河道水體污染治理與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

李紅霞 張建 楊帥

摘要通過(guò)對(duì)河道水體污染治理與修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜述，歸納總結(jié)了物理、化學(xué)、生物-生態(tài)3種修復(fù)技術(shù)的原理、工藝核心及適用范圍等技術(shù)研究進(jìn)展，其中物理技術(shù)包括截污分流與引水沖污、底泥疏浚、曝氣復(fù)氧，化學(xué)治理技術(shù)包括化學(xué)除藻、化學(xué)固定，生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括微生物強(qiáng)化、植物凈化、人工濕地、生物膜凈化及組合生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)。同時(shí)，提出了河道水體修復(fù)涉及學(xué)科多，應(yīng)該根據(jù)河道的實(shí)際情況，采用合理的治理和修復(fù)技術(shù)。最后對(duì)河道水體污染治理與修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞河道水體；污染治理；修復(fù)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2016）04-074-03

The Technology Progress for Treatment and Repairing of Polluted River Water

LI Hong-xia1，2，ZHANG Jian1，2，YANG Shuai1，2 （1.Tianjin Capital Environmental Protection Group Company Limited，Tianjin 300381； 2.Tianjin Caring Technology Development Co.Ltd，Tianjin 300384）

AbstractThrough reviewing pollution treatment and repairing technology of sewage river，the research advances about principle，process core and application scope of physical，chemical，biological repairing technologies were summarized，the physical technology including sewage interception and diversion，sediment dredging，aeration，the chemical technology including chemical removal of algae，chemical fixation，the biological restoration technology containing microbial enhancement，plant purification，constructed wetland，biological membrane purification and combined biological restoration technology.Meanwhile，due to river water restoration involved many disciplines，appropriate repairing technology should be adopted based on the actual situation.Finally，pollution treatment and repairing technology of sewage river was forecasted.

Key wordsSewage river； Pollution treatment； Repairing technology

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排放量已超出河流的容納能力。由于管網(wǎng)系統(tǒng)和污水處理設(shè)施建設(shè)的滯后性，大量污廢水及各種垃圾未經(jīng)完全處理直接排入河道，加上河道護(hù)岸人工改造和維護(hù)的不合理性[1]，導(dǎo)致河流自?xún)裟芰︿J減，溶解氧迅速降低，水質(zhì)嚴(yán)重惡化，水環(huán)境容量下降，引發(fā)黑臭現(xiàn)象[2]。2014年中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部頒布的環(huán)境狀況公報(bào)顯示：我國(guó)七大流域斷面中，I類(lèi)水質(zhì)斷面僅占2.8%，IV類(lèi)占15.0%，V類(lèi)占4.8%，劣V類(lèi)占9.0%；全國(guó)423條主要河流、62座重點(diǎn)湖泊的水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，IV、V、劣V類(lèi)水質(zhì)斷面分別占20.9%、6.8%和9.2%，主要污染指標(biāo)為COD、TP和BOD。河道污染嚴(yán)重制約了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，威脅到生態(tài)安全，因此恢復(fù)河流的生態(tài)功能已成為治理環(huán)境的關(guān)鍵。筆者綜述了現(xiàn)階段河道水體治理與修復(fù)的一些關(guān)鍵技術(shù)，以期為我國(guó)河道水體的治理提供技術(shù)借鑒。

1河道護(hù)岸整治

河道護(hù)岸可有效抗洪和維護(hù)河勢(shì)穩(wěn)定，丁壩、沉排、現(xiàn)澆混凝土等傳統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)可達(dá)上述要求，但破壞了河流原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)，降低了河流的自?xún)裟芰3]。發(fā)達(dá)國(guó)家較早提出了解決方案，如德國(guó)提出“近自然型護(hù)岸”技術(shù)[4]，日本提出“親水”護(hù)岸建設(shè)理念[5]，美國(guó)利用可降解的生物纖維建造堤岸并取得了良好的效果[6]。近幾年，我國(guó)也開(kāi)始重視生態(tài)護(hù)坡建設(shè)，并取得了一定成果，如陳海波[7]提出了以網(wǎng)格反濾生物組合為主體的護(hù)岸方案；植物護(hù)岸、綠化混凝土植被護(hù)岸、土工合成材料護(hù)岸和土壤生物工程護(hù)岸得到了較為廣泛的應(yīng)用[8]?？傊诒ＷC抗洪和維穩(wěn)的前提下，河道護(hù)岸宜保持河道自我修復(fù)的能力及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的合理結(jié)構(gòu)功能。

2物理治理技術(shù)

2.1截污分流與引水沖污截污是河道治理的前提，主要包括周邊排污企業(yè)的整治、生活污水的處理、堤岸滲濾帶的構(gòu)建和雨污水管道的分流等[9]。截污可有效控制污染物的來(lái)源，從根本上解決河道水體再污染的問(wèn)題，但截污分流難度較大，涉及水利、市政及公路部門(mén)，需要政府部門(mén)的管理及相關(guān)企業(yè)的配合。

引水沖污是以潔凈水體置換或稀釋原有被污染水體，降低水中污染物濃度，從而達(dá)到降低水體黑臭程度的目的，如太湖水質(zhì)通過(guò)“引江濟(jì)太”工程得到改善[10]，上海市通過(guò)引入張家塘清水對(duì)黃浦江進(jìn)行沖污，在短期內(nèi)取得了較好效果。引水沖污只能轉(zhuǎn)移或稀釋污染物，難以從根本上解決污染問(wèn)題，費(fèi)用較高，因此目前較少采用該方法治理河道水體污染。

2.2底泥疏浚河道底泥是污染物遷移轉(zhuǎn)化的載體和儲(chǔ)存庫(kù)[11]，在外源污染物得到控制后，沉積物成為主要污染源[12]。底泥中的有機(jī)物在微生物的作用下分解，產(chǎn)生H2S氣體，使水體變黑臭。底泥疏?？蓪⒊练e物轉(zhuǎn)移外運(yùn)，減少底泥中污染物向水體釋放。底泥疏浚在工程上有較多案例，如1999年對(duì)太湖流域1 406 km河道進(jìn)行了清淤[13]，草海 Ⅰ 期工程的疏浚工程量達(dá)400萬(wàn)m2，共去除TN 39 600 t和TP 7 900 t[14]。目前較為先進(jìn)的設(shè)備是絞吸式挖泥船，配以自動(dòng)控制和監(jiān)視系統(tǒng)，以管道抽吸的方式清除底泥，有很高的精確度[15]。同時(shí)，底泥疏浚存在工程量大、費(fèi)用高和極易破壞河流原有生態(tài)系統(tǒng)等弊端。

2.3曝氣復(fù)氧曝氣復(fù)氧是指向水體連續(xù)或間接地通入空氣或純氧，加速水體的復(fù)氧過(guò)程，提高溶解氧含量，增強(qiáng)好氧微生物的活性，從而達(dá)到改善河道水質(zhì)的目的[16]。較常用的曝氣復(fù)氧技術(shù)包括微孔曝氣、葉輪吸氣推流式曝氣、水下射流曝氣和純氧曝氣等[17]，該技術(shù)對(duì)消除河道黑臭有較為顯著的效果，具有操作簡(jiǎn)便、成本低和見(jiàn)效快等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊。熊萬(wàn)永等[18]對(duì)福州白馬支河進(jìn)行曝氣治理研究，基本上消除了黑臭現(xiàn)象；英國(guó)泰晤士河、澳大利亞斯旺河、我國(guó)北京的清河和上海上澳塘采用曝氣技術(shù)治理污染河段均取得了較好效果[14]。

3化學(xué)治理技術(shù)

3.1化學(xué)除藻化學(xué)除藻是向富營(yíng)養(yǎng)化的水體中投加除藻劑，通過(guò)混凝沉淀或化學(xué)氧化等方式除藻[19]，常見(jiàn)的化學(xué)除藻劑有納米TiO2[20]、高錳酸鉀、聚合氯化鋁和臭氧等?？娏鳾21]研究發(fā)現(xiàn)，在投加包含銅鹽與鋁鹽的復(fù)合除藻劑10 d后的除藻率為80%?；瘜W(xué)除藻具有速度快、操作簡(jiǎn)單和短期內(nèi)可提高水體透明度等優(yōu)勢(shì)，但除藻劑的投加易導(dǎo)致二次污染，生物富集和放大作用可能破壞生態(tài)系統(tǒng)。

3.2化學(xué)固定化學(xué)固定是向污染水體中投加化學(xué)藥劑，將磷或重金屬沉淀于底泥中的技術(shù)。余光偉等[22]指出，用石灰將pH調(diào)至8～9，水體中的重金屬去除率可達(dá)85%～98%；林建偉等[23]指出，Ca（NO3）2可有效降解底泥中的有機(jī)質(zhì)，抑制底泥中磷的釋放?；瘜W(xué)固定具有工藝簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快和可有效抑制底泥釋放造成的內(nèi)源污染等優(yōu)勢(shì)，但化學(xué)固定劑的投加同樣會(huì)對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。

4生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1微生物強(qiáng)化河道水體中污染物的降解主要依靠微生物作用，微生物強(qiáng)化技術(shù)包括人為創(chuàng)造適宜環(huán)境條件、投加微生物菌制劑和生物促進(jìn)劑等，可以利用的微生物包含細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物等。徐亞同等[24]利用微生物強(qiáng)化技術(shù)修復(fù)了上奧塘水體；衛(wèi)明等[25]將微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于黑臭河道的治理，并取得了良好效果；吳青梅等[26]利用生物技術(shù)誘導(dǎo)刺激底泥中土著有益微生物的代謝活性，從而修復(fù)黑臭水體；Kobayashi等[27]提煉純化了可高效降解苯酚的菌種，進(jìn)行了對(duì)污染水體的生物修復(fù)研究。微生物強(qiáng)化具有無(wú)需構(gòu)筑物、工藝簡(jiǎn)單及節(jié)省基建費(fèi)用等優(yōu)勢(shì)，核心技術(shù)是研發(fā)、分離和提純高效微生物菌制劑，目前，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)水處理行業(yè)受到普遍重視。

4.2植物凈化植物修復(fù)技術(shù)是以植物超量利用積累污染物質(zhì)為理論依據(jù)，通過(guò)收割成熟植物，將污染物轉(zhuǎn)移外運(yùn)，從而達(dá)到水體修復(fù)的目的。植物可通過(guò)根系、莖和葉等器官吸收有機(jī)物、重金屬和氮磷等污染物，也可通過(guò)分泌化感物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和遮光等方式限制水華的生成[28-29]。王壽兵等[30]指出，佛手蔓綠絨和裂葉喜林芋2種植物較適用于城市河道水體修復(fù)；馬立珊等[31]研究了浮床香根草對(duì)水體的凈化效果，結(jié)果表明：浮床香根草可有效去除氮磷。目前，該技術(shù)的應(yīng)用還受多種因素的影響，如影響水生植物的生態(tài)因子、水生植物的恢復(fù)機(jī)制、物種選擇和群落配置等[32]。

4.3人工濕地人工濕地是通過(guò)水生植物、填料和微生物共同作用，通過(guò)物理、化學(xué)和生物的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)污染水體的修復(fù)[33]。根據(jù)水流方式差異，可將人工濕地分為表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地三類(lèi)。杜良梅等[34]研究表明，人工濕地對(duì)SS、TN、NH3N、TP和COD均有較高的去除率；張?zhí)m等[35]研究了通過(guò)構(gòu)建植物廊道對(duì)江蘇新沂河進(jìn)行治理，結(jié)果表明，該工藝技術(shù)處理污水效果好。人工濕地具有低能耗、便于管理、景觀(guān)和諧等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮填料、植物的配比及占地面積等，工藝較復(fù)雜。

4.4生物膜凈化生物膜技術(shù)是將多種菌、原生動(dòng)物及藻類(lèi)固定在濾料或載體上的高效水處理生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)有機(jī)物及氨氮污染水體有較好的凈化效果，對(duì)水質(zhì)、水量及水溫變動(dòng)適用性強(qiáng)[36]，具有處理效果高、接觸時(shí)間短、占地面積小和節(jié)省投資等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，生物膜凈化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了深入研究，如陳書(shū)玉等[37]研究了生物接觸氧化技術(shù)在上海中心城區(qū)黑臭水體治理中的應(yīng)用；李璐等[38]研究發(fā)現(xiàn)，生物接觸氧化對(duì)COD和TP的去除率均可達(dá)到50%左右。

4.5組合生物-生態(tài)修復(fù)由于河道污染修復(fù)是一種影響因素較多、體系構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單以某一種修復(fù)技術(shù)難以達(dá)到理想的修復(fù)效果，因此，在實(shí)際應(yīng)用中往往將多種工藝組合，如雷恒毅等[39]以微生物強(qiáng)化、化學(xué)固定和曝氣3種技術(shù)組合基本消除了河道的黑臭情況；金承翔等[40]采用微生物凈化、植物凈化和曝氣充氧等技術(shù)，對(duì)上海中心城區(qū)的黑臭水體進(jìn)行了修復(fù)，結(jié)果表明：COD、BOD和NH3N的去除率均可達(dá)80%以上；汪紅軍等[41]研究表明：溫州北山河COD含量很高，通過(guò)厭氧生物膜床和植物塘技術(shù)修復(fù)后，水質(zhì)可達(dá)到地表水IV類(lèi)；熊萬(wàn)永等[42]采用人工濕地和生物塘相結(jié)合的工藝對(duì)福州白馬河進(jìn)行治理研究，結(jié)果表明：該工藝運(yùn)行穩(wěn)定后溶解氧大幅提高，其他污染物含量明顯降低，可達(dá)到景觀(guān)用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)論

筆者通過(guò)對(duì)河道水體污染治理與修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜述，闡述了物理、化學(xué)和生物-生態(tài)等方法的技術(shù)原理、工藝核心及適用范圍等。河道水體修復(fù)涉及生態(tài)、環(huán)境和水利等多個(gè)學(xué)科，修復(fù)過(guò)程受河道水體流態(tài)、污染物含量及環(huán)境條件等影響較大，同時(shí)應(yīng)該根據(jù)河道實(shí)際情況，結(jié)合物理、化學(xué)和生物等多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)才能保證修復(fù)效果的有效性。總之，河道水體修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一些關(guān)鍵的技術(shù)難題亟待相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者合作攻關(guān)，以期尋找到一套技術(shù)切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、應(yīng)用前景廣闊的綜合治理技術(shù)。

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