污染水體應急治理+生態修復耦合理論的研究

陳麗媛 ，潘紅忠 ，王宇飛 ，姚華明 ，3

（1.長江大學資源與環境學院，武漢 430100；2.濕地生態與農業利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434000；3.中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

在我國由于水體適用標準差異或是功能界定不當，即使實現了達標排放，納污水體仍然面臨較大的水質超標風險［1］，在不達標排放或發生突發性水污染事件時更甚。在工程實際中，常采用應急治理的方法來快速治理水污染，其中又以化學法最為普遍。以PAC絮凝劑為例，因其即時、高效，常作為水污染應急治理的基本手段；但與此同時，其“治標不治本”，且易造成二次污染的不足，也限制了其科研及實際中的應用。毋庸置疑，應急治理可快速打開局面，并為后續生態修復創造條件。本文基于應急治理與生態修復耦合的現實意義，探討應急治理與生態修復耦合的理論體系，以期為工程實際和科學研究提供科學語境及研究思路。

1 應急治理+生態修復耦合的組成要素及其關系

1.1 耦合的組成要素

應急治理+生態修復耦合是圍繞水生態環境改善和生態系統再演化的研究。應急治理主要以物理化學吸附、化學氧化分解、物理攔截、稀釋換水等技術手段為代表，是即時控制性的組成要素。生態修復主要對生態系統進行調整平衡、提高凈化能力，代表長期維護的組成要素。

耦合是一種外部環境和人為參與共同作用于水體的過程。水體背景指標的變化體現了在一定環境條件下，人為活動和近岸改變、生物等作用的輸入信號變換，而水體環境內部的水、營養元素、生物、水泥交界面的狀態則反映了輸入所產生的響應。外部環境對水體的物質輸入控制既為水生態系統提供了能量變化也激活了系統運動方式［2］。應急治理更多是通過直接控制外部環境的輸入信號發揮作用，而生態修復是鑒于環境因素的交互機制和連鎖響應分析優勢種生態位特征，調整水體中群落結構，以促進水生態向著平衡穩定方向演替。

1.2 要素間的關系

應急治理往往以相對短暫的時間、高強度的輸入作用于水體生態系統，形成長久的影響。生態學和物質循環的性質決定了水體生態系統的內部響應存在路程效應，應急治理與生態修復有效的基礎在于輸入能形成正疊加效應足以使水體環境從惡性不可逆的穩定態突變為可以創造更多生境的臨界態，再漸變式地演化為可以消化系統內部正常漲落的自組織系統。

目前對治理修復的關注多集中在技術上的作用方式、施用地點、因素改變、強度等方面，而對實施的時間繼起關系和排列次序考慮不足。應急治理與生態修復的耦合在于水體環境宏觀上的整合協調與微觀的能動性相結合。

在耦合系統中，應急治理的部分與生態修復部分是存在物理、化學和生物學的相互聯系的。如水生態系統中的水土作用、生物代謝積累等現象都需要基于這些聯系具體考量，因此，研究這些要素的耦合不能只是割裂的從采取的每項措施的成分分析，還應該結合各組成要素的存在方式，也就是措施間的繼起關聯。

2 理論研究的基礎

2.1 可生化性是治理修復工作的重要參考指標

可生化性對污染水體的處理效果和處理工藝的選擇有重要意義。應急治理作為長期修復工作的預處理或前期階段，采取以物理、化學手段為主的技術作用以提高可生化性，削弱水體毒性和富營養化程度。提供給微生物或其他修復環境的生態手段一個適應并發揮作用的環境。

2.2 目前的技術研究證明應急治理可以無顯著副作用

以應急治理手段中備受爭議的絮凝劑為例，目前研究表明在水系統自然環境中的轉移和降解沒有發現殘留AMD釋放的證據，另外發現多種能對高分子絮凝劑進行生物降解的微生物。

2.3 應急治理+生態修復耦合能實現1+1>2的效果

水體生態環境遭遇某類或某幾類污染物質的突增，超過水環境容量，造成水環境系統失穩。治理修復技術上的復合提高對于應用環境的適應靈活度，改變傳統采用單一技術治理的不足，解決實際推廣應用中存在問題，形成達到優勢互補。應急治理能適應實際環境中水質的波動，而耦合方式符合污染物成分復雜的情況。

2.4 有效的實際研究案例

有研究表明，利用生物菌劑、鎖磷劑及水生植物復合治理景觀水體后可由劣Ⅴ類水改善為Ⅴ類水體，根據其第二年所進行的長達半年監測結果顯示仍基本滿足Ⅴ類水體標準［3］。魯康橋等［4］利用水體快速凈化劑、微生物制劑和水體曝氣復氧這類應急手段在60d內消減的COD、氨氮、TP分別可達到2.18，2.53，0.3t，后續采取長效提質的工程實踐說明應急治理+生態修復的耦合研究是具有現實意義的。

3 應急治理+生態修復耦合的優勢

治理修復工作通常是面對流動性差、缺氧和濁度色度高的水體［5］。在這樣的初始項目環境下，生態修復往往難以得到好的治理效果，甚至會加重水環境的污染。工程應用中，前期進行應急治理的必要和優勢突出，而對應的修復水環境的長效性、生態性和經濟安全的一些原則，需要采用生態集成技術的優勢，在對污染成因的詳盡了解后，采取有針對性的治理措施，完善生態修復過程。在治理修復過程中，需要考慮不同技術間的優勢和適用范圍差異，根據對現場情況的詳盡調查了解，精準找出實現治理目標的阻礙。在應急處理階段，采取底泥疏浚、投加絮凝劑、活水保質等手段，達到快速增加水體透明度、減少內源污染釋放和固定重金屬的效用。快速消除黑臭為進一步的曝氣、利用水生動植物及微生物等改善水質工作創造生境，形成穩定的水體環境。

4 應急治理+生態修復耦合的方法

結合主導水環境問題的點源、面源、內源和突發事件污染的耦合情況，不同的污染水體采用不同的集成技術進行綜合治理，同時能與主流的水質預報預警的主要關注方面一致［6］。短效即時的應急治理手段與貫穿全程的長效抑制污染修復生態的手段相結合，從污染物的排放、擴散、累積的階段入手，因地制宜進行治理。

由于不同水體項目具體情況和問題成因差異較大，通過比選分析各種治理修復方式的優劣，根據水體污染的不同類型，主要劃分為四個方向的分析思路（如圖1）。

圖1 對于不同污染類型水體修復治理的分析思路

再通過整理修復治理的主次重點，采用適宜的集成技術進行綜合治理是 “應急治理+生態修復耦合”的技術路線方法，通過小試、中試等方式確定具體最適宜的耦合方案。

5 治理修復思路及技術工藝分類

針對污染情況的復雜性（污染類型、水體類型、區域氣候水文情況等），分析污染源類型、項目場地特點，采用不同的集成技術進行治理。

5.1 針對點源污染為主的技術工藝

點源污染的討論通常分為工業污廢水和城市污水兩類，針對其固定的排污口或入河排污口采取措施進行治理。弄清點源污染主體單位、排放點，明確治理責任，應急措施以在源頭上減排為首要方式。城市排水管網點源污染的主要問題是合流制管網雨天溢流、合流制下游污水處理設施雨季超越溢流、混接管網直排［7，8］。主要的技術是截流和雨污分流、取締非法排污口及在污水口處建沉淀池并定期處理。

應急治理耦合生態修復技術在李大河治理過程中取得了一定成效。根據水體污染的程度和治理目標，將治理修復工作分為應急治理、水質改善和長效穩定的3方面。根據需求目標，考量輕重緩急，以改善水體感官效果為初步目標，通過增氧曝氣、微生物絮凝沉淀、調藻改水3項措施，增加水體透明度，使水體顏色由黑變綠。在河水透明度、河流復氧條件優化后，通過調整河流系統的微生物和浮游植物的生態位寬度及重疊程度，促成有益于河流恢復的優勢種群，進而改進未來的生態環境，使得河流生態系統在不依靠人工治理的情況下維持穩定。從水質監測結果看，除磷和除氮工作效果顯著。全河段7個監測點，總磷和化學需氧量這兩個指標均已優于地表水Ⅳ類標準；總磷削減率可達60%，氨氮、總氮的變化趨勢基本一致，削減率可達52.6%。治理后，總銻有大幅度削減；苯胺類不再檢出，全河段各項指標持續向好。

5.2 針對面源污染為主的技術工藝

面源污染具有排放路徑隨機、排放量大面廣，并且產匯流空間異質性大等特點［15］。

技術耦合的主要措施分為三個方面：一是從源頭上減量和回用；二是從過程上控制，選擇動力需求小、可持續性高的技術手段。生態護坡形成污染緩沖帶，以攔截阻斷污染匯流并減少地表徑流流量，優化土地利用格局，增加對城市地表清掃，減少污染物累積數量，增強地面的透水性能等；三是對受納水體進行直接治理修復，如重建完整的河湖生態結構，增強水生態的穩定性，利用物理、化學和生物聯合作用的方式使水體恢復功能。

5.3 針對內源污染為主的技術工藝

沉積物和底質中的有機質和重金屬在沉降累積和擾動釋放過程中成為上覆水的污染源。

目前的治理修復思路根據實際項目限制條件的情況，可分為異位修復和原位修復兩個方向。異位修復以疏浚清淤為代表，在了解底泥的特征基礎上，選擇合適的清淤方法設備，進行深度的清淤工作并對淤泥進行處理處置，避免二次污染。原位修復則有鋪設材料對底泥覆蓋、投加化學藥劑對底泥進行減害處理、通過微生物降解對底泥進行減量減害及底部曝氣等方法。由于內源污染作用的界面在水面以下，因此應急治理和生態修復應側重減少不必要的侵入擾動，在表征水體環境屬性變化的跟蹤監測中，除了常規的水質指標，水體底質的物理化學性質的表現也應該引起關注。

5.4 針對突發性水污染事件的技術工藝

對于水體突發污染事件的研究和治理修復，可分為有毒有機物污染事故、重金屬污染事故、溢油事故和生物性污染物污染。對于有毒有機物主要采取吸附和氧化分解等物理化學方法；而突發的重金屬污染事故則主要采用化學沉淀和吸附；突發性油類污染主要是通過建設圍欄、利用吸油材料物理回收的方式；微生物濃度超標等生物性污染采取化學氧化和強化消毒技術等進行處理。由于突發污染事件的特點，治理的技術路線突出對污染快速響應和控制的關注。

6 結語

應急治理+生態修復耦合的理論基礎是人為活動參與和自然相互作用下的響應機制。但是，由于以往對應急治理研究表現出的薄弱，加之作為交叉學科的理論整合不足，使應急治理耦合生態修復在理論上的研究和工程應用中的實踐往往是表現為一些主觀經驗，或是未提煉成系統概念。耦合人為主導的應急措施與自然生態系統自我恢復的運動，探索自然生態系統與人為活動在治理修復機制中的作用步驟，以及在這一過程中污染物質（如富營養元素、重金屬等）是如何受到調節的還有待進一步研究。耦合的主次關系、關鍵影響因子的定量分析有待更深入地開展。