河湖景觀水體污染治理及藍(lán)藻消除技術(shù)

于書(shū)萍楊光輝夏珺劉蕾

（1河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院北京分院 北京 100073 2天津江河弘元環(huán)境技術(shù)研究有限公司 天津 300204）

河湖景觀水體污染治理及藍(lán)藻消除技術(shù)

于書(shū)萍1楊光輝2夏珺2劉蕾2

（1河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院北京分院 北京 100073 2天津江河弘元環(huán)境技術(shù)研究有限公司 天津 300204）

本文針對(duì)天津市景觀水體污染現(xiàn)狀展開(kāi)討論，了解造成河湖景觀水體污染的主要原因。整合現(xiàn)有技術(shù)資料分析比較不同治理方法優(yōu)劣，提出相對(duì)經(jīng)濟(jì)、高效、綠色的可行方案。另外，對(duì)水體污染現(xiàn)象中較嚴(yán)重的藍(lán)藻問(wèn)題進(jìn)一步研究，深入了解掌握國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的藍(lán)藻消除技術(shù)，通過(guò)整合以求優(yōu)化。

景觀水體；污染；藍(lán)藻消除

我國(guó)是一個(gè)干旱、缺水嚴(yán)重的國(guó)家，主要體現(xiàn)在人均占有量低和地區(qū)分布不均勻的問(wèn)題上。其中，北方城市淡水資源尤其匱乏，景觀水體補(bǔ)給不足并且水質(zhì)普遍較差，造成了“既干又臟”的現(xiàn)狀，而這些問(wèn)題在城市的中心區(qū)域體現(xiàn)得更為嚴(yán)重且明顯。以天津市為例，人們總說(shuō)“九河下梢天津衛(wèi)”，雖然水體眾多，但是水系連通較差，大多水系呈封閉、滯緩流狀態(tài)，水循環(huán)受阻；另外，由于人類活動(dòng)的污染排放，雨水、污水流入水體，使得水質(zhì)較差，自凈能力低，嚴(yán)重影響天津市的水生態(tài)景觀環(huán)境。我國(guó)北方城市景觀水體大多都面臨著上述問(wèn)題：嚴(yán)重的水流不暢和污染排放進(jìn)一步導(dǎo)致水質(zhì)惡化、水生態(tài)環(huán)境脆弱，種種問(wèn)題成為制約其可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

1 天津市景觀水體污染特征

天津市位于海河水系的入海口。海河水系是華北地區(qū)最大的水系，匯集了北運(yùn)河、永定河、大清河、南運(yùn)河、子牙河五大支流，縱貫市區(qū)，經(jīng)塘沽匯入渤海；其中，子牙新河、永定新河、潮白新河、獨(dú)流減河、薊運(yùn)河也經(jīng)天津市境內(nèi)入海。天津市河湖眾多，其中包括引灤輸水河道和海河在內(nèi)的一級(jí)河道有19條，總長(zhǎng)度約1095km；二級(jí)河道79條，河流總長(zhǎng)2459.5km，在天津市境內(nèi)形成了水系相通的平原河網(wǎng)。

雖然天津市河湖眾多，但是由于缺乏淡水資源，需要依靠外調(diào)水源來(lái)解決城市生產(chǎn)和生活用水，因此，生態(tài)用水難以保障，加上污染物入侵、水系連通差等問(wèn)題，景觀水體的水質(zhì)普遍較差。城市景觀水體的多水源補(bǔ)水特性，進(jìn)一步加大了水質(zhì)保持與提升的難度，工程技術(shù)措施的不足也影響了水體循環(huán)與水質(zhì)穩(wěn)定，降雨形成的地表徑流也間接影響景觀水體水質(zhì)。

另外，由于城市排水設(shè)施無(wú)法滿足清污分流的需求，只能將大量的工業(yè)廢水、市政污水以及汛期雨污水排入海河來(lái)緩解分流壓力。因此，海河沉積物中，有機(jī)物污染嚴(yán)重，逢季節(jié)更替、水體熱交換頻繁時(shí)，底泥中釋放的污染物會(huì)給海河造成污染。

2 河湖景觀水體污染主要治理方法

早在20世紀(jì)初，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始著手研究城市景觀水體的防治工作。近年來(lái)，世界各國(guó)加快了景觀水體污染控制的研究并對(duì)一些城市河道進(jìn)行了治理。目前，我國(guó)景觀水體的污染治理依舊停留在截污、清淤、河道渠化、換水的初級(jí)階段，雖然短期效果不錯(cuò)，但是沒(méi)有解決導(dǎo)致污染的根本問(wèn)題，使得水質(zhì)難以保持。大量實(shí)踐和研究證明城市景觀水體的污染是可以治理的，但耗時(shí)長(zhǎng)、耗資大。

目前國(guó)內(nèi)外城市景觀水體治理主要采用物理法、化學(xué)法、生物及自然生態(tài)修復(fù)法等三大類。物理法和化學(xué)法通常投資大，較易引發(fā)二次污染，因此常作為緊急情況下的應(yīng)急措施。生物及生態(tài)修復(fù)法投資較小且效果優(yōu)良，已經(jīng)成為城市景觀水體長(zhǎng)期治理及水質(zhì)保持的重要手段[1]。

2.1 物理化學(xué)法

2.1.1 引水換水

引水換水技術(shù)是目前許多園林景觀水體常用的一種凈化技術(shù)。該方法通過(guò)周期性的引水換水，可以稀釋水中的污染物，以此來(lái)降低污染物的濃度，防止藻類瘋長(zhǎng)。該方法僅適用于較小的水域面積，對(duì)于較大面積的水域，耗水量大，成本高。西湖引水工程定期將錢塘江水引入西湖，日平均取水達(dá)到30×104m3，緩解了西湖水體的進(jìn)一步惡化[2]。

2.1.2 底泥疏浚

底泥疏浚可以徹底解決內(nèi)源污染，疏浚能夠有效控制沉積物中重金屬、營(yíng)養(yǎng)鹽和其他污染物。但工程量較大，時(shí)效短，易出現(xiàn)二次污染。為了減少底泥疏浚過(guò)程中污染物的釋放和對(duì)原有底棲生物群落的影響，可采用環(huán)保疏浚技術(shù)，冬季是底泥疏浚環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)最小的季節(jié)[3]。

2.1.3 曝氣充氧法

曝氣的主要方式是自然跌水和人工曝氣。該方法可以使水體保持較高的氧含量，從而促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)污染物的氧化分解。曝氣充氧可以防止水體發(fā)臭，延緩水體富營(yíng)養(yǎng)化，但不能從根本上解決水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題[1]。為了改善Hamewood運(yùn)河的水質(zhì)，1989年在河口處安裝曝氣設(shè)備，結(jié)果表明河道溶解氧和生物量均有提高[4]。

2.1.4 混凝沉淀法

混凝法是指向水中投加混凝劑，使得水中的懸浮物和膠體雜質(zhì)沉淀除去。常用的混凝劑有石灰、鋁鹽和鐵鹽等，混凝沉淀法投資少、操作管理方便，可用于含大量懸浮物、藻類的水體的治理。但藥劑消耗量大，污泥產(chǎn)生量大，需考慮剩余污泥的處理等問(wèn)題。

2.1.5 氣浮法

氣浮法是一種通過(guò)固液分離技術(shù)能夠有效去除水體中細(xì)小懸浮顆粒、藻類等污染物的水體凈化技術(shù)，它便于操作，效果明顯，能耗低，并可大幅增加水體溶解氧的含量。1998年Chen等人[5]利用分散氣浮工藝進(jìn)行除藻,除藻率達(dá)到90%。鄭光宏等人[6]用混凝氣浮技術(shù)治理富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的校園景觀水體，試驗(yàn)條件下，總氮和總磷的去除率約為74.9%、33.8%。

2.2 生物及自然生態(tài)修復(fù)法

生物法是通過(guò)建立微型水生生物系統(tǒng)，利用特定生物對(duì)有機(jī)物的吸收、轉(zhuǎn)化或降解，來(lái)達(dá)到治理水體污染的目的。生物法具有投資低，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，沒(méi)有二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但是治理周期較長(zhǎng)，目前仍處于試驗(yàn)階段。

2.2.1 微生物

國(guó)內(nèi)外研究者通常是向污染水體中投入人工培育的光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌等微生物，降低水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素以及有機(jī)污染物

的含量。通常，單獨(dú)使用光合細(xì)菌或硝化細(xì)菌達(dá)不到理想效果，曹式芳等[7]利用光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌與復(fù)合細(xì)菌，通過(guò)投菌法來(lái)治理水體污染物，試驗(yàn)表明，有機(jī)物與葉綠素的去除率分別為60%、90%，含氮化合物的去除率≥50%，DO值由l.0mg/L增加到7mg/L左右。

2.2.2 水生植物

水生植物修復(fù)方法是一種利用植物吸收、富集、轉(zhuǎn)化、降解來(lái)治理水體中污染物的簡(jiǎn)單、節(jié)能的方法。水生植物主要通過(guò)物理作用、微生物作用及吸收作用三方面來(lái)達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。水生植物修復(fù)方法可以提高水體的生物多樣性，增強(qiáng)其抗干擾能力，使水生生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。由文輝等[8]在富營(yíng)養(yǎng)化水體中輪種水芹和水萊菜，平均每年每平方米水域總氮、總磷去除量分別為204.80g和24.62g，同時(shí)每平方米水域可收獲50kg蔬菜，這既具有環(huán)境效益又具有經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.3 人工濕地

人工濕地主要是利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。通過(guò)吸附、過(guò)濾、沉淀、微生物分解、植物吸收等作用機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)污染物的去除。CoveneyMF等利用人工濕地治理弗洛里達(dá)州大型淺水湖——Apopka湖，研究表明，人工濕地對(duì)湖中氮、磷、懸浮物等有明顯的效果。經(jīng)過(guò)29個(gè)月的運(yùn)行，總氮的去除率為89%～99%，總磷為30%～67%，總懸浮物為30%～52%[9]。

3 藍(lán)藻的產(chǎn)生機(jī)制及其消除技術(shù)

藍(lán)藻形成爆發(fā)的主要原因是水體富營(yíng)養(yǎng)化。富營(yíng)養(yǎng)化是指由于水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量的升高，造成藻類和水生植物生產(chǎn)力顯著升高、水質(zhì)下降等一系列問(wèn)題，從而使水的用途受到影響的現(xiàn)象。富營(yíng)養(yǎng)化使得水體中氮、磷含量嚴(yán)重超標(biāo)，再遇上合適的生長(zhǎng)條件，藍(lán)藻就會(huì)過(guò)度生長(zhǎng)，形成“水華”。

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著居民生活水平的提高，大量含氮磷的生活污水排入到海河及其他水系中，每年夏季，藻類就會(huì)大面積爆發(fā)，造成了嚴(yán)重的影響的巨大的經(jīng)濟(jì)損失。藍(lán)藻水華已經(jīng)成為全球性環(huán)境問(wèn)題，世界各國(guó)均對(duì)藍(lán)藻消除技術(shù)開(kāi)展了大量的研究，開(kāi)發(fā)了眾多產(chǎn)品和技術(shù)。藍(lán)藻水華治理的根源在于控制水體富營(yíng)養(yǎng)化，這是藍(lán)藻治理長(zhǎng)效有效的措施。目前藍(lán)藻的治理方法主要分為物理、化學(xué)、生物和綜合治理四大類。物理法效果好，但是工程量大、周期長(zhǎng)、投資較高；化學(xué)法速度快、效果明顯，但是容易形成二次污染；生物法效果好，無(wú)二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景，但技術(shù)本身并不成熟。

3.1 強(qiáng)化耦合生物膜反應(yīng)器（EHBR）簡(jiǎn)介

強(qiáng)化耦合生物膜反應(yīng)器（EHBR）是一種主要由透氧膜組件和微生物膜兩部分組成的新型污水處理技術(shù)，它將氣體分離膜技術(shù)與生物膜法水處理技術(shù)結(jié)合起來(lái)。其作用：（1）生物膜（在河道水體中培養(yǎng)馴化，不引進(jìn)任何外來(lái)菌種）對(duì)水體中的污染物進(jìn)行分解去除，凈化水體；（2）透氧膜可為水體供氧，提高水中溶解氧的濃度，阻止綠藻的產(chǎn)生，使水體變得清澈透明。該技術(shù)克服了傳統(tǒng)水處理技術(shù)在河道流域水體治理上的工程瓶頸，綜合投資成本低，運(yùn)行費(fèi)用低（微動(dòng)力，可采用太陽(yáng)能等），可持續(xù)，管理簡(jiǎn)單，無(wú)人值守。

3.2 強(qiáng)化耦合生物膜反應(yīng)器（EHBR）特點(diǎn)

EHBR可以根據(jù)河道水體工況特點(diǎn)，以水草式、浮島式、簾式等多種裝置形式直接安裝于河道中，是一種生態(tài)治理法。為了改善天津市高新區(qū)河道，2014年在河道上安裝了水草式與太陽(yáng)能浮島式結(jié)合EHBR技術(shù)設(shè)備，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的處理，水體中CODcr、NH3-N、TP等污染物指標(biāo)下降，溶解氧含量升高，水質(zhì)大幅提升。無(wú)錫惠山區(qū)河道于2014年在河道中安裝EHBR技術(shù)設(shè)備，結(jié)果表明水質(zhì)由Ⅴ類水提升為Ⅲ類水，改善了周邊環(huán)境。

EHBR技術(shù)對(duì)河道水體標(biāo)本兼治、低成本、安全可靠而可持續(xù)，能夠強(qiáng)化形成水體本身的除污自凈化能力，形成完善的水生態(tài)系統(tǒng)，無(wú)需再定期抽水換水，可實(shí)現(xiàn)河道水體治理和維護(hù)的一勞永逸。

4 結(jié)論及建議

如所周知，景觀水體污染已成為制約城市發(fā)展、影響人民生活的頑疾。天津市政府對(duì)此非常重視，已進(jìn)行了多年的持續(xù)治理，2014年又啟動(dòng)了美麗天津一號(hào)工程。清淤，截污，換水，一直是景觀水體治理的主要措施。通過(guò)實(shí)施，河道綜合狀況有了很大改善。但由于沒(méi)有建立起水體的自凈化能力，缺乏有效的水體維護(hù)手段，治理后，只能在短時(shí)間內(nèi)保持清潔，數(shù)周后，河道水質(zhì)重新變差，甚至變黑發(fā)臭。生物膜反應(yīng)器作為一種景觀水體凈化的新技術(shù)，克服了物理化學(xué)法投資大、易造成二次污染等的不足。當(dāng)然，沒(méi)有哪一種方法是萬(wàn)能的，要徹底解決景觀水體污染問(wèn)題，恢復(fù)景觀水體的自然生態(tài)體系，需要一個(gè)長(zhǎng)期而艱苦的治理和恢復(fù)過(guò)程。

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[7]曹式芳,龐金釗,楊宗政,林俊岳,薛二軍.生物技術(shù)治理富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體的研究[J].天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,04∶1-3+7.

[8]由文輝,劉淑媛,錢曉燕.水生經(jīng)濟(jì)植物凈化受污染水體研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000,01∶99-102.

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于書(shū)萍，女，漢族，大學(xué)本科，工程師，主要從事水資源研究與設(shè)計(jì)工作。