水生態修復技術在黑臭河道治理中應用

李澤利 古小超 李思倩 姜 偉,*

（1 天津市生態環境監測中心 天津 300000 2 天津天濱瑞成環境技術工程有限公司 天津 300191）

引言

隨著工業化的不斷發展，城市不斷壯大，其生態環境面臨越來越多的挑戰，水資源缺乏、水環境惡化，加劇了城市河道黑臭化[1][2]，成了城市環境問題的最主要的一個因素，解決黑臭河道及城市內河的水污染問題成為城市發展的迫切需要，不僅影響了城市的自然環境，也嚴重影響著人們的生活質量。目前解決城市水體有大量的研究，新技術新方法越來越豐富，但生物修復是清除黑臭河道很常見的技術手段，為更好地研究河道的生物修復效果[3][4]，解決一直困擾的難題，本文選取中部某城市中心城區的一段河道。河道自北向南，全長5.6 千米，河寬約10 米，河道長期飽受污染，水體黑臭，河道上游生活污水排入，周圍工業園區中有大量的工業企業，一旦下雨，工業園區中的雨水會隨著雨水排入河中，由于河道水處理能力有限，經常處于超負荷狀態，導致河道水體黑臭。該水質整體偏差，為了更好地研究該河道水質，從河道上中下游選取了三個點進行COD、氨氮、總磷等水質指標分析，采取控制污染源、加強流域過程管理、豐富生態系統、完善生物鏈等生物修復技術手段，經過大約半年時間，研究發現該河道能夠實現自我凈化，河道水環境質量明顯改善，各項指標明顯下降，水污染明顯得到有效治理，對于其他城市的內河管理具有很好的借鑒意義。

1 水環境現狀

試驗段河道全長500 米，平均寬度約為9.6 米，水深1.2 米左右。該河道流周邊有居民局長和工業園，水體幾乎處于滯流狀態，嚴重缺乏動力，凈化能力不強，整體呈黑臭狀態，主要包含內源污染、面源污染、點源污染。點源污染：河道中上游處有一條支流匯入，周圍居民的生活污水通過污水收集池后集中排入，目前缺乏有效的防護措施，導致水體污染嚴重。面源污染：河道周圍存在著工業園，降雨后工業內的泄露物質將會隨著雨水向河道流入，會導致河道的水質下降。內源污染：是指河道內長期不清理內部的污泥，導致河道自身凈化能力變弱，不能很好地完成自我凈化，導致河道污染，水生植物動物等不能生存，進一步加劇了河道污染。

通過對河道上中游三段各取點進行河道水質分析，選擇不同地方，水質指標不一。河道污染主要水質指標為COD 和氨氮以及總磷，取樣發現COD 略有超標現狀，氨氮的超標達四倍以上，而總磷（TP）基本達標，這是因為河道污染主要導致COD 和氨氮偏高。由于河道上游的污染源較多，因此河道上游水質相對更差，其他地方相對較好，但都超過相對指標，具體情況如表1所示?，F如今河道黑臭現象已嚴重影響周邊居民的生活與工業企業的正常生產，對經濟社會造成了巨大的影響，因此河道生態環境的改善、河道污染等問題亟需解決。

表1 水質監測數據（mg/L）

2 河道改善技術路徑

2.1 總體路徑

河道試驗段主要污染源是上游的居民生活用水以及河道兩岸周圍的園區隨著大雨流入，按照以控制源頭為基礎，管理過程為重點，綜合治理為保障的思路，基于對該試驗段河道水污染來源地識別結果，以改善水體綜合質量為核心，以基礎設施建設為抓手，以完善生態系統為手段，按照“控、調、管”的方法與思路，統籌考慮水質、水環境、水生態等方面，因地制宜地、結合實際實施具體的治理措施即控制污染源，加強過程處理，改善生態環境，建立完善的生態系統，大幅提高水環境處理能力，使河道本身能夠抵抗污染物的沖擊，逐步改善水生態，確保消除黑臭水體，將習近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”的理念落到實處，更好的解決河道污染問題。

2.2 具體方案

2.2.1 控制污染源

膜生物反應器（MBR）技術指的是充分結合膜分離技術以及生物處理技術，不僅可以將以往使用的二沉池的功能代替，將固體和液體分開，同時還可以將中水保持比較穩定的狀態，可以有效去除氨氮，降低水的渾濁度，大大減少水中的懸浮物和細菌，大幅度提高水環境質量。為了在源頭上減少污染，在河道上游水源匯入處，采用MBR（膜生物處理器）一體化設備，設計處理量為600t/d，設計運行時間為21h/天，該廢水經過處理后出水水質能夠達到一級A 排放標準。通過MBR 技術，能夠大大攔截上游居民的生活污水排入，能夠削少排入的污染物，極大地提高排入河道的水環境質量，從源頭上來控制污染物，這是非常關鍵的一步，在源頭上控制能夠事半功倍。

2.2.2 改善生態環境

試驗部分區域水流不暢，水質遭到嚴重破壞，水體流動性不強，生態凈化能力極差，外排入的水不僅不能處理，還能加劇河道的污染，導致環境遭到嚴重破壞，生態系統得到毀滅性打擊。本方案對河道試驗段進行清淤處理，不僅清除里面的雜草，還可以清除里面的污染物，營造良好的生態系統。將清除的河道污染物放于填充在河道的兩邊，將河道內部的魚和雜草實現清除和打撈，將河道內的垃圾清除干凈，清除其中有害物質，為改善河道的生態系統提供良好的基礎保障。

2.2.3 構建生態緩沖帶

在河道流域兩岸，采用沙地柏和紫穗槐構建生態緩沖帶陸地植被群落，種植面積為2-3 棵/m2，可以將徑流、雨水、農田灌溉等多個面源的污染問題都會對河道的水生態構成嚴重的影響。建立生態的緩沖體系，不僅能夠截流兩岸的雨水以及隨雨水進入的其他廢水，還能改善河道的生態體系，同時不斷的豐富生物多樣性，將水陸的物質循環發展起來，恢復區域生態的整體水平，通過完整的生態系統實現自身凈化能力的不斷提高。

2.2.4 重塑水生生態系統

水生植物與水生動物存在能夠很好地控制好水生生態系統，良好的水生生態系統能夠極大地改善水生生態環境。選取先鋒種和耐污種為主要的水生生物，沉水生物具體包含眼子菜以及苦草，這兩種生物的去污能力都很強，挺水生物具體包含水芹菜、茭白以及菖蒲等多種生物，浮葉植物具體包含菱，其優點是代謝物非常少。來進一步改善河道的整體水質和減小污染負荷大。水生植物種植的覆蓋率非常高，將會達到所有試驗河段面積的75%左右，沉水植物的占比比較高，約60%，種植密度將達到75-90 株/m2；挺水植物的含量比較低，占比約10%，種植密度在20-30 株/m2；浮平植物的占比最低，約5%，種植密度約5-10/m2。水生動物的特點比較明顯，主要是雜食動物和濾食動物，可以將水內的有害水藻和有機的碎屑物質有效的去除，實現水生生物產生良好的長勢，增加水體凈化的速度和水平，實現水體生態系統最大程度的恢復。水生生物包含浮動動物，具體包含螺和貝等；在后期跟進實際的恢復情況可以按比例投放一定數量的鳙魚、鰱魚等多種雜食的動物，將食物鏈變得更加完善，改善水體的循環體系，實現水體處于穩定的狀態。

3 實驗結果

3.1 氨氮變化

前期水體中氨氮平均濃度為7.3mg/L，水質屬于Ⅴ類水質；在前期，實驗開始調試運行初期，氨氮的下降不明顯；經過1 個月運行后逐步降低5.84mg/L。中間由于幾次大雨導致排入量加大，同時伴隨著大量的污泥進入導致氨氮濃度急劇上升。后期經過3 個月時間，水生生態系統完善，完整的生態系統和植物鏈以及河道兩岸截流設施完善，水體中氨氮的含量平均值1.86mg/L首次達到正常標準，并持續穩定。

3.2 COD和總磷變化

水體黑臭主要原因是水體中氨氮含量過高，COD 和總磷不用于做參考指標。但是我們可以發現，水體中COD 和總磷適度超標，達到V 類標準，剛開始的時候水體中COD 和總磷下降不太明顯，經過1 個多月后COD 和總磷含量平均值分別下降至20.6mg/L 和0.12mg/L，總體來說適當下降，去除效果較好，滿足排放標準。隨著生態系統的不斷穩定，河道的凈化能力越來越好，自我凈化的能力不斷提升，河道總體的水質量越好。

3.3 整治成效

通過控制污染源進入，加強過程管理，豐富河道生物多樣性，改善水生生態系統，加大河道試驗段兩側植被使用，一段時間后，不僅恢復河道水域生態系統，還大促進了當地生態與環境的可持續發展，改善居民生活環境，讓城市的發展越來越“綠色”，河道試驗段水體基本消除黑臭，COD、氨氮、總磷等基本指標明顯下教，水環境治理整體提升。

從直觀來看，河道的濁度、氣味有明顯的改善，河道的景觀效果越來越好，黑臭水體基本消除，水體變得更清澈了，河道的生態迅速恢復，這說明通過控制污染源，加強過程管理，改善生態環境，豐富河道生態系統，這一系列舉措具有很好的實效，使得河道的黑臭水體得到明顯改善，水生系統進一步完善，具有很好的應用前景。

結語

通過該河道試驗段的運行結果，我們可以看出，通過控制污染源、改善水體生態系統，能夠快速修復水生態環境，清除水中的淤泥，實現水體的自身凈化，緩解城市水污染負荷，減少污染物含量與種類，豐富了河道的生態系統，極大地改善水環境質量。該水生態修復技術有著積極的作用，不僅經濟、時間、環保成本低，有著廣泛的應用前景，隨時技術的不斷發展，水生態修復技術應用越來越廣泛，應用前景會越來越開拓。