1%;在2012年3～4月的北門河二期、隧洞河和岱樁河一期河道修復(fù)項(xiàng)目中，投加凈水微生物可在短期內(nèi)明顯改善河道水質(zhì);10d內(nèi)3種水體的N平均去除率分別為25.2%、23.3%、42.0%，TN平均去除率分別為27.1%、22.5%、39.9%。

4.3.2生物操縱控藻技術(shù)的應(yīng)用

生物操縱控藻技術(shù)利用生物間的捕食關(guān)系，改變生態(tài)系統(tǒng)中的生物鏈，使生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終使水質(zhì)能到凈化、使生態(tài)恢復(fù)平衡。

國(guó)外研究者Shapiro等提出的經(jīng)典生物操縱理論主要通過：①改變捕食者的種類組成;②調(diào)控浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu);③促進(jìn)浮游動(dòng)物的種群發(fā)展;④提高浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的捕食：⑤降低浮游植物的數(shù)量;⑥增加水體透明度改善水體水質(zhì)。

肉食性魚類→濾食性魚類→植食性浮游動(dòng)物→藻類→N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

國(guó)內(nèi)研究者謝平等提出的非經(jīng)典生物操縱理論主要利用控制魚類數(shù)量來抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)，放養(yǎng)濾食性魚類（鰱、鳙等）直接牧食藍(lán)藻。

生物操縱理論的應(yīng)用主要包括：①沉水植物操縱：提供魚類柄身繁衍的場(chǎng)所，抑制水體沉積物的再次懸浮，減少釋放水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽，抑制浮游植物的生長(zhǎng);②濾食性魚類操縱：利用魚類捕食浮游生物，平衡水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈;③雙殼貝類操縱：耐污染耐重金屬能力強(qiáng)，可以吸收某些特定的重金屬。

4.3.3生物一生態(tài)修復(fù)組合技術(shù)的應(yīng)用

生態(tài)修復(fù)是為了修復(fù)或恢復(fù)受到污染破壞或水利T程脅迫的水體生態(tài)機(jī)能及其水文過程。生物一生態(tài)修復(fù)組合技術(shù)包括：①微生物一動(dòng)植物修復(fù)技術(shù);②微生物一河床河岸修復(fù)技術(shù);③河道內(nèi)一河道外濕地修復(fù)技術(shù)的組合;④河道清淤一生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)等等。

沙昊雷等 運(yùn)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理常州市白蕩浜黑臭河道，通過曝氣造流、底質(zhì)改性、種植水生植物、構(gòu)建水生微生物種群等措施對(duì)該水體進(jìn)行治理修復(fù)，其結(jié)果表明：運(yùn)行4個(gè)多月后，DO從0.21mg/L增加到3.8mg/L，達(dá)到了57.8%、72.4%、41%和55.6%，水體透明度從15cm增加到40cm以上，治理段的水體消除黑臭，景觀得到美化，河道生態(tài)得到恢復(fù)。

徐玉良等應(yīng)用生物一生態(tài)修復(fù)組合技術(shù)治理昆山市凌家浜城市河道及黑臭水體，通過設(shè)置生物膜白凈設(shè)備、微納米曝氣增氧設(shè)備，種植水生植物、投放水生動(dòng)物等措施對(duì)該水體進(jìn)行治理修復(fù)，其結(jié)果表明：運(yùn)行6個(gè)多月后，主要水質(zhì)指標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）的Ⅲ～V類標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度達(dá)到0.5m，水體中包括多種挺水、沉水等水生植物和水生動(dòng)物，形成水陸交錯(cuò)帶的生態(tài)系統(tǒng)，明顯改善了河道的景觀效果及生態(tài)效益。

5結(jié)語

隨著“兩型社會(huì)”的發(fā)展，景觀水體治理作為生態(tài)文明建設(shè)的一部分，必然會(huì)成為新的水處理領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)的物化、生物水處理技術(shù)，利用生態(tài)水處理技術(shù)治理景觀水體，能夠充分運(yùn)用生態(tài)環(huán)境的白凈能力，結(jié)合人工強(qiáng)化和生態(tài)修復(fù)措施，投入更低，效率更高，能夠創(chuàng)造更多的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在一定程度上，對(duì)景觀水體存在的主要問題都能有效解決。生態(tài)水處理技術(shù)在修復(fù)景觀水體的同時(shí)，還能長(zhǎng)期保持水體清澈，水質(zhì)良好，達(dá)到景觀水的要求。