生態(tài)技術(shù)在城市水環(huán)境修復中的應(yīng)用

徐明晗

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

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推廣應(yīng)用

生態(tài)技術(shù)在城市水環(huán)境修復中的應(yīng)用

徐明晗

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

摘要：城市水環(huán)境具有生產(chǎn)生活供水、交通運輸、防洪排澇、文化景觀等多種功能。目前水環(huán)境惡化已成為制約城市發(fā)展的重要因素之一。生態(tài)修復技術(shù)展示出解決這一難題的良好前景。文章分別介紹了人工濕地、生態(tài)浮床、穩(wěn)定塘和生態(tài)護岸等典型生態(tài)修復技術(shù)的作用原理、研究進展與實踐應(yīng)用，為修復城市水體健康功能提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)技術(shù)；城市水環(huán)境；修復；應(yīng)用

0引言

城市水環(huán)境是由城市周圍及內(nèi)部的河流、水庫、湖泊、池塘以及地下水等水體所構(gòu)成，城市水環(huán)境作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有供水排水、交通運輸、防御洪澇、調(diào)節(jié)溫度、景觀休閑等多樣功能，是城市圈可持續(xù)發(fā)展的必要保障。

然而隨著中國城市化進程逐年加快，人類的高強度活動如過度排放工業(yè)生活廢水、建造大量透水性差的地下混凝土設(shè)施等，使得城市水環(huán)境的承載能力大大落后于水資源消耗速度，從而產(chǎn)生水質(zhì)惡化、水源短缺和洪澇頻繁等城市水環(huán)境頑疾[1]。據(jù)2014年環(huán)保部統(tǒng)計，中國7大淡水流域中低于Ⅲ類斷面水質(zhì)已占28.8%；61.5%地級及以上城市監(jiān)測點的地下水表現(xiàn)為較差。城市水污染給經(jīng)濟發(fā)展和生活安全帶來巨大威脅，急需開展治理工作。

污染水體的修復是治理城市水污染的重要途徑，按照作用方式劃分，目前常見修復技術(shù)主要包括物理、化學、生物方法。物理修復有引水稀釋、底部清淤、人工曝氧等，化學修復是包括除藻劑、氧化劑、脫硝劑等。生物修復則是通過水生態(tài)系統(tǒng)中的魚類、植物和微生物等生物來吸收、分解污染物。單一的修復技術(shù)效果有限，只能作為輔助手段，而基于生態(tài)工程原理的生態(tài)修復技術(shù)兼?zhèn)湟陨霞夹g(shù)優(yōu)點，具有良好應(yīng)用前景。

生態(tài)修復技術(shù)是依據(jù)生態(tài)學原理，通過耦合一定的生物代謝、理化技術(shù)及工程措施，來調(diào)整自然生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部組成、能量平衡與信息傳遞等，以遏制生態(tài)退化過程，并強化系統(tǒng)自凈能力，最終使生態(tài)系統(tǒng)恢復至原有甚至更佳的服務(wù)功能。關(guān)于城市水環(huán)境的生態(tài)修復研究與應(yīng)用多集中于城市內(nèi)河的河道形態(tài)修復、河流水質(zhì)改善、景觀水體建設(shè)、生態(tài)修復材料研發(fā)等方面。

1生態(tài)修復技術(shù)的種類與應(yīng)用

1.1人工濕地

人工濕地主要是在一定地形下建造的，由人造填料(基質(zhì))、水生植物和微生物構(gòu)成的模擬生態(tài)系統(tǒng)，具有天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能。其作用機理是水生植物對污水中P、N等營養(yǎng)元素的富集吸收；透水性人造基質(zhì)的過濾、吸附、混凝和氧化還原反應(yīng)等作用；以及微生物對有機物的代謝分解。人工濕地具有處理效果好、建造成本低、操作運行少等優(yōu)點，但也存在占地面積大、設(shè)計規(guī)劃全面性和準確性不足等缺點。人工濕地分類情況見表1。

表1　人工濕地種類及特點

關(guān)于人工濕地的研究廣泛，國外已取得較多成功實例，如Volker[2]等用垂直流蘆葦濕地處理污染水體中有機物、N、P等，平均去除率可超過90%；Scholes[3]等研究了不同氣候下人工蘆葦濕地對Zn、Cu、Ni等6種重金屬的吸收效果，發(fā)現(xiàn)暴雨季吸收效果最佳。國內(nèi)主要以示范工程為主，例如天津空港經(jīng)濟區(qū)聯(lián)用曝氣+人工濕地等技術(shù)，使景觀河道的TP和TN年均值分別<0.40mg/L和1.32mg/L。目前人工濕地的發(fā)展方向為：建立人工濕地系統(tǒng)長期運行的效果評價；研究人工濕地植物的多樣性與適應(yīng)性；優(yōu)化基質(zhì)吸附效果與使用壽命；人工濕地系統(tǒng)與其他生態(tài)修復技術(shù)的組合設(shè)計等。

2.2生態(tài)浮床

生態(tài)浮床采用高分子材料作為載體浮床，在浮床上進行草本植物、蔬菜或花卉的無土栽培，其作用機理是利用浮床基質(zhì)的吸附作用、植物對污染水體中N、P與重金屬元素的富集、以及植物根系生物膜上微生物的代謝作用[4]。植物常用的有美人蕉、香根草、芹菜和大蒜等，浮床基質(zhì)材料一般采用纖維強化塑料、泡沫板、聚苯乙烯、加氣混凝土等。

生態(tài)浮床擴大了污水修復植物的選擇范圍，適用于多種水域不占用耕地，能夠為鳥類和魚類提供生息空間，兼具耕種與景觀功能，且支持機械化和模塊化作業(yè)，因而受到眾多學者關(guān)注，已在湖泊、水庫、池塘等水質(zhì)修復方面得到大量應(yīng)用。如北京永定河、無錫五里湖、杭州南應(yīng)加河等均已開展生態(tài)浮床應(yīng)用研究，在降低水質(zhì)TN、TP、BOD等方面效果顯著。

2.3穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是利用人造或天然池塘生態(tài)系統(tǒng)的自我凈化能力來處理引入污水，作用機理主要是污染物的稀釋、混凝、沉淀等物理修復；以及池塘中植物、藻類、微生物的生物修復。該技術(shù)建造運行成本低、管理維護方便、節(jié)省能耗、處理量大，適用于處理大規(guī)模城市污水。按照充氧情況及微生物類型劃分穩(wěn)定塘，如表2所示。

表2　常見穩(wěn)定塘種類及特點

穩(wěn)定塘主要缺陷在于有機負荷不高，占地面積較大，易產(chǎn)生異味等，其發(fā)展方向是通過技術(shù)改進與工藝組合，來改善塘內(nèi)供氧環(huán)境、微生物濃度與底部淤泥狀況。眾多新型穩(wěn)定塘技術(shù)已見報道，例如一級降解動力學常數(shù)值較高的高效藻類塘；由底部污泥降解區(qū)和上部生物膜填料區(qū)構(gòu)成的復合厭氧塘；采取底部分散進水且塘底鋪設(shè)過濾基質(zhì)層的生物濾池等。

2.4生態(tài)護岸

生態(tài)護岸是指恢復生態(tài)功能的自然河岸，或是具備水透性的人造護岸，既要保證河道水環(huán)境與河岸的物質(zhì)能量交換，不能弱化河道水體自凈能力，又要具備行洪和景觀功能。生態(tài)護岸的修復機理主要是提供生物棲息地和增加水體溶解氧，以保持周邊生物的多樣性和水陸緩沖帶的連續(xù)性。

按照使用結(jié)構(gòu)材料的不同，生態(tài)護岸可分自然型、半自然型和人工型3類。自然型生態(tài)護岸采用植被、干砌石或原木等柔性材料；半自然型生態(tài)護岸則在柔性材料基礎(chǔ)之上加入混凝土、鋼筋或高分子進行增強增韌，以提高坡面穩(wěn)定性，如關(guān)春曼等[5]聯(lián)合石籠網(wǎng)、生態(tài)袋和廢舊輪胎，并在廢舊輪胎腔體內(nèi)種植香根草，開發(fā)了一種垂直生態(tài)護岸擋墻；人工型生態(tài)護岸使用生態(tài)混凝土、土壤固化劑、框格砌塊等材料作地基，再鋪設(shè)地表土種植草木，如劉榮桂等[6]對鎮(zhèn)江某濕地進行了護坡型生態(tài)混凝土的澆筑，發(fā)現(xiàn)該混凝土有利于藻類和微生物附著生長，具有改善水質(zhì)和景觀作用。

3結(jié)語

生態(tài)修復技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)水體生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復，是治理城市水污染問題的重要途徑。本文分別介紹了人工濕地、生態(tài)浮床、穩(wěn)定塘和生態(tài)護岸等典型生態(tài)修復技術(shù)的作用原理、研究進展與實踐應(yīng)用。目前我國的生態(tài)修復技術(shù)還處于探索階段，應(yīng)在參考國外先進理論和技術(shù)基礎(chǔ)之上，綜合技術(shù)可行性、經(jīng)濟適用性與安全可靠性，融合水利工程、生態(tài)評估、材料改性和生物培育等多種學科技術(shù)，實施過程考慮修復潛力評估、修復方案確定、修復過程監(jiān)控與修復效果評價等多個環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)水體修復目的。

參考文獻：

[1]Luederitz V，Eckert E，Lange-Weber M，et al.Nutrient removal efficiency and resource economics of vertical flow and horizontal flow constructed wetlands[J].Ecological Engineering，2001,18(2):157-171.

[2]Scholes L，Shutes R B E，Revitt D M，et al.The treatment of metals in urban runoff by constructed wetlands[J].Science of The Total Environment，1998,214(1-3):211-219.

[3]李懷甫.論城市水環(huán)境的治理與優(yōu)化[C].中國水利學會2013學術(shù)年會，廣州，2013.

[4]任照陽，鄧春光.生態(tài)浮床技術(shù)應(yīng)用研究進展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007(S1):261-263.

[5]關(guān)春曼，張桂榮，趙波，等.城市河流生態(tài)修復研究進展與護岸新技術(shù)[J].人民黃河，2014(10):77-80.

[6]劉榮桂，吳智仁，陸春華，等.護堤植生型生態(tài)混凝土性能指標及耐久性概述[J].混凝土，2005(2):16-19，28.

Application of Ecological Technology in Urban Water Environment Rehabilitation

XU Ming-han

(Dalian Hydrological Bureau，Dalian 116023,China)

Abstract：Urban water environment has multiple functions including productive and domestic water supply，traffic transportation，flood control and waterlogging drainage and cultural landscape etc,.Currently，deterioration of water environment has become one of the important factors restricting the development of a city.The ecological rehabilitation technology shows a good prospect for solving the problem.In this paper，several typical ecological rehabilitation techniques such as artificial wetland，ecological floating bed，stable pond and ecological revetment are introduced，the principle，research progress and applications of these techniques will be a frame of reference for restoring the city water health function.

Key words：ecological technology；urban water environment；rehabilitation；application

中圖分類號：X52

文獻標識碼：B

[作者簡介]徐明晗(1982-)，男，遼寧瓦房店人，工程師，從事水環(huán)境監(jiān)測評價工作。

[收稿日期]2016-01-14

文章編號：1007-7596(2016)03-0107-03