原位生態綜合修復技術在城市水系連通工程的應用研究

譚學理，皮艷霞

（湖南百舸水利建設股份有限公司，湖南 長沙 410007）

1 緒 論

澧縣因澧水貫穿全境而得名，澧縣境內水系發達，縣城及周邊區域河庫渠交織，多年淤堵、水體黑臭，特別是縣城內的栗河、襄陽河，為有效治理澧縣城市內河道日趨惡化的水環境，修復退化或受損的水生生態系統，實現水資源可持續發展，項目采用原位生態綜合修復技術，以澧縣一中洗墨池為技術工程示范點，本著生態優先、易于管理的原則，對洗墨池進行原位生態凈化，逐步恢復本地土著水生植被和水生動物，形成完整的生態食物鏈，構建一個結構和功能完整的生態系統，恢復水體的自凈功能，提高水體的環境容量，使洗墨池恢復并保持長期的清澈、潔凈。為黑臭水體的治理修復提供良好的示范作用。

根據洗墨池的現狀，對洗墨池水體開展“自上而下，內外兼修”的生態修復。本工程主要采用氧納米氣泡底泥修復技術、沉水植物凈化技術、水生動物多樣性調控技術[1]，技術組成如圖1 所示。

圖1 技術組成

2 現狀問題與分析

2.1 工程概況

洗墨池坐落于澧縣一中校園內，總面積1.5 萬m2，平均水深2 m，堤岸均為石砌直立硬質堤岸，功能定位為景觀湖（圖2）。由于洗墨池一直處于封閉狀態，池內沉積多年污染物，底泥內源污染釋放無法控制，造成水體氮磷濃度升高，水體富營養化現象日益明顯，藻類大量繁殖，透明度下降，水質處于劣Ⅴ類，嚴重影響洗墨池的景觀功能。綜合洗墨池的人文景觀價值，對洗墨池開展水生態修復至關重要。另外，洗墨池與栗河直線距離200 m，經檢測（表1），洗墨池水質超標指標與栗河水質基本一致，因此，洗墨池的生態治理能為栗河、內栗河和襄陽河的治理修復提供良好示范作用。

表1 水質檢測情況

圖2 洗墨池的位置圖

考慮到投入成本和對比效果，采用物理阻隔的方式，以洗墨池內石橋為界分割，本項目對洗墨池石橋以南湖區進行治理修復，修復面積為6 000 m2。

2.2 水文與氣候

澧縣地處亞熱帶濕潤性季風氣候區，氣候溫暖、濕潤，雨量充沛，四季分明，嚴寒期短，無霜期長。根據澧縣氣象站資料統計，澧縣平均氣溫16.6℃，平均降雨量1 280.9 mm，平均降雨日數142 天，平均蒸發量1 257.6 mm，平均最大風速15.2 m/s。

2.3 現狀污染源調查及分析

洗墨池湖底為黑臭淤泥，水體內雜魚較多，水體自凈能力幾近喪失。湖內水質較差，水體渾濁、發黑發綠、透明度很低；水域內無水生植被，水生動物結構單一。經現狀分析，除底泥內源污染釋放造成的污染，其他主要污染源為外源污染：

1）地表徑流帶來的污染；

2）沿岸綠化帶及枯枝敗葉混入水體造成污染；

3）大氣干濕沉降帶來的污染。

3 技術應用

3.1 底泥原位修復技術

針對洗墨池淤積底泥厭氧、內源污染大量釋放的問題，采用氧納米氣泡改性粘土礦物覆蓋技術進行治理。該技術通過納米氣泡負載技術，將氧氣負載到粘土礦物上，將氧氣直接輸送到底泥表面，形成一層氧化覆蓋層，增加水體溶解氧和底泥的氧化還原電位阻止底泥中氮磷的釋放，達到控制底泥內源污染的目的[2～4]。

本工程通過在底泥表層覆蓋氧納米氣泡材料，對底泥進行厭氧改性，提高底泥表面氧化還原電位，抑制氮磷營養鹽釋放[5]。工程量低，維護方便。通過底泥調控，改善整個底泥的微生物環境，實現氮磷的良性循環（圖3）。

圖3 內源污染控制原理及作用圖

針對洗墨池污染浮泥嚴重的問題，采用改性粘土礦物復合高效微生物菌劑技術強化降解有機物對水體進行生態修復[6]。通過投加有益微生物功能菌，在水體中迅速形成優勢菌群共同作用，見效快，凈化效果顯著持久（圖4）。同氧納米氣泡改性粘土技術相結合，有助于生態系統的恢復，快速消除黑臭，改善河道感觀效果。

圖4 廢物/臭味有氧分解流程

在氧納米氣泡改性黏土和微生物共同作用下，有效激發河底微生物環境，快速分解黑臭底泥中的多種污染物，減少底泥內源污染，實現原位、快速降解和修復黑臭底泥（圖5）。

圖5 底泥改良過程照片

3.2 沉水植物凈化技術

水草是“天然凈化器”，能吸收、凈化水體中的污染物質，防止湖底淤泥懸浮，抑制藻類生長，顯著提高湖水的透明度和河湖觀賞價值。水生植物經過自身直接吸收、附著微生物轉化、物理吸附及沉降，可遏制底泥營養鹽的釋放，抑制藻類生長，起到降低營養鹽負荷的作用。洗墨池現有生態系統的特征是缺乏水生植被，初級生產者以浮游植物為主，且常現藻華暴發現象。洗墨池總面積約15 000 m2，沉水植物總種植面積9 000 m2，占總水域面積的60%。本工程采用優選和培育的沉水植物，主要選擇凈水能力強，景觀效果好，能夠有效控制、不會恣意泛濫生長的種類[7～9]。沉水植物選擇物種有：苦草、輪葉黑藻、馬來眼子菜和狐尾藻等（表2）。以上沉水植物皆為本地土著物種，經過現場勘查，在澧水中大量分布。通過種植輪葉黑藻、苦草等構建沉水植物凈化系統，栽植方式以群落形式，以實現水體的自凈，提升水域景觀效果。

表2 沉水植物材料配置表

3.3 水生動物多樣性調控技術

在保護水生植物凈水功能的前提下，完善人工生態系統食物鏈和食物網結構，在水體中放養一定種類和數量雜食性魚類和底棲動物，提高水生生態系統的穩定性。

通過人工放養魚、蝦、底棲動物等水生動物，增加食物鏈頂級消費者，可將水體中的營養鹽等轉化為人類可以利用的魚類等產品進行收獲，與此同時使水質得到凈化。

4 結 論

在洗墨池項目區域內外各設置水質監測點1 處，進行水質效果對比，水質檢測頻率為每月1 次。結果以由國家認定有檢測資質的第三方專業檢測機構的監測為準。通過連續6 個月檢測結果顯示，水質由初始劣Ⅴ類轉變為優于國家地表水環境質量III 類標準。

1）洗墨池生態環境水環境承載力很差，加之水體較封閉，因此極易受到嚴重污染。開展本工程是全面改善洗墨池底質、水質、完善水生態結構、提高水體抗污染沖擊能力的重要措施。

2）洗墨池位于澧縣一中，周邊是澧州文廟，污染水體大大降低了師生的工作和學習環境質量，對人文旅游也產生非常不利的影響。本工程建成后可快速消除水體污染物，提高師生生活質量，改善生態環境和人居環境。同時，本工程還為穿城內河——栗河、內栗河和襄陽河的生態治理提供示范作用，更為城市黑臭水體的治理提供方向。