生態修復技術在水環境保護中的應用

關鍵詞： 生態修復技術 水環境保護 河道岸坡治理 生物修復技術

河道是水環境污染的主要區域，污染嚴重時會出現河床失穩現象，甚至會破壞河道內的生物多樣性。河道水環境治理屬于水環境保護中特殊性的工程，需要立足整體，綜合利用多種生態修復技術，實現水環境的綜合治理。以往是以水環境改善作為水環境保護目標，以污染物控制、生態系統平衡性提升為切入點，制訂水環境改善方案，然而此種水環境綜合治理方案并未取得理想的治理成效。為此，水環境保護中可選用綜合治理方法，結合水環境健康情況，構建水動力模型，通過多方位水環境生態修復技術科學應用，在動植物修復與微生物修復技術的同步應用下，取得理想的河道水環境治理成效。

1 河道岸坡水環境保護過程中生態修復技術綜合利用的方法

1.1 分析河道水環境水流運動、構建河網水動力-水質模型

河道水環境保護治理的過程中，可依據Mike 水動力模型，通過對河道水環境水流運動情況進行科學分析，預測河道治理效果，進而為生態修復技術的科學選用提供依據[1]。應利用動量方程、水流連續方程，設定河網水流連續方程，再根據水位點、流量點展開網絡交替計算，完成河網水動力-水質模型構建，此后，在六點隱式差分格式支持下完成方程離散模式構建，再利用連續方程、動量平衡方程進行求解，根據獲取到的多個節點方程，逐一計算各節點水位值，便可統計出河道網格點流量值。之后應構建對流擴散模型，對河道水環境中污染物的擴散、對流進行模擬，通過衰減常數添加模擬分析水環境中的非保守物質。在水質模型構建的基礎上，得出準確的水質情況分析結果。

1.2 結合河道地區位置、科學構建水環境診斷體系

水環境保護過程中，應對河道當前所處狀態進行分析，確定導致水質下降的關鍵因素，進而針對性地篩選生態修復技術。選擇技術時，要了解需要治理河道所處位置，分析河道自然結構，了解生態系統平衡性，并結合河道的社會服務功能展開分析，在此基礎上選定具體的健康評價指標，打造一個完善的水環境診斷體系。由于不同河道的地理環境存在差異，區位經濟狀況也有所不同，因而需要科學設置水環境診斷評價標準，并利用層次分析法得出評價指標現狀值，進而得出水環境健康狀況綜合評價指數，通過水環境科學診斷，為后續水環境治理提供依據，確保水環境生態修復技術選擇與利用的科學性。

1.3 綜合運用多種治理模式、應用多方位水環境生態修復技術

河道水環境治理過程中，應以上述水環境診斷體系得到的診斷結果為依據，綜合應用多元化的生態修復技術展開河道治理，需要應用多種水環境生態修復技術。水環境保護過程中，綜合治理的實現應從4 個方面入手，分別是外源截留、內源控制、人工凈化、自凈強化[2]。

1.3.1 設計雨水原位自動膜濾裝置、有效控制外源污染

暴雨天氣環境下，初降雨水會沖刷地表，將地表附著污染物匯同雨水一同流入河道，因此，需要將此部分污染控制作為河道水環境治理的首要環節。應以生態修復原理為基礎，設置雨水原位自動膜濾裝置，利用此裝置實現對外源污染的有效控制。自動膜濾裝置應用時共有兩個環節，一是前處理，二是膜過濾，此裝置應用的是超低壓膜過濾技術，可將雨水中的污染物有效去除。自動膜濾裝置可安裝可折疊濾芯，同時需要在自動膜濾裝置后加設水體存儲區，以便及時沖洗濾芯，延長裝置的使用時限。此種設計能夠增大外源污染物截留面積，同時過水能力也不會受到影響。針對非雨水管網的外源污染，則可采用駁岸生態滯留系統治理，促進河道岸坡生態恢復速度，以此降低河道中流入污染物的總量。構建生態駁岸時，需要盡可能利用自然景觀，栽植多種自然植被，進而增強水陸界面的滲透效果，并加強水土保持，減少河道岸坡水土流失率。

1.3.2 結合應用機械清淤、生物酶底泥修復技術、高效控制內源污染

河道水環境內源污染治理時，重點在于河道內沉淀的底泥污染。底泥中含有大量的氮磷、重金屬等，這些污染物沉積達到一定數量后，會向水環境釋放而導致水質被再次污染[3]。河道水環境內源污染控制時，應基于生態修復原理，在機械清淤的基礎上，引入生物酶底泥修復技術。由于機械清淤成本高昂，主要針對河道內底泥污染重較高的區域展開生物修復，其他地區則采用生物酶激活微生物，在微生物降解作用展現下分解與減少底泥中的有害污染物質。作為富含多種酶類、與非離子表面活性劑、蛋白質及無機物結合生成的天然凈化劑，生物復合酶中沒有菌體存在，但其可對微生物產生刺激，進而提升微生物的反應靈敏度，能驅動大分子化合物向小分子化合物轉化，通過釋放結合氧使水體復氧功能得到強化，并為微生物提供可利用的化合物，促進細菌多樣化發展，通過細菌活性與繁殖能力的提升，構建一個平衡性的水環境微生態。在生物酶底泥修復技術應用下，可快速降低河道水體的污染指標，消除水體黑臭等異味，能夠有效提升河道水環境內源污染控制成效。

1.3.3 采用超微凈化工藝、增強人工凈化效果

在河道水質污染較為嚴重，水環境生態平衡遭到嚴重破壞的情況下，應選用人工凈化方式加快水環境恢復速度。人工凈化河道水環境時，可選用超微凈化工藝，此種人工凈化方法主要是在超高壓氣水混合技術支持下，對氣相及液相界面的融合產生促進，利用超微水處理裝置產生的微米級氧氣泡，去除河道水體中的氮磷元素與重金屬，進而實現河道水質的有效凈化。水體之中，主要是由于磷含量超標，致使水體出現了富營養化，促進了藻類的快速繁殖，從而導致水質污染嚴重。相較于利用化學藥劑添加去除磷與懸浮物的人工凈化方式而言，超微凈化在淺層氣浮理論、零速原理應用下，通過添加絮凝劑，采用動態進水與靜態出水的模式，使含有超微氣泡的懸浮顆粒向氣浮池中流入，此時，相較于出水裝置而言，池內水平流速為零，可使槽內紊流得到有效抑制，并能平穩完成氣浮分離，使浮選顆粒的升速無限接近理論上升速度，利于實現河道水環境污染的有效處理與凈化。

1.3.4 利用動植物及微生物凈化功能、構建水體自凈化加強方案

河道水環境凈化過程中，可采取自凈強化措施，利用動植物、微生物的凈化功能，對水體中的污染物進行進一步吸收，進而濾除人工凈化后剩余的污染物質。

具體的自凈強化方案包含以下4 個方面。

（1）分析水生植物及微生物生長需求、合理構建人工濕地。

設計人工濕地時，應以水生植物、微生物特點作為構建依據，結合其生長需求，合理選擇生物填料、集水管等材料，打造一個利于水生植物、微生物生長的生態環境，進而實現河道水環境的生態治理[4]。在此過程中，可選用植被型生態混凝土作為表層種植土，并在其中加入適宜的肥料，為水生植物提供充足營養，并為微生物繁殖提供充足空間。與此同時，河道岸坡上可鋪設八字多孔磚或六棱護坡網格磚，在磚孔或網格中種草，營造一個有利于動植物休憩與繁衍的空間環境。

除此之外，還可利用生態石籠設計河道岸坡，將石頭裝入鐵網之中，在河道岸坡上按照相應間隔放置鐵網，進而促進河道岸坡生態的有效修復。

（2）結合風景園林治理理論，層次化種植水生植物。

利用水生植物的自凈功能凈化河道水環境時，可將風景園林治理理論引入凈化方案設計過程，科學采用多層級的水生植物種植方法[5]。應以河道景觀功能為依據，在土壤土質分析的基礎上，綜合考慮河道之中的水流速度，將河道劃分為多個區域，根據各區域的差異種植不同的水生植物。篩選河道岸坡植物時，應選擇耐水性強、扎根能力佳的植物品種；堤岸植物選擇時要注重突出植物的觀賞性，增強生態修復植物及周邊護岸林的融合性，進而構建垂直性河道堤岸園林景觀。此外，需要根據層次化理論，選擇河道兩側的綠化植物品種，通過小喬木、草花等多種植物的混合搭配，打造涵蓋多種植物品種的多樣化群落，在河道水環境優化的同時充分展現河道水環境的美感。

（3）根據河流地段功能、合理選擇洪泛區植物。

河道水環境治理中，水生植物自凈強化作用的展現，需要結合區域河流地段的具體功能，遵循適合性原則篩選河道岸坡植物，需要將提高河道安全性作為重點，觀賞性植物可栽種于正常水位線區域，而正常水位線與洪水水位線之間的區域，一旦河水上漲，會對岸坡植物產生一定沖擊，因而洪泛區植物應選擇抗沖刷能力強、具備良好固堤性的植物品種，以此增強岸坡的水土保持能力。河道緩坡區域，應選擇濕生植物類型，選取多年生草本植物，同樣采取層次化栽種方法。河道治理區域內，所栽種植物應盡可能選擇鄉土品種，應注重景觀植物的多樣性，以便增強各個季節下河道的生態循環能力。

（4）合理投放水生生物、打造多樣化水生動物群落。

河道水環境自凈強化方案制訂時，為充分發揮水生動物的凈化功能，可引入生物膜凈化技術，并將淡水魚、浮游動物投放到河道水體之中，打造一個涵蓋多種不同類型水生動物的水體生態群落[6]。通過水生動物群落的科學構建，能夠對藻類富營養化現象產生有效抑制，利于提升河道生物系統多樣性，并能通過形成水生動物食物鏈，凈化河道水環境中的有機污染物。利用微生物修復技術保護水環境時，還可利用微生物對水環境中的有機懸浮顆粒物進行吸收，經過一段時間水體雜質吸收后，在有效改善水質基底的基礎上，將石灰乳投入水環境之中，以起到調節水體pH值的作用，進而增強水環境的酸堿平衡度，加快微生物細菌的生長速度，以進一步提高利用水生生物凈化水環境的效果。

2 生態修復技術在水環境保護中的應用實例

2.1 工程概況

某內陸河涌水系位于珠江三角洲中部地區，水系全長共計132 km，水系流域內部地勢相對平坦，形成了沖積平原。此水系中主干河涌共有32 條，目前，已對其中21 條河涌水質實施了監測與記錄。水環境保護中，在此水系歷史監測數據分析的基礎上，實施了實地勘察，利用水質模型與水質診斷方法，診斷出此水系流域可監測河涌水環境的水質屬于劣V 類，化學需氧量、氨氮、總磷含量均超出正常范圍，河涌水質顏色偏黑且存在異臭。目前，該水系流域所流經城鎮構建了12 個污水提升泵站，然而河道岸坡水環境質量仍達不到規定要求。因而，需要結合應用多種生態修復技術，通過制訂綜合性治理方案治理本水系的河道岸坡水環境。通過水環境改善措施實施，將城鎮污水、工業廢水排放達標率提升至95% 以上，確保80% 工業用水得到重復利用，全部消除主干河涌中的劣V 類水體。在水生態修復技術有效利用下，強化水體的自凈化功能，增強水系流域健康性，合理生態駁岸工程，促進水系流域生態系統的快速恢復。

2.2 基于生態修復技術的水環境治理方案

2.2.1 外源污水截留與河道清淤

由于本水系流域流已建成多個污水提升泵站，因而應將外源污水的截留作為水環境治理重點，將土工膜結合聚酯纖維膜，設置于本水系距離河道岸坡3 m位置處，通過水體隔膜導流的形成，對水體中無法溶解的污染物實施攔截。針對河道中多年來污水未處理形成的河道底泥，應在實地調查中確定淤泥深度。本工程中河道淤泥深度介于1.0～1.6 m 之間，為防止去除內源污染時水環境原始生態環境遭到破壞，應以距離河道岸坡3 m 的位置處作為清淤起始點，利用清淤機械按照1∶3 的坡度于起始點傾斜向下實施清淤，清淤厚度為20 cm。去除河道內源污染后，應將生物酶添加尚未清除的淤泥之中，以激發淤泥中的微生物活性，進而發揮出底泥的自體治理能力。

2.2.2 人工凈化與多方位生態修復技術綜合利用

為增強本水系水環境之中動植物的存活率，此工程引入了多方位生態修復技術，先行安裝了超微凈化設備，以便實現水體中的人工凈化，而后再實施水生動植物投放等其他自凈強化措施。人工凈化完成后，河道水質由黑色轉為淡綠色，且水面透明度較之前更加清澈，水環境的化學需氧量由之前的285.7 mg·L-1降低至44.3 mg·L-1。人工凈化之前，水環境中氮氨、總磷含量分別為13.8 mg·L-1與3.6 mg·L-1，凈化之后分別下降至4.6 mg·L-1 與1.1 mg·L-1，水質得到了大幅度改善。人工凈化后，為進一步提升水環境保護效果，增強水體的自凈能力，將伊樂藻、矮型苦草等水生植物投入水中，并加入了大量青蝦、魚類、螺螄，構建了涵蓋魚類、底棲動物、浮游生物于一體的水生動物群落。

2.3 環境保護中生態修技術應用后的治理效果

本工程采用基于生態修復技術的水環境綜合治理方式后，實施了為期49 d 的水環境治理效果監測，每周分別針對治理后水環境中的化學需氧量、氨氮、總磷三項重要指標進行了測定，發現繼人工凈化之后，結合應用多種生態修復技術，進一步降低了水體中的化學需氧量，其由人工凈化后的44.3 mg·L-1，進一步下降至22.1 mg·L-1，且氨氮、總磷也呈大幅度下降趨勢，最終降低至0.3 mg·L-1與0.1 mg·L-1。通過此工程實例驗證發現，水環境保護過程中，采用綜合性治理方式，在多方位生態修復技術聯合應用之下，能夠取得較為理想的水質凈化成效，促使本水系的水質由劣V 類轉化為V 類，水質情況達到了水環境治理目標。

3 結語

水環境保護過程中，河道岸坡水環境污染是重點工作內容，作為水環境治理的有效方式，生態修復技術需要科學選用。由于以往單一應用一種生態修復技術無法達到理想的水質凈化成效，因此文章提出了在外源與內源污染有效控制的基礎上，實施人工凈化與水體自凈強化結合的水環境治理方法，先利用土工膜過濾裝置對隨降雨流入水體的外源污染進行清除，并去除長期污水處理不佳形成的沉積底泥，而后安裝超微凈化裝置實現人工凈化，再通過栽種水生生物、投放水生動物與微生物的方式，實現水環境的綜合治理。經過此項研究驗證，此種方法對水質提升具有明顯成效，取得了良好的水質凈化效果，未來水環境保護過程中，可通過此種方式有效利用生態修復技術，從而實現水質科學治理、水環境有效保護的目標。