河道水環(huán)境治理工程中多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)分析

張魯寧

濟南市水利工程服務(wù)中心 山東 濟南 250099

社會經(jīng)濟的高速發(fā)展不僅加大了保護河道水環(huán)境的工作壓力，而且會對保護工作的實施造成一定影響。河道水環(huán)境出現(xiàn)不同程度的污染，城市生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，直接降低居民生活質(zhì)量，影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。河道污染狀況復(fù)雜多變，單獨應(yīng)用物理、化學或生物等方法具有一定的局限性。為應(yīng)對當前河道水環(huán)境治理現(xiàn)狀，應(yīng)在管理升級的同時引入和使用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)。厘清技術(shù)特征和各自優(yōu)勢，從而充分發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢，有效保障凈化效果。

1 河道水環(huán)境治理現(xiàn)狀

1.1 河道治理不到位

河道治理在人們以往認知中僅是對某段水體或是某條河道實施治理，因為治理模式的“碎片化”，難以滿足提高水環(huán)境整體質(zhì)量的現(xiàn)實要求，而且治理效果并不理想，加之居民未能感受到完成水環(huán)境治理之后帶來的生活環(huán)境變化，在一定程度上阻礙生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展。

1.2 污水攔截不到位

當前仍有個別工廠出于壓縮經(jīng)濟成本、沒有意識到保護河道水環(huán)境的現(xiàn)實意義，同時執(zhí)法層面環(huán)境違法處罰力度不夠，致使生活污染與工業(yè)廢水沒有處理便直接排放，成為引發(fā)河道污染的關(guān)鍵污染源頭。如果不能在源頭上切斷污染源，河道水環(huán)境污染問題難以徹底解決。

1.3 后續(xù)維護不到位

隨著持續(xù)進行的防治行動計劃，我國各地均加大了河道水環(huán)境整治力度，可實際上多數(shù)為短期治理，忽視后續(xù)的運營管理。若是僅在建設(shè)期大力治理河道水環(huán)境而未落實后期的運行管理，很容易陷入到“治反復(fù)，反復(fù)治”困境中。

2 河道污染主要原因

2.1 外源原因

隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題加重，直接影響到河道原本的水環(huán)境健康。例如垃圾處理、污水排放等沒有進行嚴格管理，沒有進行科學處理的污水流入河道引發(fā)污染。再比如亂丟垃圾或是垃圾沒有分類處理，在雨水沖刷后流進河道里，不僅導致河道原本的生態(tài)平衡被破壞，而且會出現(xiàn)刺激性氣味。這些污染物無法在水環(huán)境中降解，在河道里長期堆積降低氧氣含量，出現(xiàn)富營養(yǎng)化、黑臭等問題，造成水體破壞[1]。

2.2 內(nèi)源原因

河道環(huán)境中的水生植物經(jīng)過自我降解,能夠排出大量有機質(zhì)進而污染水底土壤環(huán)境。在養(yǎng)分資源豐富時藻類大量生長，導致水環(huán)境內(nèi)部生態(tài)失衡。大量生長的水生植物在水中浮游，但由于空氣與水體環(huán)境之間被隔離，在河道內(nèi)就會出現(xiàn)大量污染物，與此同時也會放出難聞的腥臭氣，進而對城市環(huán)境產(chǎn)生危害。

3 技術(shù)基本概述

多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)兼具了統(tǒng)籌管理、綜合治理以及長效運行等觀念，能夠在不同方面、利用多種手段達成治理河道水環(huán)境的最終目標，是一套具備聯(lián)動性且全面化的綜合性治理體系。該技術(shù)擁有較為廣泛的涉及范圍，并非僅拘泥于某一技術(shù)領(lǐng)域中，主要是聯(lián)合應(yīng)用多方技術(shù)。基于此，和單一傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)對比，這項技術(shù)體現(xiàn)的主要優(yōu)勢有：①理想的截污效果。因為其中一項技術(shù)為攔截污染，所以能控制污染物流進河道，一方面能夠降低水體富養(yǎng)化程度，另一方面可以在源頭上有效控制污染源。②快速改善環(huán)境問題。若是由突發(fā)原因水體加劇惡化，能通過人工凈化相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)緊急治理，從而提升河道水環(huán)境質(zhì)量。③周期清淤?？捎行宄L期在河道運行過程中堆積的污泥、雜質(zhì)以及腐殖物，有效解決河道污染問題。④構(gòu)建良好水生態(tài)系統(tǒng)。以構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)防止反復(fù)發(fā)生水體污染并保障凈化效果，在水體實現(xiàn)自然的生態(tài)循環(huán)基礎(chǔ)上美化河道景觀。

4 常見技術(shù)

4.1 微生物強化修復(fù)技術(shù)

微生物強化修復(fù)技術(shù)是通過調(diào)節(jié)控制河道中微生物的數(shù)量和組成，增加水體生物多樣性，以微生物的新陳代謝實現(xiàn)河道污染物的生物降解，恢復(fù)水體自凈能力，從而實現(xiàn)凈化河道的效果，是對普通微生物技術(shù)的強化。主要技術(shù)環(huán)節(jié)為選育出菌體并對其進行培育、富集至一定的菌群規(guī)模，技術(shù)核心是保證微生物的數(shù)量及活性，加速污染物質(zhì)降解及轉(zhuǎn)化[2]。主要有土著微生物活化技術(shù)和投加外源微生物菌劑兩種方法。

土著微生物因長期與環(huán)境共存而逐步形成了適應(yīng)環(huán)境的微生物區(qū)系或群落，但對污染物的降解效果受環(huán)境影響大、不穩(wěn)定，需對其進行活化促生。土著微生物活化技術(shù)，即基于生態(tài)學原理，以水體土著微生物菌群結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)為核心，培育河道的生物多樣性，進而逐步建立起健康、合理的水生生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，利用水生生物吸收污染物中的碳、氮、磷等元素進行代謝活動的過程，達到去除污染物以及凈水的目的。微生物促生劑是一種含有機酸、營養(yǎng)物質(zhì)、微量元素等多種組分的復(fù)合營養(yǎng)劑，能刺激受污染水體中土著微生物的生長繁殖，從而快速高效降解污染物，實現(xiàn)水體凈化。

當污染程度超過水體的自凈能力時，僅靠河道中本身所含有的土著微生物已經(jīng)無法維持基本的生態(tài)系統(tǒng)平衡，這時就需要人工投加外源微生物菌種來進行調(diào)節(jié)。外源微生物菌劑是從自然界篩選菌種按適當比例組合配置而成的高效菌種或利用生物工程技術(shù)處理后的菌株制成的具有特殊功能的生物制劑。這些菌株中的微生物可經(jīng)馴化后大量繁殖，代謝降解水體中的污染物質(zhì)。目前微生物投加技術(shù)中微生物種類多樣，得到了廣泛應(yīng)用。投加外源微生物菌劑操作簡單，處理成本比較低。在實際運用中單獨使用投加微生物菌劑的方法處理效果不夠明顯，常輔以人工曝氣方式，來提高水體修復(fù)效果[3]。

4.2 微孔曝氣增氧

好氧微生物需要足夠的溶解氧維持生存，而曝氣能增加溶解氧含量。因而依據(jù)河道水質(zhì)以及污水排放量，可結(jié)合生態(tài)修復(fù)要求通過微孔曝氣的手段實現(xiàn)河道復(fù)氧。通過在水底安裝微孔曝氣設(shè)備，對水體進行微曝氣復(fù)氧，利用氧氣對內(nèi)部有機物氧化，讓其轉(zhuǎn)化成水、二氧化碳等其他無機物質(zhì)，在優(yōu)化好氧環(huán)境，促進微生物群落恢復(fù)的同時，依托這項技術(shù)具備的機械功能，改善以往水體環(huán)境，讓氧氣更為均勻的分布在水體中，降低發(fā)生水體污染的概率，同時還可以通過曝氣形成的溶解氧氧化水底污泥。該技術(shù)以對溶解氧的注入修復(fù)發(fā)生斷裂的水體生物鏈，在此基礎(chǔ)上促進生態(tài)系統(tǒng)的逐步修復(fù)，屬于重要的生態(tài)修復(fù)手段。

微納米曝氣與普通曝氣相比，首先，具備較高傳質(zhì)效率。因為傳質(zhì)速率較高加之比表面積小，氣泡上升時表面因為液相壓力而進一步收縮以及增壓。一旦壓力進入極限狀態(tài)，大量氣體依托兩相界面在水體環(huán)境中溶解，在相界面增強傳質(zhì)能力。其次，自身增壓溶解。氣泡的球形界面，利用表面張力可將氣泡內(nèi)部氣體壓縮，讓大量氣泡內(nèi)部氣體在水中被溶解。在水中微納米氣泡的溶解屬于氣泡漸漸縮小的一個過程，伴隨上升的壓力而提高溶解氣體的速度，逐漸增加比表面積提高縮小氣泡的速度，進而最終在水中溶解，從理論角度來講，氣泡在馬上消失時能承受無限大的壓力。產(chǎn)生微納米氣泡有諸多方法，基本原理為通過高速旋轉(zhuǎn)的液體與氣體，產(chǎn)生氣液混合相然后由高壓噴口將其噴出，這樣會有微納米氣泡大量產(chǎn)生。另外，兩相混合還能游離出液相所含的羥基自由基等，在氣泡表面能夠帶上一定量的電荷，對水中微小粒子具有強力吸附作用，在增強氧化還原作用的同時有效凈化水質(zhì)[4]。

4.3 建造“水下森林”

以這項技術(shù)實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)，其核心在于構(gòu)建依托沉水植物的水生態(tài)系統(tǒng)。由于高等水生植物和水體各方面因素息息相關(guān)，因此在此生態(tài)系統(tǒng)中沉水以及浮水植物起到十分重要的作用，不僅具備巨大的環(huán)境價值還是水體生物維持多樣性的重要基礎(chǔ)，同時起到水體凈化的作用[5]。沉水植物可將水體含有的磷、氮等物質(zhì)消除，強化水體原有的自凈能力。并且還可以為水生植物創(chuàng)造棲息及營養(yǎng)環(huán)境，因此對沉水植物的利用與保護，屬于維持水生態(tài)系統(tǒng)平衡的一個關(guān)鍵節(jié)點。從某種角度來講，沉水植物屬于衡量水體惡化的一個重要標志。如果水體出現(xiàn)惡化會導致沉水植物消失，而在水體健康情況下沉水植物會更加豐富?；诖?，河道水環(huán)境生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵在于沉水植被的修復(fù)，通過構(gòu)建起主要是沉水植物的水生植物系統(tǒng)，才會最終實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)。當該系統(tǒng)被重新建立之后應(yīng)投放適量的水生動物用于對生態(tài)平衡的調(diào)整，確保系統(tǒng)可以長時間穩(wěn)定維持。

對沉水植物繁殖的影響因素比較多，具體包括：一是光照強度。由于大部分沉水植物都是以光合作用完成新陳代謝，所以光線條件也會影響沉水植物的繁殖生長。二是水體透明度。水體很難恢復(fù)的原因主要在于其過低的透明度，投放大量食藻蟲就是促進這項指標改善的關(guān)鍵手段。在進入雨季之后由于接觸地表污染物,導致水體污染，增加大量的懸浮物，從而明顯降低透明度，應(yīng)嚴密監(jiān)測和采用針對性的改善舉措。三是懸浮物。通過對透明度的影響而限制沉水植物繁殖生長，可以在修復(fù)期間放入食藻蟲或者以水體曝氣的形式降低負面影響。四是溫度[6]。水體溫度自身敏感性主要受限于沉水植物，如果環(huán)境溫度發(fā)生變化，雖然基本不會對沉水植物帶來影響，可會影響沉水植物的季節(jié)性生長。

5 技術(shù)應(yīng)用

5.1 外源污染控制

當外源污染超過河道本身具備的凈化能力，會在一定程度上加劇河道污染。為此，應(yīng)重點控制外源污染保障水體質(zhì)量。據(jù)相關(guān)研究表明，受暴雨影響被沖落泥沙較之生活污水，不僅污染嚴重而且影響更大，僅控制點源污染無法滿足水環(huán)境治理現(xiàn)實要求。通過這項技術(shù)，借助自動膜濾裝置著重對雨水污染進行處理，內(nèi)部的過濾系統(tǒng)能在提高過水性能、防止堵塞的同時將徑流污染有效解決。另外，過濾系統(tǒng)配置的貯水池，在發(fā)生暴雨也仍可進行反復(fù)自動沖洗，防止長期的污染物質(zhì)累積，進一步延長系統(tǒng)使用時間的同時降低運維成本。同時，還可利用駁岸生態(tài)滯留技術(shù)創(chuàng)新駁岸系統(tǒng)，雨水通過該系統(tǒng)滲透到地面，一方面植物能夠吸收地面與雨水中含有的營養(yǎng)物質(zhì)，另一方面水會由土壤逐漸滲透到河流。除此之外，結(jié)合工程要求修建生態(tài)駁岸，例如生態(tài)走廊、棲息地等，可以使駁岸系統(tǒng)更具生態(tài)性并強化水體自身凈化能力。因駁岸具備的滲透性，滯留系統(tǒng)能把駁岸、水和陸地相連為整體，植物間隙、孔洞與空隙是能量和物質(zhì)之間的交換途徑，有利于更好地發(fā)揮水體凈化功能[7]。

5.2 內(nèi)源污染控制

如不能及時有效處理外來污染源，污染物很容易漸漸累積，和底部淤泥相結(jié)合最后變?yōu)槲勰?。產(chǎn)生的污泥會嚴重污染河道水體并且會降低河道水質(zhì)。外來污染物質(zhì)即便能夠被及時處理，但是底部污泥所含的大量重金屬與氮磷物質(zhì)，在滿足條件時污染物被會重新釋放而再次污染河道水體。而利用這項技術(shù)，以機械化模式清理河流底部淤泥結(jié)合生物酶修復(fù)技術(shù)，實現(xiàn)有效控制，通過物理和生物有機融合的方式可以提升處理污染物的質(zhì)量與效果，從而促進生態(tài)河道的良性發(fā)展。通過機械清淤可以改善河道底泥功能，該技術(shù)的成本投入較高，因此經(jīng)常應(yīng)用在面積有限且污染較重的區(qū)域。對于較大修復(fù)范圍且較低污染負荷的河道，可以通過生物酶對底泥進行修復(fù)，將底泥含有的微生物激活，通過微生物對有害物質(zhì)進行降解。

5.3 人工凈化

河道水環(huán)境污染將引起水體生態(tài)失衡，人工凈化措施可提升水體凈化速率，增強河道防污能力。超微凈化水處理工藝是當前應(yīng)用較為成熟的處理技術(shù)，可迅速凈化水體。該工藝利用大面積氣液結(jié)合技術(shù)，以超高壓氣水混合方式，產(chǎn)生大量微米和亞微米級氧氣泡，降低水體中的氮、磷含量，消除藻類、重金屬、膠體等污染物[8]。該技術(shù)可在短期內(nèi)消除河道內(nèi)因藻類引起的水體污染，使水體顏色恢復(fù)正常，在提升水體透明度的同時凈化河道環(huán)境。同時微米級氣泡中含有的少量電荷可對水體中的污染物進行沉淀吸附，有助于消除河道內(nèi)的黑臭現(xiàn)象。

5.4 水體自凈化

水體自凈化，指的是增強河道所具備的自然性能，生物控制是其主要使用方法，例如挺水、沉水以及浮葉植物等。通過水生植物優(yōu)化水體生態(tài)環(huán)境，其中種植的浮葉、挺水植物能在美化河道的同時改善河道水質(zhì)；通過栽種沉水植物增加生物多樣性。這項技術(shù)重點在于對河道生態(tài)的修復(fù)，發(fā)揮其自凈能力且讓污染增量不會高出自凈化效率，保障生態(tài)系統(tǒng)進入到良性循環(huán)中。例如，可以在潛水區(qū)鋪設(shè)水下草皮，在深水區(qū)修造水下森林。突出優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面：首先，沉水植物將其根系深深扎入底泥，吸收其含有的營養(yǎng)物質(zhì)；其次，加快水體的反硝化及硝化速度；最后，提高水面懸浮物質(zhì)沉降率，有效抑制底部物質(zhì)懸浮。除此之外通過光合放氧，幫助河道水體快速沉積重金屬及營養(yǎng)物質(zhì)，利用化感作用，在水中生長的沉水植物能產(chǎn)出酚類化合物，從而對藻類的繁殖生長加以抑制[9]。

6 結(jié)束語

河道水環(huán)境是城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，是地球整個水環(huán)境系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成。隨著水環(huán)境污染的加劇，水資源短缺問題日益凸顯，城市河道水環(huán)境治理迫在眉睫。治理河道水環(huán)境屬于一項系統(tǒng)性、長期性工程，通過有效運用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)從多方面對水體進行綜合治理，從而改善河道水環(huán)境。具體工作中應(yīng)立足現(xiàn)狀、結(jié)合需求，在做好全面分析的基礎(chǔ)上選用合適的修復(fù)技術(shù)，科學制定治理方案，進而將河道水環(huán)境的效用功能盡快恢復(fù)。