人工生態(tài)系統(tǒng)在黑臭河道治理中的應(yīng)用

李鳳鐿

（鐵漢環(huán)保集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000）

我國水污染問題十分嚴(yán)重，最突出的是城市和河道的污染。黑臭的河水不僅破壞了兩岸的生態(tài)環(huán)境，還會通過城市管網(wǎng)造成地下水污染，嚴(yán)重威脅到市民的飲水安全，同時導(dǎo)致自來水凈化成本增加。為徹底解決河道黑臭問題，以河道天然生態(tài)系統(tǒng)以及相關(guān)的演變?yōu)榍疤?，衍生出人工生態(tài)系統(tǒng)治理河道的理論，根據(jù)該理南方某未完全截污河道的工程進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，探索人工生態(tài)系統(tǒng)治理河道黑臭的路徑。

1 人工生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用的必要性

河道生態(tài)系統(tǒng)基本由三個部分組成：岸邊的生物帶、河床內(nèi)環(huán)境和生境。人類活動降低了水體的自凈能力，河道的自然生態(tài)系統(tǒng)遭到了人為地破壞。改善水質(zhì)的措施可以采用截污納管、底泥疏浚等水利工程手段，但對恢復(fù)河道的生態(tài)系統(tǒng)卻沒那么容易。所以，在河道管理中構(gòu)建人工生態(tài)系統(tǒng)，對恢復(fù)河道生態(tài)平衡具有十分重大的意義。河道人工系統(tǒng)的功能是采取必要的措施和手段，對河道生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行重塑，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施人工強(qiáng)化，增強(qiáng)河流的自凈能力，確保河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。

2 人工生態(tài)系統(tǒng)在黑臭河道治理中的應(yīng)用

2.1 建立生態(tài)浮床

生態(tài)浮床修復(fù)水體的原理是以浮床為載體，在富營養(yǎng)化的水面上種植水生植物或者陸生植物。植物在生長的過程中既可以吸收水體中的N、P等元素，又可以利用自身發(fā)達(dá)的根系和浮床基質(zhì)吸附水體中的懸浮物，通過植物的根系將很多可以降解的有機(jī)物的分泌物釋放出來，讓水中的有機(jī)物迅速分解；有些植物還可以產(chǎn)生化學(xué)克生物質(zhì)，對浮游植物生長進(jìn)行抑制。同時促進(jìn)好氧微生物的增加，有效分解了營養(yǎng)物和有機(jī)污染物，水體得到很大地改善。最后利用植物體機(jī)理功能，把污染物積累在植物根系或吸附到體內(nèi)然后搬離水體，從而顯著減少水中污染物，讓水質(zhì)凈化[2]。

2.2 河道曝氣生態(tài)凈化

該系統(tǒng)的主體是水生生物，加以合理的人工曝氣，構(gòu)建的模擬人工生態(tài)處理系統(tǒng)[2]。該系統(tǒng)功能是對水中的污染負(fù)荷進(jìn)行高效降解，對水質(zhì)實(shí)施凈化和改善，是生態(tài)凈化和人工凈化的有機(jī)結(jié)合。人工曝氣復(fù)氧是河道曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)氧氣的重要來源，另外，水生生物和大氣復(fù)氧也可以利用光合作用傳輸一定的氧氣。在采用該凈化系統(tǒng)的河道內(nèi)形成一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，這是多種微生物和水生動物和平共處的生態(tài)環(huán)境，利用生物降解、物理吸附、生物吸附等功能以及不同微生物和水生生物間作用的發(fā)揮去除污染物。

2.3 利用生態(tài)袋進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡

利用以聚丙烯為原材料制作的生態(tài)袋建造柔性生態(tài)邊坡進(jìn)行防護(hù)綠化，已經(jīng)成為內(nèi)河治理、河岸護(hù)坡的行之有效的關(guān)鍵措施，堪稱是河道柔性生態(tài)邊坡工程的核心構(gòu)成。生態(tài)袋可以透水卻不透土，目標(biāo)過濾功能極強(qiáng)，既可以保護(hù)填充物流失，又可以促進(jìn)土壤中水分的正常流動，發(fā)揮保持和及時補(bǔ)充植物所需水分的功能。生態(tài)袋對植物的友善性還體現(xiàn)在讓植物穿過袋體自由生長，對凈化水質(zhì)起到至關(guān)重要的作用。在工程的基礎(chǔ)土壤中，植物的根系如同無數(shù)錨桿再次穩(wěn)固了袋體與主體的狀態(tài)，而且會隨著時間流逝而越發(fā)地加固，讓邊坡保持永久性的穩(wěn)固，逐漸消除河道內(nèi)的污染源。

2.4 在水中種植沉水植物

沉水植物是水生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員，其可以吸收水體中氮磷等營養(yǎng)元素，維護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)、控制水體富營養(yǎng)化，不僅可以對水體中的魚類、底棲動物、浮游生物的構(gòu)成和分布產(chǎn)生積極影響，而且可以有效凈化水質(zhì)?；谌祟惢顒雍铜h(huán)境變化的影響，隨著日趨惡化的河道生態(tài)，沉水植物數(shù)量和分布面積不斷萎縮，退化為單一化的群落結(jié)構(gòu)。沉水植物的消失會縮短生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈，導(dǎo)致食物網(wǎng)簡單，嚴(yán)重降低了物種的多樣性，讓河道的生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱?；謴?fù)大型水生植被是解決該問題的途徑之一。以菹草、金魚藻等為代表的大型沉水植物可以充分吸收和利用水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，生成符合自身生長發(fā)育的物質(zhì)，可以明顯降低水體中營養(yǎng)鹽的濃度，抑制了藻類的爆發(fā)；同時，沉水植物還能讓懸浮顆粒物降低，沉降水體中的磷，把沉積物中磷的釋放降到最低，有效抑制水體沉積物的再懸浮，通過對沉積物特性的改善促進(jìn)營養(yǎng)鹽釋放率降低，吸附河道中的污染物，對浮游物的生長形成抑制，如圖1所示。

圖1 水中沉水植物

3 工程案例

3.1 工程概況

本文案例工程河流全長約1 200 m，本項(xiàng)目選取其中的一段進(jìn)行生態(tài)治理，該治理河段總長為600 m。河道在綜合治理前平均寬度為4 m，流動性不好，缺乏正常流速，自凈能力極差，呈現(xiàn)深綠色的水體，河面上隨處是黑臭的絮狀漂浮物，氣味異常難聞。治理過程中首先將人工生態(tài)浮島布設(shè)在該河段的排污口處，通過浮島上的植物根系吸收、阻擋、過濾來自排污口的污染物，同時生長會消化掉水體中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，還可以提高河道的景觀效果。為了增加水體中的DO濃度，將曝氣機(jī)和自沉式氣管布設(shè)在污染的河段內(nèi)，不僅促進(jìn)了水動力條件的改善，加大了水體的流動性，更加快了后期投放微生物繁殖和生長的速度[3]。

曝氣系統(tǒng)包括八臺曝氣機(jī)、一臺空壓機(jī)以及自沉式氣管1 355 m，排污口附近布設(shè)人工生態(tài)浮島8座，總共50 m2，人工浮島上種植植物以千屈菜和狐尾藻為主；為了提升景觀效果，該治理河段兩端都建設(shè)了噴泉。布設(shè)完所有設(shè)施后，在河道內(nèi)適量投放鰱魚魚苗。于2019年7月下旬投放微生物菌劑，投放量為25 kg，直到完全溶于水之后潑灑在曝氣盤周圍。

3.2 治理結(jié)果與分析

該河道委托第三方檢測機(jī)構(gòu)通過檢測點(diǎn)選擇后對水質(zhì)進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)監(jiān)測從2019年5月起開始，以后的監(jiān)測間隔期為3個月，一共實(shí)施五次的監(jiān)測，其中第一次監(jiān)測在綜合治理前進(jìn)行的。人工生態(tài)措施治理前該河道水質(zhì)指標(biāo)基本為劣V類標(biāo)準(zhǔn)。開始應(yīng)用人工生態(tài)系統(tǒng)后，該河道監(jiān)測點(diǎn)各理化指標(biāo)在日趨變好，到2020年4月中旬，監(jiān)測點(diǎn)的斷面水質(zhì)從治理前的劣Ⅴ類升至V類。具體變化指標(biāo)如下：

3.2.1 總磷分析

在河道整治初期，總磷濃度呈上升趨勢，這是由于微生物繁殖引起沉積物擾動促進(jìn)磷在水體中釋放所致，總磷參數(shù)反復(fù)增加，但過一段時間后開始衰減。

3.2.2 總氮和氨氮分析

總氮和氨氮濃度下降的趨勢呈現(xiàn)一致的趨勢，濃度下降不明顯的時間段7～11月，其原因是周邊排污量迅速增大，河流污染負(fù)荷猛然增大所致。

3.2.3 COD濃度分析

在人工生態(tài)為主的綜合治理后，COD在水體里呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，而反彈現(xiàn)象發(fā)生在11末到次年1月間。主要原因是11月進(jìn)入每年的枯水期，河道流量下降稀釋有機(jī)物的能力下降，從而減弱了微生物的凈化能力，導(dǎo)致COD在水體里濃度上升。而到了第二年春天會伴隨河道流量增加而降低COD濃度。

3.2.4 水體透明度分析

在人工生態(tài)治理中，經(jīng)常出現(xiàn)水體透明度在短時間內(nèi)下降的現(xiàn)象，但不會持續(xù)很久就開始上升，究其原因就是總磷的變化趨勢相同，同時微生物繁殖對底泥的擾動，影響了水體的透明度，但隨著河道良性循環(huán)的形成，河道中的藻類、懸浮物減少，水體自然上升了透明度。

4 結(jié)論

總之，控制河道黑臭現(xiàn)象的措施雖然很多，但最適合的手段是生態(tài)修復(fù)措施，可以形成自然生態(tài)的良性循環(huán)，有助于對生態(tài)環(huán)境的長久保護(hù)。同時在生態(tài)治理的探索和實(shí)踐中，可以促進(jìn)人工生態(tài)系統(tǒng)更加完善，為河道的綜合治理提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支撐。