平原河道飲用水源水體植物生態系統凈化關鍵技術研究

陳志力

【摘要】根據杭嘉湖地區河道特征及飲用水源水質的特點，選擇在典型的某河道開展水體“物理-植物生態系統凈化關鍵技術”研究，提出植物的篩選、栽培技術和植物種群配置原理，對平原地區河網飲用水源水體和生活工業污水的處理提供參考。

【關鍵詞】平原河網；水質；生態凈化

一、引言

保障飲用水安全，直接關系到人民群眾的身體健康與生命安全，也關系到社會穩定和社會的和諧發展，對經濟社會的可續性發展具有重大的現實意義。近年來，隨著經濟的迅速發展，河網水體的富營養化和化學污染還將持續，水質性缺水已成為該地區實現經濟社會可持續發展、創建和諧社會資源瓶頸。為此，各級政府一直高度關心該地區的飲用水安全問題，指出“飲用水源的安全，事關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、水體凈化技術現狀與水平

縱觀凈水技術的發展歷史，凈水技術的改進主要可分成三個階段。20世紀50年代以前，由于水源水質較好，給水處理主要是采用混凝、沉淀、過濾和加氯消毒技術，也即常規處理技術，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，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，這可以稱為第三階段。目前研究生物處理技術在飲用水處理中應用已是世界范圍內的熱點。生物處理技術，目前主要有生物膜反應器，生物接觸氧化，生物濾池，強化生態自凈等預處理工藝，這些凈水技術都有各自的特點，根據不同的水源水質和出水水質要求以及經濟因素可以確定合適的凈水處理工藝。

三、生態系統凈化技術的研究

根據杭嘉湖地區河道特征及源水水質的特點，結合分析各工藝特點，選擇在典型的某河道內開展水體“物理-植物生態系統凈化關鍵技術”研究，建立示范工程，發展河網平原地區飲用水源保護技術體系，不僅對改善水廠的源水水質，確保地區的飲用水安全有重大意義，而且對河網平原地區飲用水源水質改善提供參考模式、對地區生態市建設、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系統凈化技術的研究主要集中于以下幾個方面：

1、修復植物的篩選與栽培技術

生物修復區別于物理、化學技術的關鍵是生物修復的理念和植物種群配置，因此也有學者將生物修復稱為植物生態修復，以強調植物的重要地位。用于修復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、水網藻等沉水植物和茭白、風車草、蘆葦等挺水植物；后來發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成為國內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，多達數百種。從某河道開展水體“物理-植物生態系統凈化關鍵技術”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，且多數研究屬于盆栽或小型的實驗室模擬，工程應用研究還很欠缺。

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，考慮多種植物的復合效應與季節更替問題。根據不同生態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合生態系統，經過模擬試驗，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，水質得到明顯改善。人工復合生態系統在凈化污水時具有獨特優勢，可克服單一水生植物季節性變化明顯、生物凈化作用不穩定的缺點，發揮多種水生高等植物在時間和空間上的差異，實現優勢互補，從而可穩定地凈化水生生態系統。但植物群落合理配置原理非常復雜，因種植季節、種植地方、污染負荷、凈化目標等多種因素而異。

3、植物生態系統凈化技術的工程應用

人工濕地系統是植物生態凈化系統應用的代表。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展，已應用至農業污水、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、富營養化湖水、礦區重金屬污水、煉油廠廢水及其他工業活動污水處理中。我國人工濕地的研究與應用起步較晚，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，但均大多為小試規模，中試以上結合工程的較少。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生活污水處理帶來了希望。

四、結論

南方很多飲用水源源水來自己河道水網，但目前河網水質易受到農業面源和沿線工業污染的污染威脅，具有水質保證率低，控制難度較大的特點，因此河道水網型水源的污染仍然是威脅區域供水安全主要問題。發展河網平原地區飲用水源保護技術體系，對河網平原地區飲用水源水質改善提供參考模式。