生態水處理技術在景觀水體治理中的應用及研究進展

楊濡溢 付崢嶸 殷強

摘要：介紹了景觀水體的污染原因：傳統設計理念的局限性、內源污染及外源污染。闡明了景觀水體的傳統水處理技術的技術原理與技術局限。綜述了目前景觀水體常用的生態水處理技術：生態浮床技術、人工濕地技術、穩定塘技術及生物 生態聯合處理技術。探討了景觀水體治理未來的發展方向及應用前景。

關鍵詞：生態水處理;景觀水體治理;生態浮床;人工濕地;生物 生態聯合處理;生態修復

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0012-04

1引言

景觀水體流動性差，水位較淺，環境容量較小，若污染超過景觀水體環境容量，生態系統就會受到毀壞。具體表現為藻類瘋長、水體發綠、發黑發臭、水質惡化及富營養化等，對周圍環境及景觀影響較為嚴重。景觀水體治理主要包括物理處理、化學處理、生物處理及生態處理等多種途徑。生態水處理技術主要包含生態浮島技術、人工濕地技術、新型穩定塘技術及生物一生態聯合處理技術等。生態水處理技術利用環境的自凈能力加以人工強化措施，結合生態修復措施.具有效率高、投入低等優點，能夠獲得很高的社會效益和經濟效益。

2景觀水體的污染原因

景觀水體的治理需要正確找到景觀水體的污染原因，采取更高效的治理方法對癥下藥。景觀水體的污染原因可分為以下3種。

（1）傳統設計理念的局限性。景觀水體傳統設計中，死角中的水體因封閉靜止無法流動，導致水質變差，影響整個水系。

（2）內源污染。一般包括：水體中繁衍的生物群落，死亡后積累形成的有機物污染;底泥釋放的污染物質不斷污染水體。

（3）外源污染。一般包括：降雨及地表徑流帶來的有機物和N、P等元素;大氣沉降使有機物和N、P等元素進入水體;生活污水、工業廢水的排入;補水的水源含有大量污染物。

3景觀水體的傳統水處理技術

景觀水體治理是復雜的，目前在我國使用的傳統水處理技術主要有以下幾類。景觀水體治理的物理法包括底泥疏浚、引水換水、機械過濾、曝氣充氧等;化學法主要為投加化學藥劑殺滅藻類.增加水體溶解氧，改善水質，常見的滅藻劑主要有高錳酸鉀、硫酸銅、漂白粉等;生物法主要有生物接觸氧化、生物濾池。

不同的處理技術具有不同的處理效果，見表1。

4生態水處理技術在景觀水體治理中的應用

生態水處理技術充分運用了生態學的原理，協同水體的白凈能力與水生生物間的功能作用，在凈化水體水質上，充分運用生態系統的結構與功能。

4.1生態浮床技術的應用

生態浮床綜合了生態工程、現代農藝及無土栽培技術，以高分子材料作為載體.水面無土種植高等水生植物，用來處理景觀水體的富營養化問題。

生態浮床系統中，大型水生植物能夠吸收水體中的營養鹽，抑制藻類生長繁殖，防止水華赤潮暴發。發達的植物根系可以沉淀、過濾水體中的懸浮物，根系表面可以螯合、吸附水體中的膠體物，富集、吸收Cu、Zn等重金屬元素并轉移到莖、葉等組織，吸收、分解藻毒素等常見污染物。植物根系在水體中分泌特殊化學物質促進根區微生物硝化、反硝化作用，加速分解有機物，釋放氧氣，大幅增加水體中溶解氧，為好氧微生物提供了有利的生存環境。浮床表面和植物根系附著的大量細菌、真菌、原生動物等微生物，在新陳代謝過程中吸收利用有機物，降解轉化為小分子物質。最終收割收獲成熟的植物體，將N、P等元素及有害物質移除水體，使水質得到有效改善。

吳建強等利用生態浮床處理淀山湖富營養化水體，浮床植物分別為美人蕉、黃菖蒲、再力花和千屈菜，其結果表明：采用上下層尼龍網固定種植方式有利于浮床植物縱向、橫向自由快速生長繁殖;經過7個月的處理后，再力花對氮的吸收能力最強，美人蕉對磷的吸收能力最強;美人蕉和再力花可以作為淀山湖水體富營養化防治的浮床栽培植物來進行推廣應用。

楊琳芳選取黃花鳶尾、花葉菖蒲、鳳眼蓮作為浮床植物處理小型微污染景觀水體，其結果表明：黃花鳶尾、花葉菖蒲、鳳眼蓮對TN的去除率分別為88.7%、92.8%、90.6%，對TP的去除率分別為36.8%、22.2%、18.2%，3種生態浮床系統對景觀水體中TN、TP均有一定去除能力。

4.2人工濕地技術的應用

人工濕地（ Constructed Wetland）利用植物一基質一微生物三者之間的物理化學效應及生物學過程，可以有效地去除水體中氮、磷元素及有機物等。

按水流方式，人工濕地可分為表面流人工濕地（FWS- CW）和潛流人工濕地（SF- CW）;其中，按水流方向，潛流人工濕地可分為水平潛流人工濕地（ HSF-CW）和垂直潛流人工濕地（VSF-CW）。

人工濕地對水體中N元素的凈化機理為：①植物的根、莖、葉等組織對N元素的吸收;②基質對N元素的吸收;③硝化一反硝化作用。人工濕地對水體中P元素的凈化機理為：①P元素通過重力作用沉降后被去除;②植物的根、莖、葉等組織對P元素的吸收，微生物積累并去除一部分P元素;③P元素發生化學反應形成沉淀，基質的吸附作用。

李安峰等研究人工濕地對富營養化景觀水體的凈化效果，其結果表明：1號人工濕她前、中段COD去除率分別為23.12%-38.73%、9.77%-14.51%，前、中段去除COD總量占總去除量的68.18%-96.77%;2號人T濕地前、中段COD去除率分別為20.23% -37.46%、7.25%-15.69%，前、中段去除CO D總量占總去除量的72.48% -87.70%;故人工濕地的前、中段是去除COD的主體，且前段的去除率高于中段;1號人工濕地前、中段TN去除率分別為22. 23%-32.14%、14.81%-23.68%;2號人工濕地前、中段COD去除率分別為20.45--30.36%、12.82%-21.43%;故人工濕地的前、中段是去除TN的主體，且前段的去除率高于中段。

薛龍等采用組合基質復合流人工濕地處理富營養化水體，其結果表明：人工濕地系統對富營養化水體具有較好的處理效果，COD、TP的去除率分別為50.00%、63.07%、55.30%、53.83%、77.27%，出水水質基本可達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）的Ⅲ類標準。

4.3新型穩定塘技術的應用

穩定塘中進行一系列的絮凝沉淀反應，微生物作用及水生植物作用，使污水中的有機物得到稀釋和降解。

傳統穩定塘在工藝上存在許多弊端：HRT較長、占地面積過大、污泥堆積問題等。針對這些工藝上的缺陷，出 現了新型穩定塘技術。其中包括了高效藻類塘、水生植物塘、水解酸化十穩定塘工藝、折流式曝氣生物濾池十穩定塘工藝，多級串聯塘系統、生態綜合塘系統。

樊新源等利用水花生和水葫蘆兩種水生植物塘預處理富營養化的巢湖水體，其結果表明：在HRT約為3d的條件下，水葫蘆生長繁殖較快，對水體起主要凈化作用;水生植物塘對巢湖水體中藻類的平均去除率為85%，其中對含量最多的微囊藻的去除率為95%;對水體中的氨氮、TP、CODMn的平均去除率分別為36%、47%和38%，出 水均達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的Ⅲ類標準。

4.3生物一生態聯合處理技術的應用

4.3.1微生物強化修復技術的應用

微生物強化修復技術通過生物強化培育特定的高效微生物（如枯草芽孢桿菌、反硝化芽孢桿菌、乳酸芽孢桿菌、光合細菌、硝化細菌等），轉移、轉化及降解水體中的有機污染物及N、P等營養元素，抑制藻類生長，從而使封閉或相對封閉的景觀水體改善水質，恢復水體生態平衡。

莊旭超利用實驗室構建高效篩選的凈水微生物，應用光合細菌沼澤紅假單菌及枯草芽孢桿菌BSW，率達到55.1%;在2012年3～4月的北門河二期、隧洞河和岱樁河一期河道修復項目中，投加凈水微生物可在短期內明顯改善河道水質;10d內3種水體的N平均去除率分別為25.2%、23.3%、42.0%，TN平均去除率分別為27.1%、22.5%、39.9%。

4.3.2生物操縱控藻技術的應用

生物操縱控藻技術利用生物間的捕食關系，改變生態系統中的生物鏈，使生物群落結構發生變化，最終使水質能到凈化、使生態恢復平衡。

國外研究者Shapiro等提出的經典生物操縱理論主要通過：①改變捕食者的種類組成;②調控浮游動物的群落結構;③促進浮游動物的種群發展;④提高浮游動物對浮游植物的捕食：⑤降低浮游植物的數量;⑥增加水體透明度改善水體水質。

肉食性魚類→濾食性魚類→植食性浮游動物→藻類→N、P等營養物質

國內研究者謝平等提出的非經典生物操縱理論主要利用控制魚類數量來抑制藍藻生長，放養濾食性魚類（鰱、鳙等）直接牧食藍藻。

生物操縱理論的應用主要包括：①沉水植物操縱：提供魚類柄身繁衍的場所，抑制水體沉積物的再次懸浮，減少釋放水體中的營養鹽，抑制浮游植物的生長;②濾食性魚類操縱：利用魚類捕食浮游生物，平衡水生生態系統食物鏈;③雙殼貝類操縱：耐污染耐重金屬能力強，可以吸收某些特定的重金屬。

4.3.3生物一生態修復組合技術的應用

生態修復是為了修復或恢復受到污染破壞或水利T程脅迫的水體生態機能及其水文過程。生物一生態修復組合技術包括：①微生物一動植物修復技術;②微生物一河床河岸修復技術;③河道內一河道外濕地修復技術的組合;④河道清淤一生物生態修復技術等等。

沙昊雷等 運用生態修復技術治理常州市白蕩浜黑臭河道，通過曝氣造流、底質改性、種植水生植物、構建水生微生物種群等措施對該水體進行治理修復，其結果表明：運行4個多月后，DO從0.21mg/L增加到3.8mg/L，達到了57.8%、72.4%、41%和55.6%，水體透明度從15cm增加到40cm以上，治理段的水體消除黑臭，景觀得到美化，河道生態得到恢復。

徐玉良等應用生物一生態修復組合技術治理昆山市凌家浜城市河道及黑臭水體，通過設置生物膜白凈設備、微納米曝氣增氧設備，種植水生植物、投放水生動物等措施對該水體進行治理修復，其結果表明：運行6個多月后，主要水質指標《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）的Ⅲ～V類標準，水體透明度達到0.5m，水體中包括多種挺水、沉水等水生植物和水生動物，形成水陸交錯帶的生態系統，明顯改善了河道的景觀效果及生態效益。

5結語

隨著“兩型社會”的發展，景觀水體治理作為生態文明建設的一部分，必然會成為新的水處理領域。相比傳統的物化、生物水處理技術，利用生態水處理技術治理景觀水體，能夠充分運用生態環境的白凈能力，結合人工強化和生態修復措施，投入更低，效率更高，能夠創造更多的社會效益和經濟效益。在一定程度上，對景觀水體存在的主要問題都能有效解決。生態水處理技術在修復景觀水體的同時，還能長期保持水體清澈，水質良好，達到景觀水的要求。