河涌整治的生態修復技術與思路
——以廣州市敦和涌整治項目為例

□文/陳 謙

廣東省提出了河道水體整治的思路，目標是2020年全面消除黑臭水體。實施河涌治理以前，廣州市區的河涌遭受嚴重污染，黑臭現象明顯，底泥大量淤積，影響城市居住環境。通過調研分析發現，廣州市區河涌的污染類型主要是富營養化，河涌底泥有機污染物長期厭氧分解產生H2S等臭氣以及FeS等，造成河道黑臭［1］。目前國內外采用的黑臭水體治理技術主要可分為物理、化學和生態修復三類［2］。

物理方法包括人工曝氣、底泥疏浚和調水等；水體供氧和耗氧失衡是引起水體發生黑臭的主要原因之一，曝氣復氧可以提高水體中的溶解氧含量，強化水體自凈功能，促進生態系統恢復。化學方法主要包括強化絮凝、化學氧化和化學沉淀等；使用的化學藥劑主要有鐵鹽和鋁鹽等混凝劑、雙氧水等氧化劑和生石灰等沉淀劑，去除水中目標污染物(懸浮物、溶解態磷和氮等)，提高水體透明度。生態修復方法主要包括微生物強化技術、生物膜技術、植物凈化技術和“生物—生態”凈化技術［3］；利用培養、接種的微生物或植物，通過代謝活動，對水體中的污染物進行轉移、轉化和降解，改善河流水質，構建水生態系統。“生物—生態”凈化技術應用于黑臭水體的治理，具有穩定有效、安全持久、工程造價較低、運行成本低廉、可與綠化環境及景觀改善相結合等特點，需要解決的是處理效果易受水文和氣候等外部條件的影響以及后續管理維護的保障問題。

城市黑臭水體治理問題十分復雜，不能局限于單一技術。在實踐中，應根據具體情況，特別是水體污染狀況及污染物的種類，將物理、化學和“生物—生態”凈化技術有效結合起來，制訂適合的高效低耗治理方案［4］。確定技術方案時，三類技術可綜合考慮、分步實施。下面以廣州市敦和涌整治項目為例，探討城市河涌整治的生態修復技術與思路。

1 工程概況

墩和涌位于廣州市海珠區，起點為客村的墩和閘口，終點為上沖的墩和水閘，全長為3 266 m，平均寬度11 m，水面面積35 926 m2，包括1#河道1 763 m（包括一段暗渠）、2#河道1 277 m（明渠、暗渠交替）和3#支流河道226 m。墩和涌由多條暗渠和明渠組合而成，上游暗渠、明渠交接處有閘門，泄洪時開閘；下游連通上沖閘、康樂涌和楊灣涌，均設有排澇泵站。見圖1。

墩和涌設有分段補水設施，主要補水口為上游閘口處、廣一電商園處、和豐大廈停車場處。平時河涌依靠珠江水進行補水，潮汐規律遵循珠江的半日潮。上游河道補水設施是處理能力為1×104m3/d的一體化處理器，補水水質為一級A標準，水質較為清潔。

2 現狀問題

水樣檢測數據顯示，廣州市海珠區墩和涌呈中度黑臭水質狀態，見表1和圖2。

表1 施工前的敦和涌水質情況

圖2 施工前的黑臭情況

現狀河涌沿岸及周邊已建截污管已進行雨污分流，但尚存在以下問題：

1）原污水排口封閉不好，出現滲漏；

2）河涌兩側還有少量排污口，尚未摸查清楚；

3）連接的暗渠流向不明確，截污尚未完善；

4）較大降雨時，污水混合雨水溢流排到河涌。

3 技術方案

城市黑臭水體的整治應按照“控源截污、內源治理、活水循環、清水補給、水質凈化、生態修復”的基本技術路線具體實施，其中控源截污和內源治理是選擇其他技術類型的基礎與前提。見圖3。

圖3 河涌整治技術路線

本項目黑臭水體生態修復工程，采用了生態治理、生態修復和生態保育等核心技術。

3.1 微生物生態治理

第一階段采用生態治理技術，通過投放生長定制微生物，分解河床污泥、有機質膠體、懸浮物等并抑制藻類生長；同時降低BOD 和COD，提高地表水質透明度；控制因氨、有機胺以及硫化物導致的黑臭，消除黑臭現象，從而使地表水得到凈化。見圖4。

圖4 微生物去黑除臭

首先從黑臭污水里提取、催化、激活、培育原址原位微生物，采用起著生物化學反應催化劑作用的定制微生物工具酶，激活黑臭水體的污水和底泥里含有的多種具有分解氨氮、總磷、總氮、COD作用的微生物組團，加速微生物的生物化學反應。黑臭污水和底泥提供微生物組團的養料，加速其繁殖。該技術經過長期試驗，6～9 月微生物可降解黑包膜厚度30～40 cm；12～15 月微生物可降解黑包膜厚度35～65 cm；大幅消減黑臭污水底泥的有機質。

氨氮的去除主要是利用微生物的呼吸作用，通過硝化作用將氨態氮氧化成硝態氮和亞硝態氮，再通過反硝化作用，使硝態氮和亞硝態氮還原［5］。

生態治理階段河道水質特征是藻類大量繁殖。浮游藻類在水域生態系統食物鏈的低端，藻類是黑臭水體治理的重要階段性產物。藻類無法在黑臭水體生長，只有溶解氧和好氧生物符合條件時，藻類才能大量繁殖；然后水體變綠，溶解氧提高，水體透明度可增加至90 cm，氧化還原電位升高，水體有機污染物和氮、磷等被分解。在水體治理過程中，藻類以藍綠藻為主，其數量先迅速增長，到達最高峰之后逐漸消亡。

3.2 水生植物生態修復

第二階段采用水生植物生態修復，通過投放生長系列沉水植物，脫氮固磷、抑制藻類爆發、抑制因氨氮導致的地表水異味，提高水質透明度至1.5 m以上。

將輪葉黑藻、菹草、苦草、竹葉眼子菜、聚藻、金魚藻、狐尾藻、小茨藻等沉水植物，提純、復壯，培育成耐堿、耐酸、抗污染的三類沉水植物群落。用于生態修復的水生植物分三類，一類為常綠沉水植物，二類為夏季沉水植物，三類為冬季沉水植物。這三類共同建立水下植物生態系統。生態修復的沉水植物具有獨特的生長方式，其根、莖、葉和表皮均可進行營養元素的吸收和分解，進行光合作用生成“負離子氧”，進一步去除氨氮和黑臭物質；這種特殊的植物生長結構，使技術改良的沉水植物成為水下主導物種，不斷吸收水中富營養物質，凈化水體方面的作用尤為顯著。見圖5。

圖5 水生植物生長情況

生態修復還可以與多項輔助技術結合使用，包括河道曝氣、植物浮島、微生物間歇式反應器、氧化塘、生物接觸氧化、曝氣生物濾池、復合生態礫床、生態駁岸等；采用適合的方法調節水體流量、流態，進行河道形態、結構的生態改造。

3.3 水生物生態保育

第三階段采用水生物生態保育，通過投放生長系列水生生物，促使沉水植物覆蓋河床底部60%以上，形成水生態系統食物鏈，修復河道生態，促進良性生態系統演替與自凈功能生成，抵抗污水排放、初期雨水、污水溢流沖擊，河道水質透明度持續在1.5 m以上。

這階段從自然界或污染原址采集能攝食富營養化水中的藻類、懸浮物的浮游甲殼動物和無脊椎動物進行改良馴化，生成一類及二類水生物，攝食富營養地表水中的藻類和懸浮物，凈化地表水，提高地表水透明度；再把魚蝦螺貝等水生動物改良馴化培育成三類、四類至十五類水生物，逐步消除水中藻類真核生物，修復水體生態系統食物鏈，重建水體生態平衡，把黑臭污水及底污中營養物質轉移至植物蛋白，再把植物蛋白轉化為動物蛋白，從而提高地表水的自凈化能力和環境容量，重構水質清澈、水草豐盛、魚蝦螺貝共生的自然水環境。

3.4 實施步驟

1）采用底泥鈍化礦化生態工藝，破碎分解黑包膜。

2）采用生態礫床方法，投放定制微生物，重建分解新生成黑包膜微生物系統，不再產生污染物黑包膜。

3）采用曝氣裝置和石墨烯裝置，鞏固生態治理成效。

4 實施效果

第一階段的生態治理工程后主要水質指標達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。其中，COD 濃度從300 mg/L 降至低于50 mg/L；氨氮濃度從80 mg/L 降至低于8 mg/L；總磷濃度從10.0 mg/L降至低于0.5 mg/L。

第二階段生態修復工程后主要水質指標達到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》V類標準，其中，COD濃度從50 mg/L陣至低于40 mg/L，氨氮濃度從8 mg/L降至低于2.0 mg/L，總磷濃度從0.5 mg/L降至低于0.4 mg/L。

第三階段生態保育工程后主要水質指標將達到GB 3838—2002Ⅲ類標準。其中，COD濃度＜20 mg/L，氨氮濃度＜1.0 mg/L，總磷濃度＜0.2 mg/L。

5 結論

采用生態修復技術治理黑臭水體，不需要向外轉移污染物（除了駁岸固體垃圾物以外），所有污染物質原址消除，相比機械清淤疏浚、化學治污以及單純的酶制劑治污等傳統工藝具有很大的優勢；能達到綜合治理、生態修復和持續長效；實現生態技術融合和生態產業健康發展，促進河涌治理和生態工程實現良性、可持續發展。