河道治理技術概述及其發展應用

甄賜達 劉明浩 向元益 王欣剛 王鵬

摘要：當前，我國河道治理技術日新月異，本文較深入的分析探討了異位聯合處理凈化技術、高負荷泥水分離技術、微生物處理凈化技術、生態體系綜合凈化技術、強化增氧技術以及動植物凈化技術等多種河道水體修復技術的特點及應用，以期為我國河道治理領域提供一定的技術支持。

關鍵詞：河道水體；水體修復；污染源控制；異位聯合

中圖分類號：X522 文獻標識碼： A 文章編號：2095-672X（2018）07-0048-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.026

Overview and application development of urban river regulation technology

Zhen Cida1，Liu Minghao2，Xiang Yuanyi1，Wang Xingang1，Wang Peng2

（1.Zhejiang Province Environmental Radiation Monitoring Center， Hangzhou Zhejiang 310012，China；

2.Zhejiang Zhenghao Environment Technology Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310018，China）

Abstract： Currently， urban river regulation technology is changing rapidly， this paper disscusses and analyses the characteristics and application of ectopic combined treatment of purification technology， high load isolation technology of sludge and water， microbiological technology， enhanced aeration technology and plants & animals purification technology， etc. ， in hopes of offering some technical support for river regulation in our country.

Keywords： River water； Water restoration； Pullution control； Ectopic combined

河道水體作為地球水環境的重要組成部分，其環境污染問題多年來一直是我國治理水污染的首要解決目標。近年來，河道治理技術及其處理設備日新月異，然而，新技術的誕生并沒有能夠及時推廣，這使得我國許多省市的河道治理工作進展緩慢、成效不明顯。因此，深入分析河道水體修復技術及其發展應用，對我國河道治理新技術推廣、提升河道水體環境及周邊人居環境具有重要意義。

1 河道治理現狀

目前我國河道治理工作主要從兩方面入手，一是污染源控制，二是河道水體凈化。

污染源控制主要是指對河道沿岸的排污口進行清查，禁止有未達到排放標準的污水排入河道。河道水體凈化即對河流水質進行提升，目前我國普遍采用的是水生植物處理技術，依靠種植水生植物對河道水體中污染物質的吸收和吸附來凈化河水。

2 污染源控制簡介

目前河道水體的污染來源主要包括工業廢水、城鎮污水、農村生活污水和農業面源污染等。對于城鎮工業廢水和生活污水均需經過處理達到相應排放標準后才能排放至河道或排水管網；農村生活污水主要通過農村生活污水治理工程來治理，面源污染（化肥、農藥）主要通過建設生態駁岸緩沖帶進行控制。

3 河道水體修復技術介紹

3.1 異位聯合處理凈化技術

異位聯合處理凈化技術是一種河道治理新技術，該技術針對水體不同污染物對其進行異位處理，將污染物徹底移出水體，運用物理、化學、生物的協同作用使水體達標，異位聯合處理技術具有水力停留時間短占地小、凈化效率高、處理水量大、排出的污泥含水率低易于處理等特點。

3.2 生態藥劑處理技術

在河道治理中，生態藥劑處理技術主要扮演一個預防和應急措施的角色，用以預防可能出現的突發水污染事件或應對已發生難以控制的污染情況。常用的生態藥劑有除磷劑和脫氮劑。

3.2.1 生態除磷劑

藥劑除磷技術的主要優點是除磷效率高，去除率可達85%以上，并能去除一般方法很難處理的溶解性與膠體性磷鹽，對控制水體富營養化具有積極意義，適用于膠體狀和溶解性無機磷含量較高的封閉或緩流水體。但該法成本較高，同時有二次污染的可能，因此，在飲用水源地應禁止使用。

3.2.2 生態脫氮劑

脫氮劑是對水混凝除濁處理及除氮的物品，能夠在對污水處理同時，達到深度除氮目的，而不需要改變原水處理流程，不需要增設大型水處理構筑物，簡便易行，可獲得顯著的社會和經濟效益。

3.3 高負荷泥水分離技術

在河道治理中，水體中淤泥和懸浮物含量是影響水體透明度的重要指標。因此降低水體中淤泥和懸浮物含量可以有效提升水體表觀清澈程度。為了達到這個目的，各種高負荷泥水分離技術應運而生。

3.3.1 超磁水體凈化技術

由于普通的河湖水體中非溶解態污染物一般不帶磁性，超磁水體凈化技術就是將不帶磁性的污染物賦予磁性，然后通過超磁透析設備進行固液分離，使水體透析凈化，可在短時間內快速降低懸浮物、有機物、藻類和總磷等污染物含量。

3.3.2 河湖淤泥控源分離改性固化一體化工藝

河湖淤泥控源分離改性固化一體化工藝可使抽吸上來的淤泥經過處理后實現資源化再利用，尾水達標排放，實現生態化清淤、管網化輸送、工廠化處置、資源化利用。該技術具有處理后淤泥大幅減量且滿足土工用土要求、設備占地面積小、無二次污染、綜合成本低、渣土資源化利用等特點。

3.3.3 微浮選技術

對于比重接近于水的微小懸浮物和油類的去除，微浮選分離技術是最有效的方法。微浮選法就是通過溶氣系統產生的溶氣水，經過快速減壓釋放在水中產生大量微細氣泡，若干氣泡粘附在水中原水（或者絮凝好的污水）懸浮物或油類表面上，通過浮力使其上升至水面而使固液分離（同時可以降低BOD、COD、色度等）的一種凈水法。

3.4 微生物處理凈化技術

微生物技術是在借鑒傳統污水處理的技術方法上衍生而出適合于河道處理的一類對水體進行原位處理的新技術，包括生物磚底泥消解技術、生物促生技術、生物浮島技術、仿生水草技術等。

3.4.1 生物磚底泥消解技術

生物磚是將自然界中提取的有益菌群經特定馴化后，與纖維素酶、木質素酶、脂肪酶等活性生物酶復合制成固體塊狀，可直達水體底部分解底泥中的污染物，以及腐敗氣體硫化氫、二氧化硫、吲哚等，并在底泥表層形成約20～30 cm厚的生物隔離層。生物磚的施用主要針對底泥中污染物。

3.4.2 生物促生技術[1]

生物促生技術是通過向污染河流投放解毒劑，降解污染物的多種酶、有機酸、微量元素、常量元素、維生素等營養物質、電子受體等，減輕環境中的毒性，對自然界中污染物降解士著微生物起到促生作用，為之創造一個能順利完成其自然降解功能的環境，強化污染環境的自凈能力，但效果反應并不明顯，僅能用于輕污染河道治理。

3.4.3 生物浮島技術

生物浮島技術是利用生態工學原理，在受污染河道，用木頭、泡沫等輕質材料搭建浮島，以浮島作為載體，在水面上種植植物，構成微生物、昆蟲、魚類、鳥類、植物等自然生物棲息地，形成生物鏈來幫助水體恢復，降解水體的COD、氮、磷的含量，主要適用于富營養化及有機污染的河流。生物浮島處理效果好，自然景觀和諧。但有許多問題如如何篩選、培育和合理搭配高效率的植物品種以滿足不同環境的修復需要，尤其是低溫季節提高植物修復效率較低。

3.4.4 仿生水草技術

該技術集合了多項技術創新，根據污染程度和不同階段的治污需求，可以分期實施。

（1）重污染水體的治理：采用水母體（環保船）結構進行除沼氣處理。其利用河道底泥中的沼氣和太陽能系統發電，一方面有效節能，另一方面又釋放了底泥的沼氣，改善了河床厭氧情況，消減了底泥，為水下植物的生長提供了良好的環境。同時曝氣又增加水中溶解氧含量，改善水質狀況。水母體在進行河道生態修復時，并沒有投加化學類物質，展現了其人與自然的和諧。

（2）輕度污染水體的治理：安裝太陽能仿生水草浮島和水生植物浮島，在水體中立體、交叉分布適合微生物馴化、生長、繁殖的載體，根據水質要求選擇栽種潛水植物，適度分布水生植物浮島和太陽能仿生水草浮島等。其中太陽能仿生水草浮島群可利用太陽能曝氣器向水體獨立充氧，每一組浮島下有密集的填料分布于水體中，為微生物著床提供載體。河道兩側淺水區域栽種潛水植物。分布安裝太陽能噴泉曝氣增氧設施，為河道活性增氧，通過第二階段的生態修復、強化治理，使河道水體達到適用于農業用水及一般景觀水體的要求。并且配合種植水生植物，投加微生物使得治理效果更持久，河道水體的自凈能力提高得更快。

3.5 生態體系綜合凈化技術

生態體系綜合凈化技術包括有生物穩定塘、微生態濾床和礫間生物接觸氧化技術。這是一種以微生物處理原理為主的、可培養多種污水處理菌種的，與為微生物生長培養所需的軟硬介質載體相結合的綜合性技術。

3.5.1 生物穩定塘技術

穩定塘技術是利用天然水體的自凈能力，將被污染的河水在一種類似于池塘的處理設備內經長時間緩慢流動和停留，通過生物的代謝活動降解有機染物的修復技術，適用于富營養化河流。用于河水處理的穩定塘可以利用河邊的洼地構建，對于中小河流，還可以直接在河道上筑壩攔水。國內外在傳統穩定塘的基礎上開發了處理效果更好的變形穩定塘工藝[2]。該方法對氮、磷等污染物的去除效果較好，但是水力負荷一般較低，滲流速度慢。

3.5.2 微生態濾床技術

微生態濾床是一個非常復雜的生態單元。污水原水在流經該系統時，各種污染物在微生物轉化、細菌分解、氧化、還原、吸收、揮發、蒸騰和沉淀等多重作用下發生分離或轉化，系統中發生的各種轉化過程很少在整個濾床范圍內均勻發生，不同處理過程總是次序發生。污水處理過程綜合好氧、兼氧、厭氧三種反應。在植物根區的氧氣由根部釋放出來并在周圍形成一個環狀的有氧區域。離根部較遠處，由于生化有氧變化對氧氣的需求（BOD）而使該區域的氧氣濃度減少為零。富氧區的半徑由氧氣的需求量（BOD）決定。當高BOD的污水流經時，富氧區半徑減小以滿足需氧量，當低 BOD的污水流經時，富氧區半徑增大。好氧細菌和厭氧細菌的比例隨著污水濃度、承載率、植被床和根部的深度變化而變化。根部區域是一個復雜多變的微生態系統，無機化學反應、根系呼吸、有機微生物轉化都與污水處理的最終出水質量相關。運作的核心是對有氧區域的尺寸和數量的管理。通過選擇不同的基質和根系，處理過程中的好氧或厭氧反應會得到合理利用，提高處理效率。

3.5.3 礫間生物接觸氧化技術

這是一種模仿生態、強化生態自然凈化水質過程的常規方法的有效組合。當河水流經水深處，水中的懸浮物將因流速減緩而產生沉淀；當河水流經水淺處，則因水流相對速度較快，產生自然曝氣現象，增加溶河水中溶氧；河床上的天然礫石可以吸附、過濾污染物，而且礫石間的微生物可以降解污染物；當降雨造成河川流量增加時，豐沛的水量可產生沖刷及稀釋的作用將礫石間污泥帶出，使河川再度恢復原有的自凈能力。

3.6 強化增氧技術

河道水體水質的好壞與水體溶解氧含量息息相關。在河道治理中，任何水體微生物、動植物的生長存活都離不開水中溶解氧。因此對河道水體進行強化增氧是恢復水體水生態系統的一個重要舉措。

3.6.1 機械曝氣技術

這種曝氣方法設備簡單、維護管理方便。

機械曝氣是用安裝于曝氣池表面的表面曝氣機來實現的。表面曝氣機裝有葉輪，當葉輪轉動時把大量的混合液水滴和膜狀水拋向空氣中，由于氣水接觸界面大，從而使空氣中的氧很快溶入水中。隨著曝氣機的不斷轉動，表面水層不斷更新，氧氣不斷地溶人，同時池底含氧量小的混合液向上環流和表面充氧區發生交換，從而提高了整個曝氣池混合液的溶解氧含量。

3.6.2 磁化增氧技術

所謂磁化增氧，就是使水以一定速度，通過磁水器流出來，就成為磁化的水。當水通過磁力線時，在磁場作用下使水的理化性質發生變化，滲透壓和表面張力也有所提高，最終達到水體增氧效果。

3.6.3 太陽能增氧技術

太陽能增氧技術主要涉及光伏增氧機。 光伏增氧機是以太陽能為動力的設備，由光伏逆變器和增氧機組成。光伏增氧機利用來自太陽的持久能源，無需人工值守，不需要柴油、不需要電網，不需要儲能電池，直接驅動增氧機工作（亦可以蓄水替代蓄電）。

3.7 動植物凈化技術

動植物凈化技術是一類傳統的河道水體生態修復技術，可分為水生植物凈化和水生動物凈化兩部分，水生植物包括沉水植被、浮水植被、挺水植被和耐濕喬灌木，水生動物包括魚類、軟體動物和蝦類。

3.7.1 沉水植被

沉水植被指植物體完全沉沒于水中的植物。它們的根有時不發達或退化，植物體的各部分一般都可吸收水分或養料，通氣組織特別發達，此類植物的葉子多為帶狀或絲狀，如苦草、金魚藻、狐尾藻、黑藻等。

3.7.2 浮水植被

常見的浮水植被有水芹菜、大藻、浮萍等，其特點是根系發達、生長迅速、生育周期短且主要以營養生長為主，對氮的需求量很高，因此對富營養化水體的治理具有重要意義。

3.7.3 挺水植被

挺水植被類型包括蘆葦、香蒲、旱傘竹、藤草、水蔥、紙莎草等，其特點是適應能力強、根系發達、生長量大、營養生長與生殖生長并存，對氮、磷、鉀的吸收都比較豐富，并且可以在無土的環境中生長。

3.7.4 耐濕喬灌木

耐濕喬灌木在河道、濕地的修復中主要起到穩定坡岸、保持水土以及構建動物棲息地尤其是鳥類棲息地的作用。常用到的耐濕喬木樹種有：垂柳、水杉、水松、楓楊、紅樹、烏桕等。

3.7.5 魚類

一般選擇濾食性的水生魚類和雜食性的魚類為主，待水生植物長好后投放少量的草食性魚類，并適當放養少量的肉食性魚類，從而幫助恢復水體生物鏈和生態系統，提高生物凈化效果。

3.7.6 軟體動物

在水體中放養能攝食藻類的螺螄、河蚌等底棲動物，可以幫助恢復水體生物鏈和生態系統，提高生物凈化效果[3]。

3.7.7 蝦類

在水體中放養一定數量和比例的蝦可以攝食有機碎屑，起到凈化水質的作用，同時也可以幫助恢復水體生物鏈和生態系統，提高生物凈化效果。

4 技術比較與新技術應用

4.1 技術比較

由表1可以看到，河道水體修復技術均有各自優缺點，因此其適用范圍各不相同。異位聯合處理凈化技術處理速度快，效果好，建議可用于中小型河道的局部流域治理。生態藥劑處理技術建議用于突發水污染事件的預防和應急處理。高負荷泥水分離技術可用于河道清淤方面的工作，也可用于處理渾濁水體，但由于僅限處理懸浮物固體，因此應用時需要注意與其他技術搭配使用。微生物處理凈化技術在使用時應綜合考慮水面情況、河道通航、微生物添加實驗數據進行確定。生態體系綜合凈化技術由于需要較大占地面積建議用于城郊河道段或農村河道段。強化增氧技術在應用時需要考慮好控制管理問題，一般的增氧設備，當布設點較多較分散時，采用集中控制難度較大且會增加電纜溝建設和電纜鋪設成本，而采用分散控制對運行管理又不便；建議當增氧布設點較多時，采用太陽能增氧技術，推廣太陽能設備。動植物凈化技術在河道治理中是必不可少的一項技術，在河道治理中應盡可能使用，但由于見效較慢，建議與異位聯合處理凈化技術搭配使用。

4.2 新技術應用實例

目前我國已有部分地區運用新技術治理河道工程實例。

玉林市陸川縣九洲江支流石垌河，治理前河道項目段水體水環境功能分區為劣V類，河道CODCr、氨氮、總磷等指標均超過正常標準。項目點運用異位聯合處理凈化技術、生物磚底泥消解技術治理河道后，項目段河道水體水環境功能區提升至III類水。

又如杭州市江干區孔家河下沙段，治理前河道項目段水體水環境功能分區為劣V類，運用生物浮島及動植物凈化技術后，河道水體水環境功能區提升至III類水，各項污染物因子指標均達到正常標準。

5 結束語

綜合以上，我國河道治理技術的應用包括有物理、化學、生物以及綜合性方法。各種技術有其各自特點和適用范圍，在實際工程運用中，應結合具體情況，因地制宜地選擇河道治理技術。

參考文獻

[1]張捷鑫，吳純德，陳維平.污染河道治理技術研究進展[J].生態科學，2005，24（2）：178-181.

[2]鄧耀明.污染河道治理技術的研究進展[J].環境科技，2009，22（02）：90-93.

[3]劉君洪.淺析河道整治技術[J]，城市建設理論研究，2012（03）.

收稿日期：2018-05-25

作者簡介：向元益，北京大學技術物理專業學士、清華大學輻射防護與環境保護專業碩士，教授級高級工程師，研究方向為環保設備和醫療器械銷售、環保監測技能培訓與考核、數據質量保證等。