試論城市河道水質提升和生態修復技術

劉文輝，孫志國

（1.臺州市椒江生態區建設事務中心，浙江 臺州 318000；2.上海柏檀環境科技有限公司，上海 201600）

引言

城市河道作為城市社區為市民提供生態、經濟和休閑等多重利益的組成部分，具有重要的生態功能。然而，快速的城市化進程和人類活動對這些水體施加了巨大的壓力，導致了各種生態挑戰[1]。由于雨污分流不徹底以及排污管道的損壞，部分生活污水、工業廢水進入河道，導致水體出現富營養化，甚至出現黑臭現象，進而引發生物多樣性受損等環境問題[2]。

城市河道水質惡化和水生態系統的破壞，影響著人們對良好環境質量的基本需求，篩選適宜的城市河道生態修復治理措施，實施相應的生態修復工程，恢復河道優良水質和健康生態系統，是實現生態文明的客觀要求，有助于實現城市的可持續發展[3，4]。

1 河道水質提升技術概況

目前，河道生態修復技術主要包括物理修復、化學修復和生物修復。物理修復主要通過岸線修復和防護、機械疏通河道底泥、沖淤和稀釋等手段，恢復河道的正常水流和水容量，改善河道的水文條件，實現河道修復的目標[5]。化學修復則是通過投加化學試劑去除受損河道水體中的污染物。在選擇和應用化學修復方法時，需要綜合考慮污染物類型、水體特性和環境風險，并確保投藥劑量和投藥時機的合理性[6]。物化修復方法具有操作簡單、周期短等優點，但同時也存在成本高、易產生副作用以及修復效果短暫的缺點。

相比之下，河道生態生物修復技術以生物群體和生態過程為基礎，重建健康的水體環境，實現河道生態系統的自我維持和自我協調的良性循環，具有成本低、操作方便和無二次污染等優點，因此，在河道生態修復中具有更好的經濟效益和環境效益，成為主要的修復方法[7]。

2 河道生態修復技術

河道生態修復技術主要通過植物、動物以及微生物的作用，對水體中污染物進行吸收、降解、轉化，達到增加生物多樣性和恢復棲息地的目的，實現水體環境的凈化和健康水生態系統的恢復[8]。河道生態修復技術主要包括植物凈化技術、水生動物凈化技術、微生物凈化技術以及植物、動物以及微生物相互組合的技術。

2.1 植物凈化技術

植物凈化技術利用植物對污染物的吸收和富集特性，能顯著去除水體中的污染物。植物位于水面以下的部分附著大量微生物，連同土壤中的微生物一起，降解水體中的營養物質。同時，水生植物通過自身對氮、磷等營養元素的攝取，降低污染河道氮磷負荷[9]。此外，水生植物不僅能凈化水質，還可以通過遮光降低水下光照強度，利用呼吸作用產生CO2改善水體的pH值等途徑改變水體的理化性質，形成多樣化的小生境，促進生物多樣性的提高。

常用的水生植物主要包括挺水植物、浮葉植物以及沉水植物。挺水植物通過根系吸附、微生物轉化和增氧作用，達到生態修復目的。這類植物的根系具有良好的吸附能力，能夠吸附和減少水體中的營養物質、重金屬和懸浮物等污染物質[10]；同時，挺水植物的叢生形態為水生生物提供了棲息地和避難場所。浮葉植物通過葉片的漂浮和豐富的根系，能夠阻隔陽光的直射，減緩水體中藻類的生長速度，有效防止富營養化。沉水植物的莖和葉生長在水下，其根系能夠吸收水中的氮、磷等營養物質，有效防止水體富營養化，起到調節水質的作用[11，12]。在未來的研究和實踐中，應重點關注水生植物的選擇和配置、生態效應評估和管理策略的制定，以實現更有效、可持續的城市河道生態修復和水質改善。

2.2 水生動物凈化技術

水生動物凈化技術基于水生動物攝食、呼吸、排泄和生物過濾的生態功能和生理過程。水生動物通過攝食和生物過濾，減少水體中的懸浮物和有機物[13]。同時，它們的呼吸和排泄過程有助于水體中氧氣和營養物的循環和轉化。此外，水生動物在水體中形成復雜的生態系統，通過生態協同作用提高水體的自凈能力。

水生動物主要分為浮游生物、底棲動物及大型魚類。浮游生物和底棲動物構建的動物群落通過對河道水體中污染物的攝取和捕食，實現凈化水質和穩定生態系統的目的，其中青蝦、海螺以及河蚌都是常用的底棲動物。大型魚類的棲息和游動行為會改變水體的生態環境，有利于水體流動和沉降物的分布。同時，大型魚類作為捕食者，對水體中的小型魚類和浮游動物進行捕食，可以維持食物鏈的平衡，控制過度繁殖的生物群落，減少水體中的生物過載。

雖然大型魚類的投放提高了河道生態系統生物多樣性和生態景觀功能。然而，水生動物凈化技術仍面臨一定的挑戰和限制。這包括水生動物種類的選擇、環境適應性、餌料供給和管理要求等方面。此外，水生動物凈化技術的長期穩定性和生態風險也需要進一步研究和評估。

2.3 微生物修復技術

微生物修復技術是利用河道水體中或填料基質附著的微生物將污染物吸附、降解以及轉化的過程[14]。微生物修復技術可對水體中的氮、磷污染物高效去除，避免水體富營養化，且具有基建投入和維護費用低、效果顯著、無二次污染及便于管理等優點，比較適用于城市中小河道的修復[15]。但隨著城市化進程的加快，河道水體受污染程度復雜多樣，高含量氮、磷污染物和難降解有機物的引入，致使傳統生物修復技術已很難滿足要求。

為了改善微生物的處理效果，微生物強化技術也被應用于河道生態修復。微生物強化技術是利用基因工程或優勢菌種篩選的方法獲得的特定菌種，實現對河道水體內特定污染物的高效降解。微生物強化技術在河道生態修復過程中，主要有直接投加菌劑和微生物固定化技術兩種方式。直接投加菌劑的方式比較快捷高效，但菌種容易隨水流流失，增加了河道修復運行成本；而固定化微生物強化技術可有效避免菌種流失，將優勢菌種固定在特定的填料載體上，可維持較高的菌種濃度，實現對河道水體中污染物的高效去除[16，17]。

2.4 生物組合技術

生物修復技術既可是單一生物修復技術，也可以是多種生物技術的組合。由于河道生態系統相對復雜，單一的生物修復技術往往不能滿足河道生態系統修復的目標，利用多種植物、動物及微生物共同構建的生態系統實現河道生態的修復的組合生物技術成為了一種有效的策略[18]。植物在組合中扮演著主導角色，通過吸附和降解污染物，改善水質和提供生境。動物在組合中發揮著捕食和生物搬運的作用，維持食物鏈平衡和物質循環。微生物在組合中負責降解和轉化有機物和污染物，發揮著關鍵的功能。目前，在河道生態修復廣泛應用的組合生物技術包括人工濕地和人工浮島技術。

人工濕地主要是由基質填料和植物組成，利用富集在填料上的微生物、水中填料、水生動物及水上生長的植物實現對河道水體中的污染物的吸附和降解。人工浮島技術是利用人工搭建的生態設施供微生物、植物以及動物生長、富集及棲息。它不僅可以凈化富營養化和受有機物污染的河道，還可以創建生物的生息環境，具有良好的環境效益和生態效益[19]。

3 目前生態技術的局限及未來趨勢

3.1 生態處理技術的局限

生態處理技術的低碳性和持續性，是城市河道水質提升和生態修復的首選。但是，目前主流的生態處理技術依然有著較明顯的局限性[20]。首先，生態修復的處理負荷有限，往往無法匹配河道受到較嚴重污染水體的處理要求。城市河道的污染來源，主要為雨污混接和排污管道破損造成污染物直接或者通過地下水滲透進入河道，在城市管網不完善或者管網年久失修情況下，特別是雨天或者泵站放江情況時，大量污染物排入河道，僅僅依靠一般的生物修復很難達到污染水體水質短期明顯改善目的[21]。其次，與物理和化學方法比較，水體生態修復效果往往顯得“緩慢”，這也意味著生態修復難以在短時間內消除大量污染物，不適合應急場景。再次，生態修復的處理效果易受外界影響，如溫度、水體濁度、水位變化等，在冬季低溫、水體濁度大、水位變淺等條件下，生物修復系統的處理效率明顯降低，河道水質可能出現明顯反復。

3.2 生態修復技術的未來趨勢

為滿足城市文明建設的需要，高效、先進生態修復技術顯得尤為迫切。那么，生態修復技術的未來趨勢需要具備哪些特征呢？

3.2.1 更加靈活的多種生物修復技術組合模式

充分利用微生物、植物和動物的不同特性，結合水文特征、水利功能和景觀建設要求，因地制宜，形成多層次、多維度、內容豐富的生物修復組合技術體系。

3.2.2 高微生物量屬性和多種微生物協同的污染物去除模式

微生物較植物和動物具有更好的環境適應性，也容易富集，更高的微生物量和良好的傳質條件，并營造微生物降解不同污染物所需的好氧、缺氧和厭氧等環境條件，是先進生態修復技術需要關注的要點之一[22]。

3.2.3 新技術的充分利用

如利用變價金屬強化人工濕地的代謝能力[23]，開發更利于微生物富集的新型生物填料[24]，運用提高管理效率和降低運行成本的智慧管理平臺[25]，等。

隨著城市建設和更新速度的加快，各項截污和治污工作的正在逐步推進，將在源頭消減排入或滲入河道水體的污染物總量，這是城市河道維系健康的根本。隨著科技的進步和管理水平的提高，越來越多的先進生態修復技術在城市河道水質提升和生態恢復中得以合理應用，人們也享受到更多的城市水趣。

4 結語

城市河道水體污染造成水質變劣和生態系統破壞，影響著人們追求美好生活目標的實現。河道生態修復技術作為一種環境保護的有效手段，能夠改善水體環境并恢復河道生態系統，促進城市河道的良性循環。但是目前的生物修復手段往往存在負荷低、處理速度慢和易受外界環境影響等缺點，在大量截污工作尚未完成情況下，選擇適應能力強、高負荷、智慧化、多污染物耦合去除的生態修復體系，可以滿足現實需求。未來，隨著科技的進步，水質不斷提升，城市河道將成為人們享受生態文明成果的樂園。