城市景觀水體的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

李興平

(河南林業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 洛陽(yáng)　471002)

· 綜述 ·

城市景觀水體的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

李興平

(河南林業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 洛陽(yáng)471002)

城市景觀水體對(duì)于城市發(fā)展和居民生活具有重要意義,當(dāng)前城市景觀水體污染問(wèn)題尤其是富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象比較突出,影響了水體生態(tài)環(huán)境和城市景觀。文章綜述了近年來(lái)景觀水體的生態(tài)治理技術(shù)及其機(jī)理，重點(diǎn)介紹了人工浮島、生物操縱等技術(shù)在景觀水體修復(fù)中的應(yīng)用和發(fā)展，以期對(duì)景觀水體的治理和修復(fù)有一定的借鑒作用。

景觀水體；生態(tài)修復(fù)；治理技術(shù)

城市景觀水體包括城區(qū)范圍內(nèi)的天然湖泊、河道以及公共場(chǎng)所(公園、生活小區(qū)、娛樂(lè)場(chǎng)所等)的人造湖泊、觀賞水池、景觀河道等,它是城市人居環(huán)境中重要的組成部分，具有重要的生態(tài)功能、文化功能、美學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。但由于多數(shù)近為靜止或流動(dòng)性差的緩流水體，水域面積小、水環(huán)境容量小、水體自凈能力弱，容易成為居民生活污水、雨水和垃圾的受納體，加上生活污水、工業(yè)污水和地表徑流的注入，導(dǎo)致我國(guó)城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況日益嚴(yán)重，城市公園、河道、湖泊水體黑臭、藍(lán)藻頻發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)遭受不同程度的破壞，嚴(yán)重影響了城市生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境質(zhì)量[1]。因此，當(dāng)前景觀水體治理顯得非常必要。

1　景觀水體的生態(tài)修復(fù)技術(shù)概述

生態(tài)修復(fù)是指按照生物系統(tǒng)的演進(jìn)規(guī)律， 利用自然和人為力量， 對(duì)破壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)、改良、重建、維護(hù)和管理，使其恢復(fù)原有功能的過(guò)程[2]。

水體的生態(tài)修復(fù)技術(shù)指依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)原理，選取各種方法使已受損傷的水體生態(tài)系統(tǒng)的生物群體及生態(tài)結(jié)構(gòu)得到修復(fù)，強(qiáng)化水體生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，重建健康的生態(tài)水體，使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我維持自我協(xié)調(diào)的良性循環(huán)[3,4]。

景觀水體的生態(tài)修復(fù)法以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，人工養(yǎng)殖抗污染和強(qiáng)凈化功能的水生動(dòng)、植物，利用生物間的相互作用在景觀水體中恢復(fù)或建立平衡的生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)水體的自我凈化能力，從而使水體得到凈化，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低、處理效果好、運(yùn)行成本低、耗能低等。對(duì)于以富營(yíng)養(yǎng)化為主要特征的景觀水體的生態(tài)修復(fù)主要是去除藻類和氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素,改善水體生態(tài)。這種方法通常包括人工浮島、生物操縱、人工濕地等技術(shù)手段，還包括穩(wěn)定塘、生物格柵等一系列生態(tài)修復(fù)與保護(hù)工程[5～7]。

2　生態(tài)-生物方法

2.1人工浮島技術(shù)

人工浮島是一種生長(zhǎng)有水生植物或陸生植物的漂浮結(jié)構(gòu)，主要是利用無(wú)土栽培技術(shù)，采用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無(wú)土種植植物技術(shù)。人工浮島的主要作用是在實(shí)施期間由植物吸收和富集水體當(dāng)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物，并通過(guò)最終收獲植物體的形式，徹底去除水體中被植物積累的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷等污染物[8]。因此，人工浮島中植物的選擇是非常重要的。植物是浮島生物群落及凈化水體的主體，這些植物通常是當(dāng)?shù)厮w或?yàn)I岸帶的適生種，具有生長(zhǎng)快、分株多、生物量大、根系發(fā)達(dá)、觀賞性好等特點(diǎn)，兼具一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[9]。

2.2生物操縱控藻技術(shù)

生物操縱是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取原理和生物相生相克關(guān)系，通過(guò)改變水體的生物群落結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到改善水質(zhì)、恢復(fù)生態(tài)平衡的目的。生物操縱控藻理論主要指的是通過(guò)改變捕食者(魚(yú)類)的種類組成或多度來(lái)操縱植食性的浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)濾食效率高的植食性大型浮游動(dòng)物特別是枝角類種群的發(fā)展，進(jìn)而降低藻類生物量，提高水的透明度，改善水質(zhì)[13,14]。

經(jīng)典生物操縱法的治理對(duì)策是：放養(yǎng)食魚(yú)性魚(yú)類控制捕食浮游動(dòng)物的魚(yú)類，以促進(jìn)浮游動(dòng)物種群的增長(zhǎng)，然后借助浮游動(dòng)物遏制藻類，使藻類的葉綠素含量和初級(jí)生產(chǎn)力顯著降低。陳濟(jì)丁等[15]研究認(rèn)為,平突船卵蚤等大型植食性浮游動(dòng)物能顯著減少藻類生物量。劉建康、謝平[16]在武漢東湖的圍隔試驗(yàn)表明,放養(yǎng)濾食性魚(yú)類可有效地遏制微囊藻水華。

在采用生物操縱技術(shù)后，湖泊中的浮游生物群落以及水質(zhì)都分別得到了預(yù)期中的變化和改善，水體透明度大大提高[17]，且浮游植物量以及TP的濃度能大幅度地降低，是一項(xiàng)很有應(yīng)用前景的技術(shù)[18,19]。在實(shí)際應(yīng)用中,生物操縱的操作難度較大,條件不易控制,生物之間的反饋機(jī)制和病毒的影響很容易使水體又回到原來(lái)的以藻類為優(yōu)勢(shì)種的濁水狀態(tài)[20]。

2.3人工濕地技術(shù)

2.4穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘通常是深度為1.0～1.5m的淺塘,通過(guò)各種好氧、厭氧過(guò)程和食物鏈處理受污染水體。何龍[23]采用生態(tài)礫石接觸氧化/穩(wěn)定塘處理微污染景觀水,COD、濁度、TN、TP和藍(lán)綠藻的去除率分別為56%～68%、80.6%左右、44.8%～48.3%、24.6%～31.4%和85%左右。穩(wěn)定塘運(yùn)行成本低,但占地面積大,處理周期長(zhǎng),適于附近有天然池塘可以利用的景觀水體。

2.5網(wǎng)箱養(yǎng)草技術(shù)

所謂“網(wǎng)箱養(yǎng)草”指的是不將沉水植物栽種在湖泊或河流底泥中，而是將其置于類似網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)的網(wǎng)箱中。沉水植物是淺水湖泊的主要生物類群，占據(jù)了湖泊中水和底質(zhì)的主要界面，是水體兩大營(yíng)養(yǎng)庫(kù)間的有機(jī)結(jié)合部，作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者之一，沉水植物能調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)速度，增加水體生物多樣性，控制藻類，增強(qiáng)水體穩(wěn)定性，從而有效提高水質(zhì)，在湖泊生態(tài)修復(fù)中越來(lái)越受到科學(xué)界重視[24]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于利用網(wǎng)箱養(yǎng)草及沉水植物改良水質(zhì)的研究已有很多報(bào)道。如謝田等人在云南星云湖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中改進(jìn)試驗(yàn)條件、設(shè)置廢水進(jìn)出口控制斷面后，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)箱養(yǎng)草對(duì)TN、TP等污染物有明顯削減效應(yīng)[25]。胡家文等人也在室外養(yǎng)殖池塘中進(jìn)行異育銀鯽和網(wǎng)箱養(yǎng)草的混養(yǎng)試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)箱養(yǎng)草對(duì)水體具有明顯的凈化效果，能有效去除水體中的N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)[26]。有學(xué)者研究，黑藻對(duì)磷的最大的吸收濃度為286mg/kg，大約相當(dāng)生物積累磷量的6%～9%，而且在30分鐘后吸收量達(dá)到最大值，對(duì)磷的去除效果較好[27]。

網(wǎng)箱中的沉水植物能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生大量氧氣并直接釋放到水體中，為水體提供豐富的DO；能有效去除水體中的N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽，減少水體營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷；還對(duì)藻類存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)作用和化感作用，抑制藻類的生長(zhǎng)，因此在富營(yíng)養(yǎng)水體的治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.6微生物凈化技術(shù)

2.7其他生物凈化技術(shù)

2.7.1微生物在湖泊水體修復(fù)中的工程應(yīng)用技術(shù)

梁運(yùn)祥等[32]人從土壤、水體中選育出枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌、反硝化芽孢桿菌、貧營(yíng)養(yǎng)有機(jī)礦化芽孢桿菌、低溫有機(jī)礦化芽孢桿菌、乳酸芽孢桿菌。這些菌株分別具有除氮、降低水體COD、除去水體異臭味、凈化水質(zhì)的作用，建立了較完備的凈水微生物體系。該體系能快速消除水體黑臭，增加水體透明度，顯著消減N、P等物質(zhì)，其技術(shù)可行，效果顯著，治理費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，是一項(xiàng)值得在湖泊景觀水體治理的新成果，具有很好的推廣應(yīng)用前景。而且該修復(fù)技術(shù)無(wú)二次污染，見(jiàn)效快，效果保持時(shí)間長(zhǎng)，總體水平在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，尤其適合治理城市湖泊、景觀水等死水。該技術(shù)成果此前已在北京大觀園景區(qū)、廣西桂林桃花江地區(qū)、武漢市漢口的西北湖以及武昌的東湖風(fēng)景區(qū)的部分景觀水體和湖泊進(jìn)行了實(shí)際的推廣應(yīng)用，獲得了較好的治理和修復(fù)效果。

2.7.2滲流式生物床技術(shù)

滲流式生物床結(jié)合了生物膜的降解特性和填料的過(guò)濾作用，處理效率較高且適用性較強(qiáng)，在填料和構(gòu)筑物形式的選擇上更靈活，是凈化污染河流的強(qiáng)化處理技術(shù)。滲流式生物床技術(shù)在日本江戶川支流板川和京都市、韓國(guó)的良才川和泰國(guó)的河水凈化中都有研究和應(yīng)用，取得了較好的效果。

2.7.3曝氣與生物膜聯(lián)合凈化技術(shù)

2.7.4生物濾溝技術(shù)

2.7.5生物柵修復(fù)技術(shù)

生物柵是將生物膜技術(shù)與水生植物加以結(jié)合用以擴(kuò)大生物附著表面積的一種新穎污染凈化技術(shù)，在曝氣的條件下，微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由原來(lái)的氣、液兩相轉(zhuǎn)變成氣、液、固三相，形成更為復(fù)雜的復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)。污染水體流經(jīng)時(shí)，懸浮物被填料和根系阻擋截留，有機(jī)質(zhì)通過(guò)植物、生物膜的吸附及同化、異化作用而除去。

2.7.6水生動(dòng)植物聯(lián)合凈化技術(shù)

肖小雨等[37]選擇睡蓮、輪葉黑藻、鰱魚(yú)和中華圓田螺不同對(duì)植物組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)和極富營(yíng)養(yǎng)水平兩種濃度水平中TN、TP及葉綠素a(Chl-a)的凈化效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明, 均以睡蓮和黑藻組合對(duì)TN和TP的去除效果最好,TN去除率分別為66.4%和42.3%,TP去除率分別為97.1%和89.6%;鰱魚(yú)和中華圓田螺的加入會(huì)引起TN和TP的升高,但是由鰱魚(yú)、中華圓田螺、睡蓮和黑藻組成的組合對(duì)藻類的抑制效果最好,其Chl-a含量始終保持最低含量,日均值不超過(guò)1.16 mg/m3。這表明水生動(dòng)植物聯(lián)合作用對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體具有明顯的凈化效果。

2.7.7微生物制劑技術(shù)

選育高效菌株制成為微生物復(fù)合制劑處理污染水體。其過(guò)程以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過(guò)生物體內(nèi)產(chǎn)生的具有催化功能的特殊蛋白質(zhì)作為催化劑，凈化污水、分解淤泥、消除惡臭。目前國(guó)內(nèi)外常用的投菌技術(shù)有集中式生物系統(tǒng)(CBS),高效復(fù)合微生物菌群(EM)等技術(shù)。

重慶桃花溪在2000年3～4月間曾使用CBS技術(shù)凈化河水，結(jié)果顯示，BOD5的去除率為83.1%～86.6%，COD的去除率為74.3%～80.9%，氮的去除率為53%～68.2%,磷的去除率為74.3%～80.9%，凈化效果十分明顯[38]。

李捍東等利用EM對(duì)廣西南寧某污水塘進(jìn)行水質(zhì)凈化，向水面定期投放EM菌液，BOD5的去除率達(dá)70.7%，COD的去除率在60%以上，EM還能將造成水體富營(yíng)養(yǎng)的氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽或硝酸鹽，EM對(duì)磷的去除效果也很不錯(cuò)，去除率可達(dá)75%[39]。

2.7.8生態(tài)混凝土技術(shù)

生態(tài)混凝土是由膠凝材料填充包裹在粗骨料周圍而形成的新型多孔材料,克服了傳統(tǒng)混凝土護(hù)坡植被無(wú)法生長(zhǎng)的缺點(diǎn),連續(xù)孔隙適于植物根系生長(zhǎng)和微生物附著,從而具有生態(tài)凈化功能。呂錫武[40]以生態(tài)混凝土河道模型處理模擬河道水,運(yùn)行20d后TP、TN和高錳酸鹽指數(shù)去除率分別達(dá)95.8%、75%和76.1%,但發(fā)現(xiàn)運(yùn)行初期混凝土的溶出物會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生負(fù)面影響,且運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(超過(guò)30d)時(shí)TP、TN和高錳酸鹽指數(shù)有回升現(xiàn)象。

3　結(jié)　論

隨著我國(guó)城市化的發(fā)展、生態(tài)城市建設(shè)的推廣和居民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，景觀水體的重要性日趨顯著，人們對(duì)于城市景觀水體處理的重要性及必要性將有更深入的認(rèn)識(shí)，景觀水體治理必將成為繼生活污水、工業(yè)污水和流域污染治理之后又一新的污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。生態(tài)浮床、生物操縱等生態(tài)修復(fù)技術(shù)在保持生態(tài)系統(tǒng)平衡的基礎(chǔ)上能逐漸降低水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，最終達(dá)到修復(fù)凈化的效果，并且造價(jià)低、耗能低、運(yùn)行成本低、運(yùn)用靈活，在治理景觀水體的過(guò)程中具有較大的應(yīng)用前景。

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Study on Ecological Rehabilitation of Urban Landscape Water

LI Xing-ping

(HenanForestryVcationalCollege，Luoyang,Henan471002，China)

Urban landscape water is of great significance for urban development and residents' life. The current urban landscape water body pollution problem especially the eutrophication phenomenon was becoming more prominent, which has affected the water ecological environment and urban landscape. This article reviewed the ecological treatment technology and its mechanism of landscape water in recent years, which had focused on artificial floating beds, biological control technology in the application and development of landscape water rehabilitation, in order to provide references for the control and rehabilitation work of landscape water pollution.

Landscape waters；eco-restoration；management

2014-10-28

李興平(1976-)，男，甘肅白銀人，2005年畢業(yè)于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，從事生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的教育、教學(xué)研究。

X171.4

A

1001-3644(2015)01-0133-05