生態工程技術在城市河湖污染控制中的綜合應用

李　濤　楊喜生　陳堅齊　增　湘

（南華大學設計與藝術學院湖南衡陽421001）

生態工程技術在城市河湖污染控制中的綜合應用

李濤楊喜生陳堅齊增湘*

（南華大學設計與藝術學院湖南衡陽421001）

生態工程技術防治河湖污染具有相對成本低，無環境副作用且具有良好景觀效果，具有廣泛的應用前景，是國內外污染控制與生態修復技術研究的重點領域。本文在前人的研究基礎上提出了河湖污染防治的生態工程技術改進設計方案，主要包括城市污染源頭處的雨污凈濾儲存、徑流廊道及節點的污水凈化工程設計以及匯水盡端即河湖的自凈生態系統修復等三方面的改進設計。研究結果可應用于城市內河湖污染的生態治理。

河湖污染防治；生態工程技術；改進設計

城市河湖具有水源供給、防洪排澇、調節氣候、休閑游娛樂、物質循環與生態保護等多項功能，是維持城市生態平衡的關鍵要素。隨著城市建設力度的逐漸加大，城市對林地、草地及水域等生態用地的侵占不斷增大，水環境破壞也日益嚴重，城市中更多的污水排入已遠超其生態承載力，水體自凈能力減弱，造成城市河流水質污染。在對河湖污染控制的技術中，國內外較流行的應用技術有曝氣增氧法、底泥疏浚法、綜合調水法及生態型駁岸及河道構建等。近年來我國在工業廢水及城市污水處理方面取得了較大進展，如對河流進行了生態河床及生態護岸構建、生態清淤及恢復水生植被以及人工濕地建設等，均取得了較滿意的效果。

本文在總結國內外既有經驗技術的基礎上，提出了“源-徑-匯”系統化的河湖污染生態防治技術，主要包括城市污染源頭處的雨污凈濾儲存、徑流廊道及節點的污水凈化工程設計以及匯水盡端即河湖的自凈生態系統修復三大方面的改進設計。

1　雨水及中水的生態化處理技術

城市建設促使城市的不透水面積在快速增加，城市硬化鋪裝面上的附著污染物、居民生活污水排放以及第三產業排放已成為城市河湖污染物的最主要源頭。治污首先應治其源，對以上三類情況下形成的污水，應對其進行截留凈濾后儲存，此類水質污染程度相對于工業生產產生的污水較輕，凈濾后達到中水水平，可直接用于城市的景觀維護，如綠地灌溉、水景用水等，雨水及中水的收集還可減少城市降雨帶來的區域性洪澇災害和后續排水設施的負荷。雨水及中水的收集利用方式見圖1、2。

圖1　雨水利用系統與技術措施分類

圖2　生活污水處理流程

2　生態型護岸構建技術

2.1緩流水體的生態護岸

水流速度緩對岸坡的侵蝕就小，岸坡的堅固度要求較低，此類護岸宜采用“濕生植物+草皮+耐濕喬灌木”形式進行構建。濕生植物可選用蘆葦、香蒲、燈芯草、蓑衣草等，此類植物對岸際具有保護作用，可消弱水流能量、促進泥沙沉淀，對水體中的N、P等營養物質及有機物能夠吸收利用從而凈化水質。草皮可選用生命力強盛的狗牙根、結縷草、地毯草等，草皮對徑流沖刷造成的水土流失控制效果良好。耐濕喬灌木可選用水杉、池衫、楓楊、楊柳、垂柳等，此類植物扎根較深，可起到支承與穩定邊坡的作用。

2.2急流水體的生態護岸

急流水體對岸坡的侵蝕較大，此類護岸應注重穩定性及抗侵蝕性。可選用混凝土砌槽的水生植物護坡、鋼筋石籠固定的柳岸護坡。生態袋近年來亦得到較廣泛應用，它是將植物在裝有土的袋中培養生長，以此施工的護岸具有植被覆蓋的表面，能使坡面很快達到綠化效果，形成自然生態邊坡，對土壤流失及邊坡塌方等具有很強的防護和穩定作用。

2.3水位變化較大的河湖生態護岸

階梯式護岸適宜應用于水位變化較大的河湖。即逐級在岸坡上設置檔土柵欄，并在階梯踏面上栽植耐濕植物的護岸形式。此類型護岸不受水位升降的影響，能夠始終保持其結構形式，可實現穩定、生態、景觀與親水的和諧統一。

3　植物塘與人工濕地技術

3.1穩定塘與人工濕地選址

穩定塘可以利用荒廢的河道、水塘、沼澤地等地段建設；用于河湖污染控制的人工濕地，應建造于排污口與河湖之間，以及需進行污染治理的河流兩側。

3.2植物塘建造

在塘內種植一些水生植物能夠有效地去除水中的污染物，尤其是對富營養化水體具有較好地恢復效果。水生植物一般包括浮水、沉水和挺水植物三種。浮水植物塘水面應分散地留出20%～30%的水面，設計中應考慮水生植物的收集及其利用和處置。塘的有效水深度，選用浮水植物時宜為0.4m～1.5m；挺水植物宜為0.4m～1.0m；沉水植物宜為0.4m～2.0m。寒冷地區不宜采用水生植物塘。在河湖中恢復水生植被，有利于降低污染水體中營養物質的含量，在降低水中營養鹽的同時可提高水體中溶解氧的含量，并吸附水中懸浮物，提高水體透明度，還能夠形成完善的水底微生物群落，改善水底環境、平衡營養鹽，抑制藻類過量增長，從而改善河湖生態系統。

3.3人工濕地建造

人工濕地是利用自然生態系統中基質、水生植物及微生物之間的物理、化學和生物的三重協同作用來實現對污染水體的自然凈化的一種技術。濕地植物的選用和配置是人工濕地建造的重要考慮因素，植物需處理效果好、成活率高，有特殊凈化需求的可通過實驗篩選出特定植物進行栽植。配置時切忌品種單一，防止其效果受季節影響過大或凈化功能單一。大量研究表明，人工濕地處理污染水體的運行成本不足0.1元人民幣，而一般的污水處理廠的成本則達1元左右，且濕地具有良好的景觀及生態價值。但人工濕地亦具有其缺陷，如冬季運行效果不佳，尤其是在除氮方面。溫度過低會減慢反應，且濕地植物會死亡或休眠，微生物的活躍程度也降低，整個系統雖繼續發揮作用，但效率低下。另外，人工濕地在運行一定時間后其基質容易被堵塞，主要表現為孔隙率降低、水傳導受阻，最終影響濕地的處理效果。

堵塞一般發生在人工濕地得出上層，因此對上層基質進行定期更換可有效改善堵塞，但此方法工程量太大。目前，基質反沖洗被較廣泛地應用于解決堵塞，馬飛等研究了基質反沖洗技術對人工濕地堵塞的改善，結果表明反沖洗后水傳導性能有效提高，堵塞現象改善明顯，特別是氣水聯合反沖洗能使人工濕地運行效果恢復到其初期程度。另有研究表明，在人工濕地系統中投加蚯蚓、泥鰍等亦能有效緩解堵塞現象。另外，利用太陽光，將光能轉變為熱能，配合相上應控制器，可對濕地進行加熱，這樣可增加人工濕地中部分水生動物及微生物的活躍程度，有利于促進污染物質的分解吸收；將太陽能轉化為電能可對水體進行增氧及對人工濕地中的基質進行反沖。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點，目前此技術雖應用并不廣泛，但相信在在以后的水體污染控制中將具有重要地位。

圖3　太陽能濕地保溫技術路線

圖4　太陽能濕地增氧及反沖防堵技術路線

4　生態懸床技術

生態懸床主要包括三個部分：懸床載體，懸床固定裝置和懸床植物。懸床設計包括懸床載體材料的選擇、制作，懸床植物的選擇、移栽，懸床在水中面的擺放方式及固定方式等。城市中的河流、湖泊由于受建設用地的侵占，其形態及水位變化不太適用人工濕地技術，而生物懸床技術缺不受此影響，且維護管理方便，它是綠化及懸浮技術的結合體。懸浮體一般采用較輕質的聚氨酯涂裝的發泡聚苯乙烯制作，經久耐用。懸床可分為浮床和沉床兩種。較大浮床可為鳥類提供休息及筑巢之便，其下部植物根系可形成共魚類及水生昆蟲等的生息環境，同時能對氮磷等吸收利用，最終能夠形成穩定的植物—微生物—動物凈化系統。沉床與浮床原理相同，它是通過固定樁將其固定在水中，栽植的是沉水植物，如苦草、狐尾藻、黑藻等，沉床解決了浮床只能對上層水體凈化的缺陷。懸床和沉床也可合二為一進行設計，如圖。

圖5　生態懸床設計示意圖

5　其它生物調控技術

構建和修復河湖水系的生物網，提高生物多樣性指數，是恢復水生態系統穩定性的一項有效措施，可達到減輕河湖環境承載負荷，改善水質的目的。多樣性的水生動物相互依存，且與水生植物相之間相互作用，對河湖中的有機物不斷地消耗和降解，維持河湖生態系統的正常運轉，達到生態平衡。但現在由于城市河湖富營養化的加劇，水生動物的生存環境遭到嚴重破壞，導致其種類和數量大幅度減少，使生態系統的調節能力逐漸退化，因此，需要采取可行的途徑對城市河湖的水生動物群落進行修復。底棲動物是水生態系統的極為重要的組成部分，是河湖野生動物以及水產生物的優質食源，因此，可以因地制宜地投放一些螺、蚌、蜆等底棲動物，之后再放養各種魚類，魚可活動到河湖各部，調控河湖中的食物鏈關系，降低抑制藻類過量生長，在通過對成魚捕撈，取走水中的營養物質，這樣可逐步地建設和修補水中生物鏈并達到生態平衡。

6　結語

利用生態工程技術防治河湖污染具有相對成本低，無環境副作用且具有良好景觀效果等特點，它強調和諧統一的自然觀，是國內外污染控制與生態修復技術研究的重點領域，其發展和應用前景已深受矚目。但是，生態工程技術也存在其不足之處，如建立穩定的生態凈化系統需要較長周期、凈化速度較緩慢等，這都是以后需要深入研究并解決的問題。除生態工程技術外，加強對國民的環境保護宣教、建立合理完善的生態補償機制，對河湖污染的防治同樣重要。

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湖南省技計劃項目（2015SK2003）；衡陽市科技計劃項目（2014KS21）。

李濤（1984—），男，漢族，江蘇連云港人，博士生，講師，南華大學設計與藝術學院，研究方向：景觀生態規劃與設計。

齊增湘（1972—），男，湖南衡陽，博士，副教授，南華大學設計與藝術學院，研究方向：園林景觀設計與生物多樣性保護規劃。基金項目