污染水體治理中生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

方 哲

（遼寧省阜新市阜新蒙古族自治縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 阜新 123100）

1 河道水質(zhì)現(xiàn)狀及污染機(jī)理

1.1 河道水質(zhì)現(xiàn)狀

細(xì)河縣城中心段河道治理工程位于阜蒙縣城內(nèi)新～老阿金大橋之間。細(xì)河城市段總長27.2 km，細(xì)河縣城中心段河道屬低山丘陵區(qū)，河道上游植被差，匯流歷時(shí)短，很容易造成洪水災(zāi)害。1984年結(jié)合城市規(guī)劃，圍繞城市防洪進(jìn)行阜新市治理細(xì)河工程城市規(guī)劃設(shè)計(jì)說明書，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇；1995年基本完成細(xì)河阜新市城市中心段（4.8 km）兩岸防洪堤的建設(shè)工程，達(dá)到50 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。2001年～2003年進(jìn)行進(jìn)一步治理，使中心段達(dá)到了100 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，但上游阜蒙縣城段防洪標(biāo)準(zhǔn)僅能達(dá)到20 a一遇，存在嚴(yán)重洪水隱患，亟待治理。隨著城市建設(shè)規(guī)模的增大及土地用途的不斷調(diào)整，先后對該河段河道進(jìn)行裁彎取直處理。細(xì)河縣城中心段河道來水主要是城區(qū)雨水、污水處理廠產(chǎn)生的中水、明確泄流，河道內(nèi)來水復(fù)雜，此外，河道周邊生產(chǎn)生活垃圾經(jīng)降水沖刷后流入河道，水質(zhì)污染嚴(yán)重，河道功能退化。細(xì)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的10.8倍和15.7倍，屬嚴(yán)重超標(biāo)，急需采取適宜措施進(jìn)行治理。

1.2 河道水體污染機(jī)理

1.2.1 污染物大量入河

根據(jù)對細(xì)河縣城中心段河道水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果，河道水質(zhì)為劣Ⅴ類，其中氨氮、COD、總磷、有機(jī)污染源、含磷化合物等嚴(yán)重超標(biāo)，上述有機(jī)污染物的形成原因主要是河道上游未處理來水、生產(chǎn)生活垃圾經(jīng)降雨沖刷入河。有機(jī)污染物分解過程對溶解氧消耗量較大，水體耗氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出復(fù)氧量，導(dǎo)致水體缺氧。在缺氧水體中有機(jī)污染物發(fā)生厭氧分解反應(yīng)，必然導(dǎo)致CH4、H2S、NH3等易揮發(fā)且具有異味的小分子氣體產(chǎn)生，氨基酸等有機(jī)物在水中發(fā)生的脫氨基、脫羧酸等反應(yīng)也會(huì)在水中產(chǎn)生大量的硫醚類化合物，上述有機(jī)物含量一旦超過水體負(fù)荷水平都將造成河道水體發(fā)黑發(fā)臭[1]。

1.2.2 底泥污染嚴(yán)重

有機(jī)污染物持續(xù)累積增加了細(xì)河河道底泥污染程度。大量營養(yǎng)元素富集于河道底泥中，隨著河道沖刷底泥中的營養(yǎng)元素得到釋放，對放線菌、藍(lán)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(zhì)、土臭素等導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭，其代謝過程還會(huì)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(huì)引起細(xì)河河道底泥再懸浮，底泥顆粒中的有機(jī)污染物與孔隙水發(fā)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(dǎo)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(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

針對細(xì)河縣城中心段河道水體黑臭的污染現(xiàn)狀，結(jié)合流域河道實(shí)際情況，應(yīng)構(gòu)建包括底泥清淤、生態(tài)護(hù)岸、水生態(tài)修復(fù)、生態(tài)水位等在內(nèi)的生物-生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，加強(qiáng)水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)與生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)。

2.1 生物-生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施

為構(gòu)建細(xì)河縣城中心段河道生物生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，應(yīng)先進(jìn)行河道底泥、排污量、水質(zhì)指標(biāo)、生物數(shù)量、生態(tài)系統(tǒng)等的監(jiān)測，考慮到河道目前水體水質(zhì)較差，分階段按步驟實(shí)施生物治理和生態(tài)修復(fù)。

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

（2）兩周后雨季來臨，待持續(xù)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(shè)備，同時(shí)加投微生物制劑，使自凈化設(shè)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(shí)現(xiàn)水體的初步凈化。

（3）在河道水體初步凈化的基礎(chǔ)上在河岸四周1 m～2 m淺水區(qū)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(tài)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(yǎng)鹽，再由鰱魚、鳙魚等浮游動(dòng)物食用浮游植物，鳙魚等吃食河道底層腐殖質(zhì)，從而形成一個(gè)小型食物鏈，最后通過捕撈河道水體內(nèi)魚、螺等枝角類、橈足類浮游動(dòng)物去除水體中的氮磷營養(yǎng)鹽[2]。

2.2 水體生態(tài)系統(tǒng)重建與維護(hù)

細(xì)河縣城中心段河道生態(tài)修復(fù)治理取得一定成效后，周圍居民向河道水體內(nèi)投放鯉魚、金魚等成魚，但當(dāng)時(shí)正值鯉魚、金魚繁殖季節(jié)，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(dǎo)致沉水植物因光照不足而逐漸死亡，所構(gòu)建起來的細(xì)河縣城中心段河道脆弱的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。為恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)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(zhì)，在稀疏部位補(bǔ)種1000 kg輪葉黑藻、金魚藻，補(bǔ)放200尾草金后，河道水體內(nèi)水生動(dòng)植物的比例重新得到優(yōu)化。次月初，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)；半個(gè)月后，河道水質(zhì)達(dá)到較高狀態(tài)并重新構(gòu)建起相對穩(wěn)定的水體生態(tài)系統(tǒng)。

為維護(hù)已經(jīng)建立起來的細(xì)河縣城中心段河道水體生態(tài)系統(tǒng)，防止其再次遭遇破壞，必須加強(qiáng)水質(zhì)及水體生態(tài)系統(tǒng)變化的跟蹤監(jiān)測，根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)中微生物、水生動(dòng)植物種類、數(shù)量、占比等情況進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)微調(diào)，確保水生態(tài)系統(tǒng)良性而穩(wěn)定運(yùn)行。

3 生物-生態(tài)修復(fù)效果評價(jià)

3.1 水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測與評價(jià)

為進(jìn)行細(xì)河縣城中心段河道水體生物-生態(tài)修復(fù)后水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測，在河道內(nèi)設(shè)置采樣點(diǎn)進(jìn)行河道水體水質(zhì)的連續(xù)監(jiān)測。采樣時(shí)間分別為生態(tài)修復(fù)措施實(shí)施前5個(gè)月、修復(fù)措施實(shí)施前1個(gè)月、修復(fù)中、修復(fù)后生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)期。河道水體生態(tài)修復(fù)前后水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果見圖1。

從圖1（a）中可以看出，在河道生態(tài)修復(fù)前5個(gè)月，環(huán)境溫度較低，葉綠素質(zhì)量濃度并不高。修復(fù)前1個(gè)月，正值初春季節(jié)，環(huán)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(zhì)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(lán)綠藻等浮游生物數(shù)量急劇下降。到生態(tài)修復(fù)措施實(shí)施后，水體中葉綠素質(zhì)量濃度降至64.8 μg/L。隨著河道生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)固建立后，水體中葉綠素質(zhì)量濃度僅為11.4 μg/L，同時(shí)，水體透明度增至1.3 m。葉綠素質(zhì)量濃度的下降表明水體中藻類數(shù)量的驟減，藍(lán)綠藻所造成水體濃綠泛黑的現(xiàn)象得到徹底改善。圖1（b）表明，在細(xì)河河道水體生態(tài)修復(fù)過程中，總磷TP質(zhì)量濃度增加，主要因?yàn)樗疁厣吆蟮啄嘀械壮煞挚焖籴尫牛∑集傞L也導(dǎo)致大量沉水植物死亡并釋放氮磷[3]，所以在修復(fù)前5個(gè)月、修復(fù)前1個(gè)月，直至修復(fù)過程中總磷TP質(zhì)量濃度不斷升高。而隨著浮萍被人工打撈及沉水植物的補(bǔ)種，水體中總磷TP的質(zhì)量濃度便快速下降，到水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定建立后TP含量僅為0.064 mg/L。圖1（c）表明，細(xì)河河道水體生態(tài)修復(fù)過程中總氮TN質(zhì)量濃度持續(xù)下降，到水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定建立后TN含量下降至1.632 mg/L。圖1（d）表明，生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施對COD質(zhì)量濃度的降低效果顯著，修復(fù)前1個(gè)月COD含量高達(dá)21.3 mg/L，修復(fù)措施實(shí)施后迅速降至5.11 mg/L，此后便維持在5 mg/L的水平。生態(tài)修復(fù)后，細(xì)河河道水體總磷TN、總氮TP、COD等指標(biāo)滿足或優(yōu)于《國家地表水環(huán)境III類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）。

圖1 細(xì)河縣城中心段河道水體生態(tài)修復(fù)前后水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果

3.2 浮游動(dòng)植物種群多樣性變化分析

在細(xì)河縣城中心段河道水質(zhì)監(jiān)測中，通過對所采集樣本中浮游動(dòng)植物種群數(shù)量、結(jié)構(gòu)、密度等利用顯微鏡進(jìn)行定性觀察與定量測定發(fā)現(xiàn)，河道水體生態(tài)修復(fù)后浮游動(dòng)植物種群多樣性增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)化（見表1），表明河道水體生物鏈平衡性顯著增強(qiáng)，水質(zhì)變好，水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

表1 細(xì)河河道水體生態(tài)修復(fù)前后浮游動(dòng)植物種群結(jié)構(gòu)對比

與此同時(shí)，細(xì)河縣城中心段河道生態(tài)系統(tǒng)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(jié)語

污染水體生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)充分利用水生動(dòng)植物、微生物的生長代謝活動(dòng)，進(jìn)行水體內(nèi)污染物的有效轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化與分解，通過構(gòu)建起健康、可持續(xù)發(fā)展的水生態(tài)系統(tǒng)而有效解決水體污染。與傳統(tǒng)的工程措施相比，具有能耗低、造價(jià)節(jié)省、無需清淤等優(yōu)勢，能從根源上恢復(fù)河道水體系統(tǒng)生態(tài)功能，對于河道、公園、城市景觀池塘等污染水體尤為適用。