平原河道飲用水源水體植物生態(tài)系統(tǒng)凈化關(guān)鍵技術(shù)研究

陳志力

【摘要】根據(jù)杭嘉湖地區(qū)河道特征及飲用水源水質(zhì)的特點，選擇在典型的某河道開展水體“物理-植物生態(tài)系統(tǒng)凈化關(guān)鍵技術(shù)”研究，提出植物的篩選、栽培技術(shù)和植物種群配置原理，對平原地區(qū)河網(wǎng)飲用水源水體和生活工業(yè)污水的處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】平原河網(wǎng)；水質(zhì)；生態(tài)凈化

一、引言

保障飲用水安全，直接關(guān)系到人民群眾的身體健康與生命安全，也關(guān)系到社會穩(wěn)定和社會的和諧發(fā)展，對經(jīng)濟社會的可續(xù)性發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，河網(wǎng)水體的富營養(yǎng)化和化學污染還將持續(xù)，水質(zhì)性缺水已成為該地區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)建和諧社會資源瓶頸。為此，各級政府一直高度關(guān)心該地區(qū)的飲用水安全問題，指出“飲用水源的安全，事關(guān)廣大人民群眾根本利益，管理、保護好飲用水源是各級政府一項重大責任，必須切實負起責任”。

二、水體凈化技術(shù)現(xiàn)狀與水平

縱觀凈水技術(shù)的發(fā)展歷史，凈水技術(shù)的改進主要可分成三個階段。20世紀50年代以前，由于水源水質(zhì)較好，給水處理主要是采用混凝、沉淀、過濾和加氯消毒技術(shù)，也即常規(guī)處理技術(shù)，此為第一階段。從20世紀50年代開始，西歐采用粒狀活性炭處理一些地表水源水以去除臭、味。隨著水源水污染的加劇，20世紀60年代末開始西歐各國普遍采用活性炭進行飲用水的深度處理以提高飲用水水質(zhì)，此為第二階段。自70年代末開始，為了更好地去除飲用水總的有機污染物，西歐、日本等開始重點研究和使用生物處理技術(shù)，這可以稱為第三階段。目前研究生物處理技術(shù)在飲用水處理中應(yīng)用已是世界范圍內(nèi)的熱點。生物處理技術(shù)，目前主要有生物膜反應(yīng)器，生物接觸氧化，生物濾池，強化生態(tài)自凈等預(yù)處理工藝，這些凈水技術(shù)都有各自的特點，根據(jù)不同的水源水質(zhì)和出水水質(zhì)要求以及經(jīng)濟因素可以確定合適的凈水處理工藝。

三、生態(tài)系統(tǒng)凈化技術(shù)的研究

根據(jù)杭嘉湖地區(qū)河道特征及源水水質(zhì)的特點，結(jié)合分析各工藝特點，選擇在典型的某河道內(nèi)開展水體“物理-植物生態(tài)系統(tǒng)凈化關(guān)鍵技術(shù)”研究，建立示范工程，發(fā)展河網(wǎng)平原地區(qū)飲用水源保護技術(shù)體系，不僅對改善水廠的源水水質(zhì)，確保地區(qū)的飲用水安全有重大意義，而且對河網(wǎng)平原地區(qū)飲用水源水質(zhì)改善提供參考模式、對地區(qū)生態(tài)市建設(shè)、打造和諧小康社會均具有更大的理論與實際意義。目前，對污染水體植物生態(tài)系統(tǒng)凈化技術(shù)的研究主要集中于以下幾個方面：

1、修復(fù)植物的篩選與栽培技術(shù)

生物修復(fù)區(qū)別于物理、化學技術(shù)的關(guān)鍵是生物修復(fù)的理念和植物種群配置，因此也有學者將生物修復(fù)稱為植物生態(tài)修復(fù)，以強調(diào)植物的重要地位。用于修復(fù)的植物通常是生長快、生物時大、吸收能力強的植物。最早直接在湖庫中濕地種植水生植物是國際上常用的方法，主要包括放養(yǎng)水生飄浮如鳳眼蓮、浮萍、水浮蓮、水鱉、菱、慈姑、水花生、菹草等，種植伊樂藻、金魚藻、苦藻、黑藻、水網(wǎng)藻等沉水植物和茭白、風車草、蘆葦?shù)韧λ参铮缓髞戆l(fā)展到在水上種植高等陸生植物。近年來，人工浮床種植高等植物或利用水生植物凈化水質(zhì)成為國內(nèi)外污水治理的重要研究方向，涉及植物包括糧食作物如水稻、小麥，蔬菜如水芹、水蕹菜、甘藍、空心菜、大蒜，牧草如黑麥草，花卉如美人蕉、菖蒲，特殊植物如砷超積累植物蜈蚣草，以及各類水生植物，多達數(shù)百種。從某河道開展水體“物理-植物生態(tài)系統(tǒng)凈化關(guān)鍵技術(shù)”研究情況研究表明，這些植物春夏季去除效果好的較多、秋冬季可用的少，且多數(shù)研究屬于盆栽或小型的實驗室模擬，工程應(yīng)用研究還很欠缺。

2、植物群落合理配置原理

對植物凈化水質(zhì)的研究最初多限于一種或幾種植物在試驗條件的凈水效果，直到90年代中后期才提出了植物群落配置的概念，考慮多種植物的復(fù)合效應(yīng)與季節(jié)更替問題。根據(jù)不同生態(tài)類型水生高等植物的凈化能力及其微生境特點，采用由漂浮、浮葉、沉水植物及其根際微生物等組成的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)過模擬試驗，凈化后，湖水中藻類生物量、氨氮、總氮、總磷和可溶性磷酸鹽均有不同程度的下降，水質(zhì)得到明顯改善。人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)在凈化污水時具有獨特優(yōu)勢，可克服單一水生植物季節(jié)性變化明顯、生物凈化作用不穩(wěn)定的缺點，發(fā)揮多種水生高等植物在時間和空間上的差異，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，從而可穩(wěn)定地凈化水生生態(tài)系統(tǒng)。但植物群落合理配置原理非常復(fù)雜，因種植季節(jié)、種植地方、污染負荷、凈化目標等多種因素而異。

3、植物生態(tài)系統(tǒng)凈化技術(shù)的工程應(yīng)用

人工濕地系統(tǒng)是植物生態(tài)凈化系統(tǒng)應(yīng)用的代表。許多國家很早就有將污水排入天然濕地進行處理的做法，但有意識的利用濕地系統(tǒng)進行污水處理則始于上世紀70年代。90年代以后，美國、德國、等人工濕地污水處理得到較快的發(fā)展，已應(yīng)用至農(nóng)業(yè)污水、家畜與家禽的糞水、垃圾場滲濾液、城市暴雨徑流或生活污水、富營養(yǎng)化湖水、礦區(qū)重金屬污水、煉油廠廢水及其他工業(yè)活動污水處理中。我國人工濕地的研究與應(yīng)用起步較晚，主要集中于“七五”和“八五”期間，在天津、北京、廣州等地均有人工濕地污水處理工程示范。近年來，我國學者廣泛開展了濕地污水處理系統(tǒng)的凈化效率、機理及濕地各組分的作用等方面的研究，但均大多為小試規(guī)模，中試以上結(jié)合工程的較少。人工濕地最大的局限是需要占用較大面積的土地，雖然給日益緊張的國土資源帶來了很大的壓力，但也為平原河道飲用水源水體和工業(yè)生活污水處理帶來了希望。

四、結(jié)論

南方很多飲用水源源水來自己河道水網(wǎng)，但目前河網(wǎng)水質(zhì)易受到農(nóng)業(yè)面源和沿線工業(yè)污染的污染威脅，具有水質(zhì)保證率低，控制難度較大的特點，因此河道水網(wǎng)型水源的污染仍然是威脅區(qū)域供水安全主要問題。發(fā)展河網(wǎng)平原地區(qū)飲用水源保護技術(shù)體系，對河網(wǎng)平原地區(qū)飲用水源水質(zhì)改善提供參考模式。