水生態(tài)修復(fù)技術(shù)在黑臭河道治理中應(yīng)用

李澤利 古小超 李思倩 姜 偉,*

（1 天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 天津 300000 2 天津天濱瑞成環(huán)境技術(shù)工程有限公司 天津 300191）

引言

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，城市不斷壯大，其生態(tài)環(huán)境面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，水資源缺乏、水環(huán)境惡化，加劇了城市河道黑臭化[1][2]，成了城市環(huán)境問(wèn)題的最主要的一個(gè)因素，解決黑臭河道及城市內(nèi)河的水污染問(wèn)題成為城市發(fā)展的迫切需要，不僅影響了城市的自然環(huán)境，也嚴(yán)重影響著人們的生活質(zhì)量。目前解決城市水體有大量的研究，新技術(shù)新方法越來(lái)越豐富，但生物修復(fù)是清除黑臭河道很常見的技術(shù)手段，為更好地研究河道的生物修復(fù)效果[3][4]，解決一直困擾的難題，本文選取中部某城市中心城區(qū)的一段河道。河道自北向南，全長(zhǎng)5.6 千米，河寬約10 米，河道長(zhǎng)期飽受污染，水體黑臭，河道上游生活污水排入，周圍工業(yè)園區(qū)中有大量的工業(yè)企業(yè)，一旦下雨，工業(yè)園區(qū)中的雨水會(huì)隨著雨水排入河中，由于河道水處理能力有限，經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致河道水體黑臭。該水質(zhì)整體偏差，為了更好地研究該河道水質(zhì)，從河道上中下游選取了三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行COD、氨氮、總磷等水質(zhì)指標(biāo)分析，采取控制污染源、加強(qiáng)流域過(guò)程管理、豐富生態(tài)系統(tǒng)、完善生物鏈等生物修復(fù)技術(shù)手段，經(jīng)過(guò)大約半年時(shí)間，研究發(fā)現(xiàn)該河道能夠?qū)崿F(xiàn)自我凈化，河道水環(huán)境質(zhì)量明顯改善，各項(xiàng)指標(biāo)明顯下降，水污染明顯得到有效治理，對(duì)于其他城市的內(nèi)河管理具有很好的借鑒意義。

1 水環(huán)境現(xiàn)狀

試驗(yàn)段河道全長(zhǎng)500 米，平均寬度約為9.6 米，水深1.2 米左右。該河道流周邊有居民局長(zhǎng)和工業(yè)園，水體幾乎處于滯流狀態(tài)，嚴(yán)重缺乏動(dòng)力，凈化能力不強(qiáng)，整體呈黑臭狀態(tài)，主要包含內(nèi)源污染、面源污染、點(diǎn)源污染。點(diǎn)源污染：河道中上游處有一條支流匯入，周圍居民的生活污水通過(guò)污水收集池后集中排入，目前缺乏有效的防護(hù)措施，導(dǎo)致水體污染嚴(yán)重。面源污染：河道周圍存在著工業(yè)園，降雨后工業(yè)內(nèi)的泄露物質(zhì)將會(huì)隨著雨水向河道流入，會(huì)導(dǎo)致河道的水質(zhì)下降。內(nèi)源污染：是指河道內(nèi)長(zhǎng)期不清理內(nèi)部的污泥，導(dǎo)致河道自身凈化能力變?nèi)?，不能很好地完成自我凈化，?dǎo)致河道污染，水生植物動(dòng)物等不能生存，進(jìn)一步加劇了河道污染。

通過(guò)對(duì)河道上中游三段各取點(diǎn)進(jìn)行河道水質(zhì)分析，選擇不同地方，水質(zhì)指標(biāo)不一。河道污染主要水質(zhì)指標(biāo)為COD 和氨氮以及總磷，取樣發(fā)現(xiàn)COD 略有超標(biāo)現(xiàn)狀，氨氮的超標(biāo)達(dá)四倍以上，而總磷（TP）基本達(dá)標(biāo)，這是因?yàn)楹拥牢廴局饕獙?dǎo)致COD 和氨氮偏高。由于河道上游的污染源較多，因此河道上游水質(zhì)相對(duì)更差，其他地方相對(duì)較好，但都超過(guò)相對(duì)指標(biāo)，具體情況如表1所示?，F(xiàn)如今河道黑臭現(xiàn)象已嚴(yán)重影響周邊居民的生活與工業(yè)企業(yè)的正常生產(chǎn)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成了巨大的影響，因此河道生態(tài)環(huán)境的改善、河道污染等問(wèn)題亟需解決。

表1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（mg/L）

2 河道改善技術(shù)路徑

2.1 總體路徑

河道試驗(yàn)段主要污染源是上游的居民生活用水以及河道兩岸周圍的園區(qū)隨著大雨流入，按照以控制源頭為基礎(chǔ)，管理過(guò)程為重點(diǎn)，綜合治理為保障的思路，基于對(duì)該試驗(yàn)段河道水污染來(lái)源地識(shí)別結(jié)果，以改善水體綜合質(zhì)量為核心，以基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為抓手，以完善生態(tài)系統(tǒng)為手段，按照“控、調(diào)、管”的方法與思路，統(tǒng)籌考慮水質(zhì)、水環(huán)境、水生態(tài)等方面，因地制宜地、結(jié)合實(shí)際實(shí)施具體的治理措施即控制污染源，加強(qiáng)過(guò)程處理，改善生態(tài)環(huán)境，建立完善的生態(tài)系統(tǒng)，大幅提高水環(huán)境處理能力，使河道本身能夠抵抗污染物的沖擊，逐步改善水生態(tài)，確保消除黑臭水體，將習(xí)近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”的理念落到實(shí)處，更好的解決河道污染問(wèn)題。

2.2 具體方案

2.2.1 控制污染源

膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)指的是充分結(jié)合膜分離技術(shù)以及生物處理技術(shù)，不僅可以將以往使用的二沉池的功能代替，將固體和液體分開，同時(shí)還可以將中水保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)，可以有效去除氨氮，降低水的渾濁度，大大減少水中的懸浮物和細(xì)菌，大幅度提高水環(huán)境質(zhì)量。為了在源頭上減少污染，在河道上游水源匯入處，采用MBR（膜生物處理器）一體化設(shè)備，設(shè)計(jì)處理量為600t/d，設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間為21h/天，該廢水經(jīng)過(guò)處理后出水水質(zhì)能夠達(dá)到一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)MBR 技術(shù)，能夠大大攔截上游居民的生活污水排入，能夠削少排入的污染物，極大地提高排入河道的水環(huán)境質(zhì)量，從源頭上來(lái)控制污染物，這是非常關(guān)鍵的一步，在源頭上控制能夠事半功倍。

2.2.2 改善生態(tài)環(huán)境

試驗(yàn)部分區(qū)域水流不暢，水質(zhì)遭到嚴(yán)重破壞，水體流動(dòng)性不強(qiáng)，生態(tài)凈化能力極差，外排入的水不僅不能處理，還能加劇河道的污染，導(dǎo)致環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，生態(tài)系統(tǒng)得到毀滅性打擊。本方案對(duì)河道試驗(yàn)段進(jìn)行清淤處理，不僅清除里面的雜草，還可以清除里面的污染物，營(yíng)造良好的生態(tài)系統(tǒng)。將清除的河道污染物放于填充在河道的兩邊，將河道內(nèi)部的魚和雜草實(shí)現(xiàn)清除和打撈，將河道內(nèi)的垃圾清除干凈，清除其中有害物質(zhì)，為改善河道的生態(tài)系統(tǒng)提供良好的基礎(chǔ)保障。

2.2.3 構(gòu)建生態(tài)緩沖帶

在河道流域兩岸，采用沙地柏和紫穗槐構(gòu)建生態(tài)緩沖帶陸地植被群落，種植面積為2-3 棵/m2，可以將徑流、雨水、農(nóng)田灌溉等多個(gè)面源的污染問(wèn)題都會(huì)對(duì)河道的水生態(tài)構(gòu)成嚴(yán)重的影響。建立生態(tài)的緩沖體系，不僅能夠截流兩岸的雨水以及隨雨水進(jìn)入的其他廢水，還能改善河道的生態(tài)體系，同時(shí)不斷的豐富生物多樣性，將水陸的物質(zhì)循環(huán)發(fā)展起來(lái)，恢復(fù)區(qū)域生態(tài)的整體水平，通過(guò)完整的生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自身凈化能力的不斷提高。

2.2.4 重塑水生生態(tài)系統(tǒng)

水生植物與水生動(dòng)物存在能夠很好地控制好水生生態(tài)系統(tǒng)，良好的水生生態(tài)系統(tǒng)能夠極大地改善水生生態(tài)環(huán)境。選取先鋒種和耐污種為主要的水生生物，沉水生物具體包含眼子菜以及苦草，這兩種生物的去污能力都很強(qiáng)，挺水生物具體包含水芹菜、茭白以及菖蒲等多種生物，浮葉植物具體包含菱，其優(yōu)點(diǎn)是代謝物非常少。來(lái)進(jìn)一步改善河道的整體水質(zhì)和減小污染負(fù)荷大。水生植物種植的覆蓋率非常高，將會(huì)達(dá)到所有試驗(yàn)河段面積的75%左右，沉水植物的占比比較高，約60%，種植密度將達(dá)到75-90 株/m2；挺水植物的含量比較低，占比約10%，種植密度在20-30 株/m2；浮平植物的占比最低，約5%，種植密度約5-10/m2。水生動(dòng)物的特點(diǎn)比較明顯，主要是雜食動(dòng)物和濾食動(dòng)物，可以將水內(nèi)的有害水藻和有機(jī)的碎屑物質(zhì)有效的去除，實(shí)現(xiàn)水生生物產(chǎn)生良好的長(zhǎng)勢(shì)，增加水體凈化的速度和水平，實(shí)現(xiàn)水體生態(tài)系統(tǒng)最大程度的恢復(fù)。水生生物包含浮動(dòng)動(dòng)物，具體包含螺和貝等；在后期跟進(jìn)實(shí)際的恢復(fù)情況可以按比例投放一定數(shù)量的鳙魚、鰱魚等多種雜食的動(dòng)物，將食物鏈變得更加完善，改善水體的循環(huán)體系，實(shí)現(xiàn)水體處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 氨氮變化

前期水體中氨氮平均濃度為7.3mg/L，水質(zhì)屬于Ⅴ類水質(zhì)；在前期，實(shí)驗(yàn)開始調(diào)試運(yùn)行初期，氨氮的下降不明顯；經(jīng)過(guò)1 個(gè)月運(yùn)行后逐步降低5.84mg/L。中間由于幾次大雨導(dǎo)致排入量加大，同時(shí)伴隨著大量的污泥進(jìn)入導(dǎo)致氨氮濃度急劇上升。后期經(jīng)過(guò)3 個(gè)月時(shí)間，水生生態(tài)系統(tǒng)完善，完整的生態(tài)系統(tǒng)和植物鏈以及河道兩岸截流設(shè)施完善，水體中氨氮的含量平均值1.86mg/L首次達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)，并持續(xù)穩(wěn)定。

3.2 COD和總磷變化

水體黑臭主要原因是水體中氨氮含量過(guò)高，COD 和總磷不用于做參考指標(biāo)。但是我們可以發(fā)現(xiàn)，水體中COD 和總磷適度超標(biāo)，達(dá)到V 類標(biāo)準(zhǔn)，剛開始的時(shí)候水體中COD 和總磷下降不太明顯，經(jīng)過(guò)1 個(gè)多月后COD 和總磷含量平均值分別下降至20.6mg/L 和0.12mg/L，總體來(lái)說(shuō)適當(dāng)下降，去除效果較好，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著生態(tài)系統(tǒng)的不斷穩(wěn)定，河道的凈化能力越來(lái)越好，自我凈化的能力不斷提升，河道總體的水質(zhì)量越好。

3.3 整治成效

通過(guò)控制污染源進(jìn)入，加強(qiáng)過(guò)程管理，豐富河道生物多樣性，改善水生生態(tài)系統(tǒng)，加大河道試驗(yàn)段兩側(cè)植被使用，一段時(shí)間后，不僅恢復(fù)河道水域生態(tài)系統(tǒng)，還大促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，改善居民生活環(huán)境，讓城市的發(fā)展越來(lái)越“綠色”，河道試驗(yàn)段水體基本消除黑臭，COD、氨氮、總磷等基本指標(biāo)明顯下教，水環(huán)境治理整體提升。

從直觀來(lái)看，河道的濁度、氣味有明顯的改善，河道的景觀效果越來(lái)越好，黑臭水體基本消除，水體變得更清澈了，河道的生態(tài)迅速恢復(fù)，這說(shuō)明通過(guò)控制污染源，加強(qiáng)過(guò)程管理，改善生態(tài)環(huán)境，豐富河道生態(tài)系統(tǒng)，這一系列舉措具有很好的實(shí)效，使得河道的黑臭水體得到明顯改善，水生系統(tǒng)進(jìn)一步完善，具有很好的應(yīng)用前景。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該河道試驗(yàn)段的運(yùn)行結(jié)果，我們可以看出，通過(guò)控制污染源、改善水體生態(tài)系統(tǒng)，能夠快速修復(fù)水生態(tài)環(huán)境，清除水中的淤泥，實(shí)現(xiàn)水體的自身凈化，緩解城市水污染負(fù)荷，減少污染物含量與種類，豐富了河道的生態(tài)系統(tǒng)，極大地改善水環(huán)境質(zhì)量。該水生態(tài)修復(fù)技術(shù)有著積極的作用，不僅經(jīng)濟(jì)、時(shí)間、環(huán)保成本低，有著廣泛的應(yīng)用前景，隨時(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，水生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，應(yīng)用前景會(huì)越來(lái)越開拓。