生態技術在城市水環境修復中的應用

徐明晗

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

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推廣應用

生態技術在城市水環境修復中的應用

徐明晗

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

摘要：城市水環境具有生產生活供水、交通運輸、防洪排澇、文化景觀等多種功能。目前水環境惡化已成為制約城市發展的重要因素之一。生態修復技術展示出解決這一難題的良好前景。文章分別介紹了人工濕地、生態浮床、穩定塘和生態護岸等典型生態修復技術的作用原理、研究進展與實踐應用，為修復城市水體健康功能提供一定的理論參考。

關鍵詞：生態技術；城市水環境；修復；應用

0引言

城市水環境是由城市周圍及內部的河流、水庫、湖泊、池塘以及地下水等水體所構成，城市水環境作為城市生態系統的重要組成部分，具有供水排水、交通運輸、防御洪澇、調節溫度、景觀休閑等多樣功能，是城市圈可持續發展的必要保障。

然而隨著中國城市化進程逐年加快，人類的高強度活動如過度排放工業生活廢水、建造大量透水性差的地下混凝土設施等，使得城市水環境的承載能力大大落后于水資源消耗速度，從而產生水質惡化、水源短缺和洪澇頻繁等城市水環境頑疾[1]。據2014年環保部統計，中國7大淡水流域中低于Ⅲ類斷面水質已占28.8%；61.5%地級及以上城市監測點的地下水表現為較差。城市水污染給經濟發展和生活安全帶來巨大威脅，急需開展治理工作。

污染水體的修復是治理城市水污染的重要途徑，按照作用方式劃分，目前常見修復技術主要包括物理、化學、生物方法。物理修復有引水稀釋、底部清淤、人工曝氧等，化學修復是包括除藻劑、氧化劑、脫硝劑等。生物修復則是通過水生態系統中的魚類、植物和微生物等生物來吸收、分解污染物。單一的修復技術效果有限，只能作為輔助手段，而基于生態工程原理的生態修復技術兼備以上技術優點，具有良好應用前景。

生態修復技術是依據生態學原理，通過耦合一定的生物代謝、理化技術及工程措施，來調整自然生態系統的內部組成、能量平衡與信息傳遞等，以遏制生態退化過程，并強化系統自凈能力，最終使生態系統恢復至原有甚至更佳的服務功能。關于城市水環境的生態修復研究與應用多集中于城市內河的河道形態修復、河流水質改善、景觀水體建設、生態修復材料研發等方面。

1生態修復技術的種類與應用

1.1人工濕地

人工濕地主要是在一定地形下建造的，由人造填料(基質)、水生植物和微生物構成的模擬生態系統，具有天然濕地的結構與功能。其作用機理是水生植物對污水中P、N等營養元素的富集吸收；透水性人造基質的過濾、吸附、混凝和氧化還原反應等作用；以及微生物對有機物的代謝分解。人工濕地具有處理效果好、建造成本低、操作運行少等優點，但也存在占地面積大、設計規劃全面性和準確性不足等缺點。人工濕地分類情況見表1。

表1　人工濕地種類及特點

關于人工濕地的研究廣泛，國外已取得較多成功實例，如Volker[2]等用垂直流蘆葦濕地處理污染水體中有機物、N、P等，平均去除率可超過90%；Scholes[3]等研究了不同氣候下人工蘆葦濕地對Zn、Cu、Ni等6種重金屬的吸收效果，發現暴雨季吸收效果最佳。國內主要以示范工程為主，例如天津空港經濟區聯用曝氣+人工濕地等技術，使景觀河道的TP和TN年均值分別<0.40mg/L和1.32mg/L。目前人工濕地的發展方向為：建立人工濕地系統長期運行的效果評價；研究人工濕地植物的多樣性與適應性；優化基質吸附效果與使用壽命；人工濕地系統與其他生態修復技術的組合設計等。

2.2生態浮床

生態浮床采用高分子材料作為載體浮床，在浮床上進行草本植物、蔬菜或花卉的無土栽培，其作用機理是利用浮床基質的吸附作用、植物對污染水體中N、P與重金屬元素的富集、以及植物根系生物膜上微生物的代謝作用[4]。植物常用的有美人蕉、香根草、芹菜和大蒜等，浮床基質材料一般采用纖維強化塑料、泡沫板、聚苯乙烯、加氣混凝土等。

生態浮床擴大了污水修復植物的選擇范圍，適用于多種水域不占用耕地，能夠為鳥類和魚類提供生息空間，兼具耕種與景觀功能，且支持機械化和模塊化作業，因而受到眾多學者關注，已在湖泊、水庫、池塘等水質修復方面得到大量應用。如北京永定河、無錫五里湖、杭州南應加河等均已開展生態浮床應用研究，在降低水質TN、TP、BOD等方面效果顯著。

2.3穩定塘

穩定塘是利用人造或天然池塘生態系統的自我凈化能力來處理引入污水，作用機理主要是污染物的稀釋、混凝、沉淀等物理修復；以及池塘中植物、藻類、微生物的生物修復。該技術建造運行成本低、管理維護方便、節省能耗、處理量大，適用于處理大規模城市污水。按照充氧情況及微生物類型劃分穩定塘，如表2所示。

表2　常見穩定塘種類及特點

穩定塘主要缺陷在于有機負荷不高，占地面積較大，易產生異味等，其發展方向是通過技術改進與工藝組合，來改善塘內供氧環境、微生物濃度與底部淤泥狀況。眾多新型穩定塘技術已見報道，例如一級降解動力學常數值較高的高效藻類塘；由底部污泥降解區和上部生物膜填料區構成的復合厭氧塘；采取底部分散進水且塘底鋪設過濾基質層的生物濾池等。

2.4生態護岸

生態護岸是指恢復生態功能的自然河岸，或是具備水透性的人造護岸，既要保證河道水環境與河岸的物質能量交換，不能弱化河道水體自凈能力，又要具備行洪和景觀功能。生態護岸的修復機理主要是提供生物棲息地和增加水體溶解氧，以保持周邊生物的多樣性和水陸緩沖帶的連續性。

按照使用結構材料的不同，生態護岸可分自然型、半自然型和人工型3類。自然型生態護岸采用植被、干砌石或原木等柔性材料；半自然型生態護岸則在柔性材料基礎之上加入混凝土、鋼筋或高分子進行增強增韌，以提高坡面穩定性，如關春曼等[5]聯合石籠網、生態袋和廢舊輪胎，并在廢舊輪胎腔體內種植香根草，開發了一種垂直生態護岸擋墻；人工型生態護岸使用生態混凝土、土壤固化劑、框格砌塊等材料作地基，再鋪設地表土種植草木，如劉榮桂等[6]對鎮江某濕地進行了護坡型生態混凝土的澆筑，發現該混凝土有利于藻類和微生物附著生長，具有改善水質和景觀作用。

3結語

生態修復技術能夠實現水體生態系統的自我恢復，是治理城市水污染問題的重要途徑。本文分別介紹了人工濕地、生態浮床、穩定塘和生態護岸等典型生態修復技術的作用原理、研究進展與實踐應用。目前我國的生態修復技術還處于探索階段，應在參考國外先進理論和技術基礎之上，綜合技術可行性、經濟適用性與安全可靠性，融合水利工程、生態評估、材料改性和生物培育等多種學科技術，實施過程考慮修復潛力評估、修復方案確定、修復過程監控與修復效果評價等多個環節，從而實現水體修復目的。

參考文獻：

[1]Luederitz V，Eckert E，Lange-Weber M，et al.Nutrient removal efficiency and resource economics of vertical flow and horizontal flow constructed wetlands[J].Ecological Engineering，2001,18(2):157-171.

[2]Scholes L，Shutes R B E，Revitt D M，et al.The treatment of metals in urban runoff by constructed wetlands[J].Science of The Total Environment，1998,214(1-3):211-219.

[3]李懷甫.論城市水環境的治理與優化[C].中國水利學會2013學術年會，廣州，2013.

[4]任照陽，鄧春光.生態浮床技術應用研究進展[J].農業環境科學學報，2007(S1):261-263.

[5]關春曼，張桂榮，趙波，等.城市河流生態修復研究進展與護岸新技術[J].人民黃河，2014(10):77-80.

[6]劉榮桂，吳智仁，陸春華，等.護堤植生型生態混凝土性能指標及耐久性概述[J].混凝土，2005(2):16-19，28.

Application of Ecological Technology in Urban Water Environment Rehabilitation

XU Ming-han

(Dalian Hydrological Bureau，Dalian 116023,China)

Abstract：Urban water environment has multiple functions including productive and domestic water supply，traffic transportation，flood control and waterlogging drainage and cultural landscape etc,.Currently，deterioration of water environment has become one of the important factors restricting the development of a city.The ecological rehabilitation technology shows a good prospect for solving the problem.In this paper，several typical ecological rehabilitation techniques such as artificial wetland，ecological floating bed，stable pond and ecological revetment are introduced，the principle，research progress and applications of these techniques will be a frame of reference for restoring the city water health function.

Key words：ecological technology；urban water environment；rehabilitation；application

中圖分類號：X52

文獻標識碼：B

[作者簡介]徐明晗(1982-)，男，遼寧瓦房店人，工程師，從事水環境監測評價工作。

[收稿日期]2016-01-14

文章編號：1007-7596(2016)03-0107-03