城市河道的生物修復(fù)

1、城市河道的生物修復(fù)摘要：城市河道污染的特點(diǎn)一般是水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，氮磷含量超標(biāo)；水體滯流，多處于厭氧狀態(tài)，復(fù)氧能力差；淤積嚴(yán)重，透明度低，甚至出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象；河道生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，自凈能力差等。城市河道往往需要進(jìn)行綜合整治，如調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高污水處理率和廢水回用率、控源截污、清淤、水系溝通、護(hù)岸整修、完善調(diào)水設(shè)施、沿河綠化、水質(zhì)修復(fù)等等，以達(dá)到標(biāo)本兼治的目的。關(guān)鍵詞：城市河道、河道治理、修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)一、 前言城市河道是一個(gè)城市的標(biāo)志，是城市生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，是城市重要的生物廊道。匯集、接納地面徑流和地下徑流，溝通內(nèi)陸和大海，具有航道、文化、娛樂、休閑、景觀、生態(tài)等多種功能，對(duì)減弱城

2、市熱島效應(yīng)、降低城市洪澇災(zāi)害、豐富城市景觀多樣性和生物多樣性、提高城市品位具有十分重要意義。城市河道作為城市的命脈之一，與人類之間的相互作用越來(lái)越強(qiáng)烈，一方面人類更強(qiáng)烈地影響城市河流的水文特性、物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境；另一方面城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和居民日常生活也更加依賴于城市河流所提供的各種服務(wù)功能。近年來(lái)，隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的污染物被排入城市河道，城市河道遭到嚴(yán)重污染。城市河道污染嚴(yán)重影響了人們的生活及健康，制約了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)應(yīng)積極研究適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的河道污染治理技術(shù)。而生物修復(fù)因其本身具有費(fèi)用低廉、高效快速、安全，且二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，

3、被廣大專家所推薦。二、 我國(guó)城市河道面臨的問(wèn)題1. 河道渠化、直線化、平面化嚴(yán)重。人們出于行洪安全考慮，將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折現(xiàn)型的人工河流，河道橫斷面形狀規(guī)則化，致使河流原有的“曲折蜿蜒”的形狀和“深潭”、“淺灘”等許多生物賴以維持生存的自然生境消失。2. 河流水質(zhì)惡化。經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，使得廢水排放量日益增加，再加之產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不合理，對(duì)河道開發(fā)利用程度過(guò)高等原因造成城市河流功能退化，自凈能力衰竭。3. 河道硬化，生態(tài)系統(tǒng)損壞嚴(yán)重。傳統(tǒng)的河道治理工作，采用了大量的混凝土作護(hù)坡，這種混凝土由于是無(wú)孔的介質(zhì)，切斷了河流水體與土地、生物之間的有機(jī)聯(lián)系，破壞了自然河流的生態(tài)鏈，生物群落的多

4、樣性也隨之降低，河流生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。4. 河流景觀設(shè)計(jì)缺乏全面的認(rèn)識(shí)。河流是構(gòu)成富有特色的城市景觀的重要因素，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的河流景觀，不僅可以改善城市面貌，也可帶來(lái)生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等效益。而傳統(tǒng)河流的景觀設(shè)計(jì)僅停留在一般的美學(xué)意義上，單純的追求視覺的美感，忽略了生態(tài)、文化、休閑、娛樂等方面的功能。三、 城市河道治理技術(shù)的研究治理河流污染是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前國(guó)內(nèi)外已在使用的或已試驗(yàn)的污染河道水體治理技術(shù)主要分為物理、化學(xué)和生物三類修復(fù)方法。3.1物理修復(fù)物理修復(fù)主要指疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤和調(diào)水等。疏浚污染底泥意味著將污染物從(河道)系統(tǒng)中清除出去，可以較大程度地削減底泥對(duì)上覆水

5、體的污染貢獻(xiàn)率，從而改善水質(zhì)。調(diào)水的目的是通過(guò)水利設(shè)施(如閘門、泵站)的調(diào)控引入污染河道上游或附近的清潔水源以改善下游污染河道水質(zhì)。從國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究和技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，物理疏浚技術(shù)在一定程度上取得了較為明顯的效果。我國(guó)城市黑臭河道大部分已有十多年、甚至幾十年的底泥積累，底泥厚度一般有一米以上，受工程條件限制，不可能將全部污泥清掉，清淤后的下層底泥仍為新的污染源，甚至可能會(huì)出現(xiàn)短時(shí)期污染濃度增高。而且清出的底泥容易形成二次污染。清淤將底泥底棲生物、微生物等一起帶走，可能會(huì)打破長(zhǎng)期形成的生態(tài)平衡，中斷生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈，出現(xiàn)新的環(huán)境問(wèn)題。因此物理修復(fù)的應(yīng)用仍需具體考察。3.2化學(xué)修復(fù)化學(xué)方法處理污染水

6、體主要是添加化學(xué)藥劑和吸附劑改變水體中氧化還原電位、pH、吸附沉淀水體中懸浮物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等，從而使污染物得以從底泥中分離，或降解轉(zhuǎn)化成低毒或無(wú)毒的化學(xué)形態(tài)。具體做法包括：混凝沉淀、加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等?；瘜W(xué)方法的暫時(shí)效果最為明顯，因此一般作為應(yīng)急控制技術(shù)?；瘜W(xué)方法的缺點(diǎn)是十分容易造成水體的二次污染，且使用成本比較高，作用效果不持久，也是一種治標(biāo)不治本的方法，常常作為一種協(xié)助技術(shù)或應(yīng)急控制技術(shù)。3.3生物修復(fù)生物修復(fù)旨在提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，完善系統(tǒng)功能、實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，統(tǒng)籌系統(tǒng)外部的環(huán)境污染因素。生物修復(fù)技術(shù)是利用特定的生物(植物、微生物或原生動(dòng)物)吸

7、收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的生物措施。3.3.1微生物修復(fù)技術(shù)多數(shù)情況下，微生物修復(fù)技術(shù)往往與曝氣技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)、生物膜技術(shù)等復(fù)合運(yùn)用。對(duì)于重污染河道來(lái)說(shuō)，微生物往往不能正常生長(zhǎng)或發(fā)揮作用，一般需要先經(jīng)過(guò)物理化學(xué)修復(fù)到一定階段后再使用微生物修復(fù)。目前的產(chǎn)品種類豐富，除了常見的微生物菌劑外，也開發(fā)了固定化酶、固定化微生物、激活劑等產(chǎn)品，亦有將底質(zhì)改良劑、氧化劑、鈍化劑、抑藻劑等與微生物菌劑復(fù)合在一起，使之同時(shí)具有降解、氧化、鈍化、除磷、抑藻等多種功能。3.3.2水體植物凈化技術(shù)水生植物的凈化作用主要包括植物吸收、微生物代謝以及植物根部微環(huán)境中的吸附、過(guò)濾、沉淀

8、等作用，可有效控制水中N的含量。水生植物凈化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、能耗小、治理效果較好，對(duì)環(huán)境二次污染小，有利于整體生態(tài)環(huán)境的改善，同時(shí)具有一定經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。同樣水生植物凈化技術(shù)也存在著一定的不足，主要表現(xiàn)有：凈化效果問(wèn)題。植物自身一般不能對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行代謝作用，所以凈化效果不能完全達(dá)到要求。季節(jié)性問(wèn)題。水生植物的生長(zhǎng)易受季節(jié)的影響，在冬季往往凈化效果不好，因此需選出喜溫及耐寒的水生植物，用于不同季節(jié)的凈化。應(yīng)用范圍問(wèn)題。在重污染水體中，植物往往不能正常生長(zhǎng)。入侵植物問(wèn)題。某些水生植物（如水葫蘆）繁殖能力強(qiáng)，可能影響土著植物群落的穩(wěn)定性，在利用過(guò)程需加以控制。后續(xù)處置問(wèn)題。水生植物生長(zhǎng)過(guò)

9、程中可能會(huì)吸收某些風(fēng)險(xiǎn)物，收獲后如何有效的進(jìn)行資源化回收利用缺乏實(shí)際操作。3.3.3河道曝氣技術(shù)受污染的河流，由于污染物分解耗氧，引起河流水質(zhì)惡化，自凈能力下降，水生生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，因此，向處于缺氧(或厭氧)狀態(tài)的河流進(jìn)行曝氣，可及時(shí)補(bǔ)充水體溶解氧，加快水生微生物對(duì)污染物的分解，幫助河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。河道曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)中氧氣的主要來(lái)源有人工曝氣復(fù)氧、大氣復(fù)氧、水生生物通過(guò)光合作用傳輸部分氧氣三種途徑。在采用曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的河道內(nèi)，形成了多種微生物和水生生物共存的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各類微生物和水生生物之間功能上的協(xié)同作用去除污染物，并形成

10、食物鏈，從而達(dá)到去除污染物的目的。河道曝氣一般用于解決河道水體的有機(jī)污染問(wèn)題，同時(shí)可以作為應(yīng)急措施處理突發(fā)性河道污染，如突發(fā)性事故排放廢水造成的污染。該技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外治理河流污染的有效工程措施,能在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)河道的黑臭現(xiàn)象有明顯的改善,但該技術(shù)受到溫度、水體微生物與水的混合程度、微生物活性等的影響。因此,河道曝氣技術(shù)的應(yīng)用要充分考慮污染水體的特征,并結(jié)合一些生物方法以提高其效率。3.3.4人工濕地技術(shù)人工濕地一般由人工基質(zhì)和生長(zhǎng)在其上的水生植物組成，是一個(gè)獨(dú)特的土壤-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)。其原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化，在有一定長(zhǎng)寬比和底面坡度的

11、洼地上，用土壤和填料混合組成填料床，并在床體表面種植成活率高，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，抗水性強(qiáng)，性能好，美觀的水生植物形成一個(gè)獨(dú)特的生態(tài)體系。污水在床體的表面和填料縫隙中流動(dòng)，利用水生植物進(jìn)行吸附、降解，達(dá)到凈化污水的目的。根據(jù)濕地中的植物形式，人工濕地可分為浮游植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)、沉水植物系統(tǒng)三種。人工濕地對(duì)有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力，廢水中的不溶性有機(jī)物通過(guò)沉淀、過(guò)濾作用，很快地被截留并被微生物利用；廢水中可溶性有機(jī)物通過(guò)植物根系的吸附、吸收及代謝降解等過(guò)程被分解去除，這種技術(shù)已經(jīng)成為提高大型水體水質(zhì)的有效方法。3.3.5生物接觸氧化技術(shù)生物接觸氧化技術(shù)是一種高效的生物膜法處理工藝，實(shí)質(zhì)是對(duì)天然河

12、流中所發(fā)生的生物過(guò)程的一種強(qiáng)化，它根據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化作用及過(guò)濾作用，人工填充濾料或載體，供細(xì)菌絮凝生長(zhǎng)，形成生物膜，進(jìn)而達(dá)到凈化河水的效果。常用于凈化河流的生物膜接觸氧化法有礫間接觸氧化法、溝渠內(nèi)接觸氧化法、薄層流法和伏流凈化法等。生物膜法具有較高的處理效率。它的有機(jī)負(fù)荷較高, 接觸停留時(shí)間短, 減少占地面積, 節(jié)省投資。3.3.6生物操縱技術(shù)生物操縱技術(shù)，也稱食物網(wǎng)操縱，主要是利用水生動(dòng)物的攝食作用完善食物鏈和水生態(tài)系統(tǒng)。水生底棲動(dòng)物及濾食性魚類能增加藻類濾食量，減少藻類含量，提高水體質(zhì)量。螺、蚌等底棲動(dòng)物可過(guò)濾懸浮質(zhì)，攝食生物碎屑，其分泌物有絮凝作用，蝦和部分魚類可攝食藻類、

13、碎屑、浮游動(dòng)物。水生動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要一員，這些動(dòng)物作為健康水生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充組成，投放數(shù)量合適、物種配比合理的水生動(dòng)物，可延長(zhǎng)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈、提高生物凈化效果。3.3.7氧化塘技術(shù)氧化塘是一種自然的水處理凈化工藝，排入到城市周圍土塘中的污水，在塘內(nèi)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的緩慢流動(dòng)、稀釋和擴(kuò)散，并經(jīng)過(guò)微生物的代謝活動(dòng)，使污水中的有機(jī)污染物被降解和去除，使污水得以凈化。3.3.8生態(tài)浮床技術(shù)我國(guó)污染水域90%以上是因水體中N、P含量過(guò)高引起的水污染，實(shí)質(zhì)上是生態(tài)系統(tǒng)退化問(wèn)題，必須以生態(tài)的理念、思路、方法來(lái)探索切實(shí)有效的河湖污染水域治理的新途徑。生物浮床技術(shù)作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)改善技術(shù)，是根據(jù)

14、生態(tài)學(xué)原理發(fā)展起來(lái)的集水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)一體的實(shí)用技術(shù)，又稱生態(tài)浮島。其內(nèi)涵是用無(wú)土栽培技術(shù)原理，以高分子材料為載體和基質(zhì)，采用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無(wú)土種植植物。生態(tài)浮床的主要作用是在實(shí)施期間，由植物吸收和富集水體當(dāng)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物，并通過(guò)最終收獲植物體的形式，徹底去除水體中被植物積累的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷等污染物。因此,在進(jìn)行生態(tài)浮床植物的選擇時(shí)，不僅要求該植物能夠適應(yīng)被污染水體，完成正常的生育周期，還必須能形成較大的生物產(chǎn)量，以便更多地吸收污染水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，起到較好的凈化水質(zhì)的作用，所以單一的依靠植物為主體凈化水體，雖能對(duì)N、P有較好的去除效果，但生物量的限制阻礙了

15、凈化效果的進(jìn)一步提高。3.3.9生態(tài)護(hù)岸技術(shù)生態(tài)護(hù)岸是為結(jié)合護(hù)岸工程與環(huán)境生態(tài)的要求提出的，既能滿足河道護(hù)岸功能，又有利于河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，其建設(shè)過(guò)程融合了水利工程學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物科學(xué)等多個(gè)學(xué)科。由此可見, 生態(tài)護(hù)砌對(duì)水體中氨氮污染物去除效果的影響顯著。3.3.10生態(tài)河床技術(shù)去除傳統(tǒng)整治河道鋪設(shè)在河床上的硬質(zhì)材料，恢復(fù)河床自然泥沙狀態(tài)；恢復(fù)河床的多孔質(zhì)化，建設(shè)生態(tài)河床，為水生生物重建棲息地環(huán)境。以生物防護(hù)穩(wěn)定河床、改善河床生態(tài)環(huán)境的方法符合人與自然和諧相處的科學(xué)發(fā)展觀，增強(qiáng)了河道生態(tài)的自然修復(fù)功能，有效地提高了河道行洪能力，改善了河道生態(tài)環(huán)境，為人們提供良好的親水環(huán)境。3.3.1

16、1生物沉床技術(shù)生物沉床技術(shù)是將沉水植物種植在沉床載體上，通過(guò)固定樁將沉床固定在水體中，利用沉水植物對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高的水體進(jìn)行凈化。3.3.12生物柵修復(fù)技術(shù)生物柵是按照生態(tài)學(xué)原理、根據(jù)水質(zhì)強(qiáng)化凈化要求構(gòu)建而成的一種近自然型水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)裝置。生物柵技術(shù)是利用植物、微生物、水生動(dòng)物和底棲動(dòng)物等生態(tài)要素的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)功能，在有限的空間內(nèi)富集巨大的生物量，以達(dá)到快速、高效的處理效果。生物柵系統(tǒng)具有巨大的由植物根系和組合填料形成的表面積，對(duì)固體物質(zhì)、膠體物質(zhì)及氨氮等有一定的沉降、攔截和吸附作用。四、 結(jié)語(yǔ)本文綜述了我國(guó)城市河道污染的現(xiàn)狀，以及城市河道生物修復(fù)技術(shù)的現(xiàn)狀，主要介紹了微生物修復(fù)、水體植物凈化、河道曝氣、人工濕地、生物接觸氧化、生物操縱、氧化塘等十余種修復(fù)技術(shù)，描述了各類修復(fù)技術(shù)的基本理論方法、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用效果以及現(xiàn)存問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：1. 李建政,任南琪主編.污染控制微生物生態(tài)學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20052. 劉軍,程曉宏,鄒國(guó)明等.城市河道底泥生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展.中國(guó)河道治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)?？?20103. 常素云.城市河道生物修復(fù)技術(shù)研究.天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院,20114. 翁平,王發(fā)園,寧大亮等.城市河道水體生態(tài)修復(fù)實(shí)踐現(xiàn)狀及進(jìn)展.中小