污染水體治理中生物-生態修復技術的應用

方 哲

（遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣水利事務服務中心，遼寧 阜新 123100）

1 河道水質現狀及污染機理

1.1 河道水質現狀

細河縣城中心段河道治理工程位于阜蒙縣城內新～老阿金大橋之間。細河城市段總長27.2 km，細河縣城中心段河道屬低山丘陵區，河道上游植被差，匯流歷時短，很容易造成洪水災害。1984年結合城市規劃，圍繞城市防洪進行阜新市治理細河工程城市規劃設計說明書，當時設計防洪標準50 a一遇；1995年基本完成細河阜新市城市中心段（4.8 km）兩岸防洪堤的建設工程，達到50 a一遇防洪標準。2001年～2003年進行進一步治理，使中心段達到了100 a一遇標準，但上游阜蒙縣城段防洪標準僅能達到20 a一遇，存在嚴重洪水隱患，亟待治理。隨著城市建設規模的增大及土地用途的不斷調整，先后對該河段河道進行裁彎取直處理。細河縣城中心段河道來水主要是城區雨水、污水處理廠產生的中水、明確泄流，河道內來水復雜，此外，河道周邊生產生活垃圾經降水沖刷后流入河道，水質污染嚴重，河道功能退化。細河縣城中心段河道COD平均值和BOD平均值分別是地表水V類水質標準的10.8倍和15.7倍，屬嚴重超標，急需采取適宜措施進行治理。

1.2 河道水體污染機理

1.2.1 污染物大量入河

根據對細河縣城中心段河道水質的監測結果，河道水質為劣Ⅴ類，其中氨氮、COD、總磷、有機污染源、含磷化合物等嚴重超標，上述有機污染物的形成原因主要是河道上游未處理來水、生產生活垃圾經降雨沖刷入河。有機污染物分解過程對溶解氧消耗量較大，水體耗氧量遠遠超出復氧量，導致水體缺氧。在缺氧水體中有機污染物發生厭氧分解反應，必然導致CH4、H2S、NH3等易揮發且具有異味的小分子氣體產生，氨基酸等有機物在水中發生的脫氨基、脫羧酸等反應也會在水中產生大量的硫醚類化合物，上述有機物含量一旦超過水體負荷水平都將造成河道水體發黑發臭[1]。

1.2.2 底泥污染嚴重

有機污染物持續累積增加了細河河道底泥污染程度。大量營養元素富集于河道底泥中，隨著河道沖刷底泥中的營養元素得到釋放，對放線菌、藍藻等微生物的繁殖起到加速作用，此類微生物所分泌的醇類物質、土臭素等導致水體發黑發臭，其代謝過程還會致使河道底泥反硝化、甲烷化。此外，河道沖刷和微生物的影響還會引起細河河道底泥再懸浮，底泥顆粒中的有機污染物與孔隙水發生作用后分解出各類重金屬，這一過程必然消耗水體溶解氧，導致水體缺氧，底泥中所釋放的Fe、Mn等重金屬元素形成FeS、MnS化合物，加劇水體變黑變臭。

2 生物-生態修復技術的應用

針對細河縣城中心段河道水體黑臭的污染現狀，結合流域河道實際情況，應構建包括底泥清淤、生態護岸、水生態修復、生態水位等在內的生物-生態修復系統，加強水生態系統穩定性的調節與生態系統養護。

2.1 生物-生態修復措施的實施

為構建細河縣城中心段河道生物生態修復系統，應先進行河道底泥、排污量、水質指標、生物數量、生態系統等的監測，考慮到河道目前水體水質較差，分階段按步驟實施生物治理和生態修復。

（1）在雨季來臨前兩周，封堵河道兩岸所有生產生活排污口，并將河道內的污水抽排入城市污水管網，留下80 cm深的底水按500 kg/667 m2灑生石灰持續殺菌消毒2周。

（2）兩周后雨季來臨，待持續降雨使河道水位從80 cm上升至1.5 m后，在河道中央放置200套生物膜水體自凈化設備，同時加投微生物制劑，使自凈化設備周圍快速形成生物膜，河道水體透明度由凈化前的20 cm增加至50 cm，實現水體的初步凈化。

（3）在河道水體初步凈化的基礎上在河岸四周1 m～2 m淺水區種植輪葉黑藻、金魚藻等沉水治污植物1200 kg，并投放500尾鰱魚、200尾鳙魚。這種生態措施的安排能通過沉水植物、浮游植物大量吸收水體中的氮磷營養鹽，再由鰱魚、鳙魚等浮游動物食用浮游植物，鳙魚等吃食河道底層腐殖質，從而形成一個小型食物鏈，最后通過捕撈河道水體內魚、螺等枝角類、橈足類浮游動物去除水體中的氮磷營養鹽[2]。

2.2 水體生態系統重建與維護

細河縣城中心段河道生態修復治理取得一定成效后，周圍居民向河道水體內投放鯉魚、金魚等成魚，但當時正值鯉魚、金魚繁殖季節，大量的成魚和魚苗對沉水植物有破壞作用，河岸周圍的浮萍植物生長速度過快覆蓋水面導致沉水植物因光照不足而逐漸死亡，所構建起來的細河縣城中心段河道脆弱的生態系統遭到破壞。為恢復水體生態系統，進行藥餌投喂，將部分鯉魚和金魚殺死后撈除，再通過人工方式撈取浮萍，投灑1 kg微生物制劑凈化水質，在稀疏部位補種1000 kg輪葉黑藻、金魚藻，補放200尾草金后，河道水體內水生動植物的比例重新得到優化。次月初，水質明顯好轉；半個月后，河道水質達到較高狀態并重新構建起相對穩定的水體生態系統。

為維護已經建立起來的細河縣城中心段河道水體生態系統，防止其再次遭遇破壞，必須加強水質及水體生態系統變化的跟蹤監測，根據水生態系統中微生物、水生動植物種類、數量、占比等情況進行生態系統微調，確保水生態系統良性而穩定運行。

3 生物-生態修復效果評價

3.1 水質指標監測與評價

為進行細河縣城中心段河道水體生物-生態修復后水質指標的監測，在河道內設置采樣點進行河道水體水質的連續監測。采樣時間分別為生態修復措施實施前5個月、修復措施實施前1個月、修復中、修復后生態系統維護期。河道水體生態修復前后水質指標監測結果見圖1。

從圖1（a）中可以看出，在河道生態修復前5個月，環境溫度較低，葉綠素質量濃度并不高。修復前1個月，正值初春季節，環境溫度開始上升，水體中藻類植物等繁殖速度加快，水體中葉綠素質量濃度升至141.1 μg/L，通過在水體中投放濾食性魚類生物，藍綠藻等浮游生物數量急劇下降。到生態修復措施實施后，水體中葉綠素質量濃度降至64.8 μg/L。隨著河道生態系統穩固建立后，水體中葉綠素質量濃度僅為11.4 μg/L，同時，水體透明度增至1.3 m。葉綠素質量濃度的下降表明水體中藻類數量的驟減，藍綠藻所造成水體濃綠泛黑的現象得到徹底改善。圖1（b）表明，在細河河道水體生態修復過程中，總磷TP質量濃度增加，主要因為水溫升高后底泥中氮磷成分快速釋放，浮萍瘋長也導致大量沉水植物死亡并釋放氮磷[3]，所以在修復前5個月、修復前1個月，直至修復過程中總磷TP質量濃度不斷升高。而隨著浮萍被人工打撈及沉水植物的補種，水體中總磷TP的質量濃度便快速下降，到水體生態系統穩定建立后TP含量僅為0.064 mg/L。圖1（c）表明，細河河道水體生態修復過程中總氮TN質量濃度持續下降，到水體生態系統穩定建立后TN含量下降至1.632 mg/L。圖1（d）表明，生態修復措施的實施對COD質量濃度的降低效果顯著，修復前1個月COD含量高達21.3 mg/L，修復措施實施后迅速降至5.11 mg/L，此后便維持在5 mg/L的水平。生態修復后，細河河道水體總磷TN、總氮TP、COD等指標滿足或優于《國家地表水環境III類質量標準》（GB 3838—2002）。

圖1 細河縣城中心段河道水體生態修復前后水質指標監測結果

3.2 浮游動植物種群多樣性變化分析

在細河縣城中心段河道水質監測中，通過對所采集樣本中浮游動植物種群數量、結構、密度等利用顯微鏡進行定性觀察與定量測定發現，河道水體生態修復后浮游動植物種群多樣性增加，結構優化（見表1），表明河道水體生物鏈平衡性顯著增強，水質變好，水體生態系統穩定性增強。

表1 細河河道水體生態修復前后浮游動植物種群結構對比

與此同時，細河縣城中心段河道生態系統建立后，水體景觀效果明顯改善，水體透明度增加，各類魚群穿梭于水草之間，河道兩岸重新成為周圍居民放生、游覽、垂釣的場所。

4 結語

污染水體生物-生態修復技術充分利用水生動植物、微生物的生長代謝活動，進行水體內污染物的有效轉移、轉化與分解，通過構建起健康、可持續發展的水生態系統而有效解決水體污染。與傳統的工程措施相比，具有能耗低、造價節省、無需清淤等優勢，能從根源上恢復河道水體系統生態功能，對于河道、公園、城市景觀池塘等污染水體尤為適用。