多方位生態(tài)修復技術在河道水環(huán)境治理工程的應用

劉學軍

(錦州市義縣水利局，遼寧 錦州 121100)

河道是工農業(yè)用水和城鎮(zhèn)居民生活用水的重要基礎，河道治理在一定程度上決定著人們生活質量和可持續(xù)發(fā)展的程度。隨著經濟的快速發(fā)展以及人們對生活質量的不斷提高，河道受到了不同程度的污染，生活垃圾的亂堆亂放隨降雨徑流匯入河道，生活污水、工業(yè)廢水以及含有農藥化肥的農田灌溉水等被大量的排入河道。河道中有害物質明顯增加，水環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生明顯改變，如河道中因氮磷過高導致的水體發(fā)綠、因固體污染物過多引起的水體渾濁、因有機物含量偏多使得水體發(fā)黑發(fā)臭、因水體含氧量偏低導致的病菌或有害生物的滋生、因農藥化肥的亂排濫用導致的水體劇毒等。水體污染一方面對河道水環(huán)境造成嚴重破壞影響河道生物的生存和發(fā)展，另一方面打破了生態(tài)系統(tǒng)的平衡，不利于水資源的可持續(xù)發(fā)展。針對上述水體污染問題，國內外利用多項技術方法進行水體環(huán)境的治理和改善，主要可以分為機械改善法、化學修復法以及生物治理法[1]。其中機械改善法主要有機械除藻、調水稀釋、單獨曝氣以及河底淤泥疏通等技術，通過人工措施達到改善河道環(huán)境的目的；化學修復法是利用化學試劑和藥品與河道內的污染物或有害元素發(fā)生化學反應，進而達到將有害物質沉淀或消解目的；生物治理措施主要是利用微生物的吸收、降解和轉化功能，降低河道水體中的污染物含量和濃度。不同地區(qū)的河道污染特征不同，河道的污染源和作用過程受多因素影響，采用傳統(tǒng)的物理、化學和生物措施已無法滿足當前河道污染的多樣性和復雜性要求，不能對水體環(huán)境進行徹底、全面的修復。據此，本文通過對上述河道治理措施分析研究，篩選出兩種或多種關鍵性技術措施形成綜合治理體系，即多方位生態(tài)修復技術的河道治理模式，將此綜合治理模式應用于錦州市義縣宜州河的水環(huán)境治理中，并取得了預期的水體景觀及水質改善效果[2]。

1 多方位生態(tài)修復技術河道治理模式

多方位生態(tài)修復技術的河道治理模式，其基本原則和理論是在綜合治理基本理念基礎上，利用多方位集成技術，建立長期有效的水體環(huán)境統(tǒng)籌治理機制和管理制度。通過對河道外源和內源污染物控制，采取有效的人工凈化措施，并充分發(fā)揮水體自凈強化功能共同達到河道水環(huán)境治理目標，多方位生態(tài)修復技術河道治理模式的基本體系如圖1所示。

圖1 多方位生態(tài)修復技術河道治理模式

河道外源污染控制主要是利用雨污自動過濾和滯留系統(tǒng)，將雨水和污染雜質進行隔離分流或合流完成對河道外入水源的原位控制；而采取河底清淤、水面清理等措施即為河道內源控制；人工凈化往往是采用超微凈化水處理技術對水質污染元素進行快速的吸收凈化處理達到水體清潔的目的；水體自凈功能的建設主要是通過構建水生植物和水生動物群落，增強水生態(tài)系統(tǒng)的功能作用達到水體能夠自凈目的。多方位生態(tài)修復技術河道治理模式是一種多方位的綜合治理體系，它不僅包含了對外源污水的原位清潔和攔截控制技術，而且可將河底內長期累計的淤泥及內源污染物進行清理和消除，同時在提高河道自清潔功能的基礎上實現了水體生態(tài)功能的增強。多方位生態(tài)修復技術河道治理模式能有效提高河道的納污能力，并且在河道遇到特殊情況或短暫超負荷污染時能有效降低水中污染物含量。

相對于傳統(tǒng)的單一河道水環(huán)境治理模式，多方位生態(tài)修復技術河道治理模式具有以下特征和優(yōu)點。

(1)在污染源頭上能有效降低河道外源污染物隨降雨向河道內的流入，進而明顯減少水中氮磷等有害化學物質的含量。

(2)對河道淤積進行定期清理，對水體進行周期性凈化除質，顯著降低水環(huán)境中污染物濃度。

(3)利用現代化的水體凈化技術設施，對于重度污染水體能夠快速高效的對凈化去污，改善水質環(huán)境且提高水體抵抗突發(fā)性污染的反應能力。

(4)構建水生植物和水生動物群落，增強水體生態(tài)系統(tǒng)，具有一定的生態(tài)景觀以及河道美化功能。

1.1 外源污染控制

降雨原位自動膜濾系統(tǒng)是一種對雨水進行工程化處理的技術，利用超低壓過濾膜，對徑流雨水進行污染物的過濾和除去。系統(tǒng)是采用一種折疊式的濾膜，在保證過水能力的前提下可有效對污染物進行過濾，系統(tǒng)對于過濾后的水體設有蓄水池，在暴雨時可對濾芯進行反自動清洗，減少沉淀污染物對濾芯的阻礙作用并明顯提高芯片的使用壽命[2]。在河道末端系統(tǒng)還安裝有雨水管網，用于暴雨時期。當河道匯入污染物較多時，將過濾后的水體排入管網中，降低水體對河道直接污染，且可有效防止因排放不當造成的二次污染問題。

駁岸生態(tài)滯留系統(tǒng)主要用于暴雨時期未排入雨水管網的水體，以提高生態(tài)河岸的滲透性和河道的納污能力。駁岸生態(tài)滯留系統(tǒng)的基本作用是通過連接作用將水面、駁岸及陸地形成一個整體，利用植被之間的間隙、土質的空隙和微小縫隙等進行能量和物質的轉移交換，以此形成空氣對流，提高水體中的溶氧量，改善水質。河道的生態(tài)駁岸實現了多種動植物的復合型共生，利用生態(tài)形式可靠的控制了外來有害物質對水體的污染。

1.2 內源污染控制

外來污染物在河道內經過長期的累積、沉淀和固化形成了積于河底的淤泥，淤泥是河道水質二次污染的主要來源，嚴重影響了城市河道的水體環(huán)境。河道底泥較難控制，沉積于河底的污染物如氮磷和化學藥物等會在某些特定的條件和作用下進入上層片源水中，對水體產生二次污染。采用機械清淤技術和淤泥生物酶降解是進行河道內源控制的主要措施，該方法具有快速、高效以及可持續(xù)性能高的功能和特性。

機械清淤因實施成本較高，且對河道清淤能力較強，故一般適用于高污染、小面積的水源污染治理。而生物酶河道治理措施是利用河底微生物的活性對有害污染物進行降解和轉化，該項技術措施一般適用于污染程度較低且污染面積較廣的河道。同時，生物酶能夠促進微生物的活性提高，對后期的淤泥的理化性質的提高具有一定的促進作用[3]。

1.3 人工凈化技術

當河道水環(huán)境受外界污染物的侵入和影響，其本身的生態(tài)系統(tǒng)變得不穩(wěn)或失衡，故采取有效的治理措施對水體進行凈化，降低污染物濃度使其重新達到平衡。人工凈化措施是提高河道防污染能力的有效方法，目前超微凈化水處理技術是人工凈化應用較為廣泛且相對成熟的措施。其基本原理是基于氣、液相界面，利用超高壓氣水混合技術產生大量的微米級和亞微米級的氧化氣泡，有效去除水環(huán)境中的氮磷含量、降低重金屬污染物濃度、消解藻類和膠體等有害物質含量，該技術可明顯增加水體中的溶氧量，提高水體的清澈透光能力，是目前應用于水環(huán)境治理的理想型技術工藝[4]。

超微凈化水處理技術可以對水體中的各個污染指標進行消除和分解，微米級氧化氣泡可快速消除藻類對河體污染，恢復水體顏色；微米級氣泡其本身具有一定的正電荷，可利用正負電荷之間的吸附作用降低水體中的膠體含量，并且可對水體中的雜質進行沉淀吸附，改善渾濁水體現象。對于發(fā)黑發(fā)臭的水體污染源，微米氣泡破碎過程中產生氫氧基和自由基能夠對水質中的有機物進行氧化分解作用。

1.4 水體自凈功能

河道生態(tài)系統(tǒng)是決定水體自凈能力的關鍵性因素，在河道治理過程中生態(tài)治理法得到了廣泛的應用和發(fā)展，且在實際工程應用中表現出良好的結果。河道生態(tài)系統(tǒng)中水體的自凈過程如圖2所示。

圖2 河道生態(tài)系統(tǒng)水體自凈過程流程圖

挺水植物群落、浮葉植物群落以及沉水植物群落是水生植物的三大主要群落類型，其中挺水和浮葉植物在河道中主要發(fā)揮生態(tài)美觀和水質保持的功能作用，而沉水植物是決定水體生態(tài)功能修復的關鍵性基礎措施，它是影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和多樣性的主要因素[5]。通常情況下可在河道淺水區(qū)種植常綠矮型的水下草皮，在中深部水域種植四季常綠、形高易活型的水下森林。

大型魚類、低棲動物和浮游生物群落是水生動物群落的主要類型，其中大型魚類群落促進了物種多樣性，且具有一定的生態(tài)景觀功能；而對于低棲類動物群落的構建主要是利用該群落可對腐質動植物的殘體和有機質進行捕食的功能，進而達到過濾和沉淀水體雜質含量，通常采用的動物類型有河蚌、青蝦、海螺等；浮游動物群落可對河道內的綠藻、腐質物進行攝取，能快速提高水體的清澈度，促進生態(tài)系統(tǒng)的形成[6]。

2 實例應用

2.1 研究區(qū)域概況

本文以宜州河河道為研究對象，該河道位于義縣縣城東部，河道全長為17km，流域面積約為41km2，水體深度范圍為15～22m。河道內水體透明度較低，且污染較為嚴重，局部區(qū)域發(fā)黑發(fā)臭，水體的生態(tài)系統(tǒng)破壞現象嚴重，通過對河道水體取樣，并進行水質監(jiān)測可知水中的COD、TP以及NH3-N有害物質的濃度分別為325.4mg/L、12.6mg/L和1.2mg/L，污染物濃度含量明顯超過V類水質標準中8.6倍、5.2倍和3.5倍。為改善水系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境，降低水體中的污染物濃度含量，采用多方位生態(tài)修復技術的綜合治理模式，并依據相關水體治理原則和原理進行宜州河的綜合治理[7]。

2.2 河道水環(huán)境治理

首先對上游河道進行外源截流處理，即利用聚酯纖維膜和土工膜對水體進行隔膜導流布置，在距離河岸北部5m處設置隔膜，隔膜外層為聚酯纖維內層為土工膜。利用導流設置將部分污水排入下游區(qū)域，以此降低上游重點區(qū)域的非溶解性污染物濃度和排入量[8]。多年來上游區(qū)域排入了大量未經處理的雨污水，進而導致河底的淤泥積累嚴重，針對上游區(qū)域的內源污染問題，可在河道中排放大量的生物酶以此提高水體底部微生物的活性，增加其吸收轉化污泥的效率，進而解決河道底泥黑臭的污染問題，實現內源控制原位治理的功能[9]。

在河道內放入大量水生動植物，并改善水生動植物的生存空間，保證其存活率，增強水體的生態(tài)系統(tǒng)功能[10]。保證水生動植物的存活率是影響河道生態(tài)系統(tǒng)的主要因素，故需在上游河道布設一套超微凈化設備對河道水環(huán)境進行循環(huán)凈化，設備凈水處理量為100m3/h，水質處理前后的各項指標見表1。

表1 超微凈化設備實施前后的水質指標值

由表1可知，布置超微凈化設備后河道內的水質得到了明顯的改善，不僅為河道水生動植物的生存空間提供了良好環(huán)境，而且促進了水體生態(tài)系統(tǒng)的建設。通過往水體中放入水生植物，如矮型枯草，沉水型草皮等構建了水生植物群落，投放鯽魚、大蝦和海螺等構建了水生動物群落。采取上述措施后的2個月以后，可發(fā)現河道內水明顯變得清澈，由先前的淺黑色變成了現在的淺綠色。水體中的COD、NH3-N以及TP濃度明顯降低，不僅提高了水質標準類別，而且增強了水環(huán)境的自凈能力[11]。

3 結論

通過對現有河道治理措施進行分析研究，篩選出兩種或多種關鍵性技術措施形成綜合治理體系，即多方位生態(tài)修復技術的河道治理模式，通過將該模式應用于錦州市義縣宜州河的水環(huán)境治理中，得出主要結論：

(1)采用多方位生態(tài)修復技術河道治理模式，可實現河道水環(huán)境的良性循環(huán)，并有利于穩(wěn)定河道水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)；河道內水明顯變得清澈，以前的淺黑色變成了現在的淺綠色，水體中的COD、NH3-N及TP濃度明顯降低，提高了水質標準類別，增強了水環(huán)境自凈能力。

(2)布置超微凈化設備后，河道內水質得到明顯改善，為河道水生動植物的生存空間提供了良好的環(huán)境，促進了水體生態(tài)系統(tǒng)的建設。水生動植物措施具有良好的生態(tài)治理功能，是今后河道治理措施的主要發(fā)展方向。