淺析生態(tài)修復技術(shù)治理黑臭水體

朱 琪

(江蘇中設(shè)集團股份有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 概述

改革開放以來，隨著我國城市化的發(fā)展，環(huán)境污染愈發(fā)嚴重，而一些城鎮(zhèn)的自然水體出現(xiàn)了嚴重的黑臭現(xiàn)象，嚴重影響城市環(huán)境和周邊居民的生活。出現(xiàn)如此現(xiàn)象，主要是因為大部分城市的水環(huán)境處理基礎(chǔ)設(shè)施不完善、城市居民缺乏環(huán)保意識以及工礦企業(yè)偷排污水。根據(jù)2017年5月31日中國環(huán)境保護部發(fā)布的《2016年中國環(huán)境狀況公報》發(fā)現(xiàn)全國共有1 285個黑臭水體整治項目，我國愈發(fā)重視黑臭水體的治理[1]。而因廉價、無二次污染、高效去污等優(yōu)點著稱的生態(tài)修復技術(shù)被廣泛應用于黑臭水體的治理，但常常出現(xiàn)使用時忽略實事求是、標本兼治的現(xiàn)象。

2 黑臭水體成因及判別標準

2.1 黑臭水體成因

水體變黑發(fā)臭主要是因為水中微生物的分解活動產(chǎn)生大量氨氮化合物和硫化氫，導致水體含氧量不足，這也使得大量污染物沉積，水體因大量氧氣被消耗而處于厭氧或缺氧，從而促進了金屬離子和硫離子的結(jié)合，導致懸浮顆粒被硫離子吸附，使得河流湖泊等水體變黑，厭氧分解的有機物產(chǎn)生的硫化氫、氨氣，導致水體發(fā)臭[2]。研究表明，這一現(xiàn)象在夏季等溫度高時尤為明顯，尤為此時水中微生物活性增強。

水體的自凈能力不足也導致了城市水體變黑發(fā)臭。當水體中各種生物的新陳代謝的產(chǎn)物得不到及時分解處理，淤泥長期積存在水底，水體因排入大量污廢水而使得水體長期有大量懸浮物，導致水體富營養(yǎng)化，生態(tài)平衡遭到破壞，這些因素都大大削弱了水體的自凈能力，并且由于城市規(guī)劃河道時因裁彎取直而導致河流天然水動力不足，水體無法得到正常循環(huán)，長此以往必然導致黑臭水體的產(chǎn)生。

2.2 黑臭水體判別標準

在《城市黑臭水體整治工作指南》中根據(jù)不同指標評價黑臭程度[3]，將黑臭水體細分，具體分級標準詳見表1。

表1 城市黑臭水體污染程度分級標準

3 治理方法

在整治城市黑臭水體過程中應遵循：合理性、全面性、經(jīng)濟性、有效性和安全性的原則[4]。不但要使城市水體消黑除臭，提高水體的水動力環(huán)境，恢復水體自凈能力，修復水體的自然生態(tài)環(huán)境，并長期保持城市水體的清潔美麗[4]。針對其黑臭水體的成因，應采用控源截污、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復等綜合措施來消除黑臭[4]。

如今主要采用物理法、化學法以及生物的生態(tài)修復法來治理黑臭水體。本文將重點討論生物的生態(tài)修復法。

3.1 物理方法

黑臭水體治理的物理方法主要是采用控源截污的方式，即攔截內(nèi)源、阻斷外源，逐漸恢復水體的自然生態(tài)。因此需要當?shù)爻鞘型晟瞥鞘械呐潘芫W(wǎng)體系，將排水管網(wǎng)截留式合流制，將初期雨水排入污水處理廠處理，有條件時，盡量設(shè)計為合流制雨水管網(wǎng)，加強對偷排污廢水企業(yè)的懲處力度，從而減輕城市自然水體的水質(zhì)負荷。采用河道清淤、底泥疏浚等方式降低水體內(nèi)源污染，并注意污泥的運輸和處置，避免二次污染。此外采用河道跌水、機械曝氣、建設(shè)噴泉、機械射流等方式提升水質(zhì)溶解氧含量，可以改變城市水體的厭氧或缺氧狀態(tài)，提高城市自然水體的水動力[5]。

3.2 化學方法

治理黑臭水體的化學方法主要是向黑臭水體中投放大量的化學藥劑，利用化學藥劑與水中污染物發(fā)生的聚合作用，形成的聚合物在重力作用下自然沉淀，從而使得溶解性污染物從水中分離，最終形成無毒無味的物質(zhì)或沉積在水體底部。石灰，Ca(OH)2,CaO2，鐵鹽，鋁鹽等化學藥劑，可以有效地去除水中懸浮物質(zhì)，改善水質(zhì)。雖然化學法可以有效地去除水中的有機物、鐵錳等重金屬離子，能夠在短期內(nèi)快速實現(xiàn)水體的凈化，但不能保存城市水體的長期活性，投入成本太大，黑臭水體容易反彈，并且化學藥劑容易對生態(tài)系統(tǒng)造成二次破壞，治標不治本[6]。

3.3 生物生態(tài)修復方法

生物—生態(tài)修復是一種根據(jù)水中的動植物、微生物的新陳代謝作用去除水中污染物以恢復水體生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能的治理方法。因其長期有效、經(jīng)濟合理、文明環(huán)保、清潔美麗而被廣泛應用于黑臭水體治理和海綿城市規(guī)劃。該方法主要是微生物修復和水生植物修復技術(shù)。

水生植物修復法是如今應用比較廣泛的經(jīng)濟環(huán)保的水處理方法，該方法被大量應用于富營養(yǎng)化、富含重金屬等盛水污廢水體中，并且其具有美化環(huán)境無二次污染的特點。水生植物法通常是采用種植浮萍、水葫蘆、荷花和水蓮等，在應用中植物的挑選應因地制宜，以本土耐污性植物為最佳。

3.3.1水生植物技術(shù)處理黑臭水體的主要機理

1)直接吸收。水體中的一些物質(zhì)是某些水生植物新陳代謝的營養(yǎng)物質(zhì)，這些水生植物能夠直接吸收水體中的污染物。對于重金屬等非水生植物所需的物質(zhì)，植物也能通過螯合作用等方式富集在植物體內(nèi)，從而凈化水體[7]。

2)物理作用。水生植物通過過濾、吸附、凝聚等物理作用實現(xiàn)對黑臭水體的凈化。

3)微生物作用。水中的有機物作為微生物的新陳代謝的營養(yǎng)物質(zhì)而被去除。微生物棲息在植物的根系上，并且植物脫落的根毛、表皮細胞是微生物的養(yǎng)料，促進了微生物的新陳代謝。植物與微生物的共生關(guān)系，進一步促進了水體污染物質(zhì)的去除[8]。

4)抑藻作用。由于部分水生植物能夠直接分泌出抑藻物質(zhì)，克制了水中藻類的繁殖；并且由于水生植物與藻類在光能、營養(yǎng)物質(zhì)的競爭中，由于其體型大、吸收強、周期長等因素而處于優(yōu)勢地位，抑制了水中藻類的生長[9]。

5)酶催化。 植物分泌的生化酶在對有機污染物的降解、轉(zhuǎn)化中發(fā)揮了巨大的作用，植物死亡后，酶釋放到水體中，可以繼續(xù)發(fā)揮降解作用。

3.3.2水生植物修復應用

常見的水生植物修復水體生態(tài)的技術(shù)是生態(tài)浮島與人工濕地。生態(tài)浮島是一種構(gòu)建在河道中流速不大的漂浮體，這種漂浮體使用無土載體種植植物[10]。生態(tài)浮島還具有美化城市，豐富生物棲息地的作用。人工濕地利用土壤介質(zhì)的截留吸附過濾作用、各種生物的吸收和降解作用實現(xiàn)對黑臭水體的凈化。通過大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，水體中的氮磷、鐵錳等元素可以直接被植物吸收富集，極大地降低了水中污染物質(zhì)的含量，并且水生植物的根部可以向水中輸送大量氧氣，增加溶解氧的含量，逐漸美化水體環(huán)境[11]。并且種植水生植物可以固定底泥，吸附懸浮物質(zhì)，極大地降低了水中懸浮物質(zhì)的含量，防止底泥的二次污染。雖然水生植物修復水體優(yōu)點眾多，但也有一定的局限性，如應注意植物因季節(jié)變化產(chǎn)生的凈化效果的差異，不同種類的植物處理不同水質(zhì)的差異，以及植物枯萎后若未及時處理極易造成水體的二次污染等情況。所以應因地制宜，一河一策，及時收割調(diào)節(jié)植物，防止二次污染。此外應注意與其他方法的結(jié)合，面對河流水質(zhì)特別差時，可以結(jié)合曝氣、微生物的協(xié)同作用、生物膜、生態(tài)浮床、空氣過濾器等方法，實踐證明是切實可行的[8]。

人工濕地可以分為以土壤基質(zhì)為主和以植物碎石床為主兩種類型。前者占地面積較大，后者通過在不同部位栽種不同的優(yōu)良水生或濕生高等維管束植物，大幅提高水力負荷，極大地減少占地面積，規(guī)劃科學合理，經(jīng)濟節(jié)能，越來越為實際工程青睞[12]。其一般工藝如下：

上游水體→上游取水口→生態(tài)礫石床→多段植物碎石床→上游水體。

3.3.3微生物修復應用

微生物修復是利用微生物的新陳代謝作用凈化水質(zhì)的環(huán)保型工藝。主要是培養(yǎng)水體原生微生物、接種外來的特種微生物，以及投加促進微生物繁殖的藥劑等來實現(xiàn)凈化水質(zhì)。但水中微生物的生理活性易受制于外界環(huán)境。采用固定水中游離微生物方式能夠促進微生物的快速繁殖，促進水中氮磷物質(zhì)的去除[13-15]。但微生物法的局限性表現(xiàn)在微生物的專一性，需長期馴化，生長環(huán)境嚴苛。

3.3.4生態(tài)岸帶修復

生態(tài)岸帶修復是多學科交叉的河岸管理工藝。在整治黑臭水體的過程中，通過河岸周邊植物對流經(jīng)水體的吸附截留作用，河道水體水質(zhì)得以改善。生態(tài)護岸因其促進水體下滲、維持水循環(huán)、防止水土流失、促進生物多樣性、調(diào)節(jié)河溪湖泊微氣候而被廣泛應用于海綿城市中[16,17]。具有一定寬度的河岸帶具有過濾、吸附、沉積、吸收和削弱污染物毒性等功能，優(yōu)化進入地下的水體的水質(zhì)。1980年Lowrance 等[18]發(fā)現(xiàn)通過河岸帶植被的過濾等作用可以有效降解水質(zhì)氮磷物質(zhì)，并且被河岸植被帶過濾直流吸附的含氮量為進入到河流中的6倍，并且被生態(tài)河岸帶截流過濾的水中污染物得到植物根際微生物的降解。生態(tài)駁岸兼具削減進入水體中的污染物質(zhì)、提升水質(zhì)、美化自然環(huán)境的功能。

生態(tài)岸帶生態(tài)修復機理主要是微生物以及動植物的生殖活動以及過濾凈化匯集等共同作用。河流濱岸帶為水中動植物提供正常生活、生長、覓食、繁衍的場所和生存條件，從而在駁岸帶形成生物群落和促進生態(tài)循環(huán)。河流河道作為水中污染物質(zhì)流動的載體以及生物活動的渠道，而水體流動促進了水和水中動植物的交換，而其他類型的生物群系流動于河流濱岸帶進行。河流各個方向的通道使得水中動植物和營養(yǎng)物質(zhì)可以向各方向移動，而營養(yǎng)物質(zhì)由于濃度差的流動過程吸收了大量物質(zhì)、生物等。河流濱岸帶相當于大型過濾凈化器，其過濾吸附攔截功能減少了水中沉積物的流動，例如呈現(xiàn)出過濾凈化作用的河往往是河道寬闊、水動力充足、流動性好的河流。河流河道的寬度和聯(lián)系性關(guān)系著河流水體中物質(zhì)的流入輸出、轉(zhuǎn)移、過濾或者消失。在整個河流流域范圍內(nèi)，駁岸帶聯(lián)系著水體的各個生態(tài)群落的棲息地，匯集整個河流流域并提供物質(zhì)。

在規(guī)劃河流濱岸帶時，應因地制宜、統(tǒng)籌兼顧、放眼全局、充分利用水流及原生生物，結(jié)合先進的工程技術(shù)和管理措施整治河流污染，恢復生態(tài)。

4 結(jié)語

物理法、化學方法、生物—生態(tài)修復法都在城市黑臭水體治理中扮演著重要角色，而人工曝氣增氧的方法可以促進水體中氨氮的去除，增加水中溶解氧的含量，改善底泥環(huán)境，凈化水質(zhì)。

在城市飛速發(fā)展的如今，黑臭水體治理工程任重而道遠。在整治黑臭水體過程中，首先我們必須實事求是，積極調(diào)研，與時俱進，因地制宜，根據(jù)河流的實際水質(zhì)情況，對癥下藥，標本兼治，一河一策，多技術(shù)多工藝結(jié)合，切忌以偏概全。基于挺水浮水等水生植物以及微生物來治理城市黑臭水體，經(jīng)濟環(huán)保，迅速恢復黑臭水體河道的生態(tài)系統(tǒng)，建成生態(tài)宜居，幸福美麗的城市。