城市景觀河道的生態(tài)混凝土與硬質(zhì)護(hù)坡對水質(zhì)凈化的對比研究

薛黎銘

（上海市靜安區(qū)河道水政管理所，上海市 200072）

0 引言

生態(tài)混凝土是指由膠凝材料、骨料和水按適當(dāng)比例配置，再經(jīng)過一定時(shí)間硬化而成的人工石材。生態(tài)混凝土有廣義和狹義概念上的區(qū)分[1]。廣義生態(tài)混凝土定義為具有一定生態(tài)效應(yīng)或特定生態(tài)功能的混凝土，這類混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比，一般減少了水泥用量，具有除塵降噪、透水透氣、凈水儲熱等功能，具有環(huán)境友好性或生物相容性。狹義生態(tài)混凝土簡而言之就是具有生物相容性和生態(tài)效應(yīng)的混凝土，其中生態(tài)效應(yīng)可以表述為混凝土成品可以生長生物、影響生物，附著在混凝土上的生物和混凝土有依存關(guān)系，專指具有良好生物相容性的混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)以及混凝土制品等[2]。目前生態(tài)混凝土護(hù)坡因?yàn)榫哂休^好的生態(tài)效益而受到廣泛關(guān)注[3]。

生態(tài)混凝土護(hù)坡是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識對斜坡或邊坡進(jìn)行支護(hù)，形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)技術(shù)[4]。開挖邊坡形成以后，通過種植植物，利用植物與巖、土體的相互作用（根系錨固作用）對邊坡表層進(jìn)行防護(hù)、加固，使之既能滿足對邊坡表層穩(wěn)定的要求，又能恢復(fù)被破壞的自然生態(tài)環(huán)境的護(hù)坡方式，是一種有效的護(hù)坡、固坡手段。生態(tài)混凝土護(hù)坡的應(yīng)用，滿足了混凝土護(hù)坡強(qiáng)度的要求，在坡面上種植作物，美化環(huán)境，還使硬化和綠化、景觀化完美結(jié)合起來[5]。

該研究基于上海市靜安區(qū)走馬塘河道的生態(tài)混凝土護(hù)坡的工程應(yīng)用，通過研究對比傳統(tǒng)硬質(zhì)混凝土護(hù)坡與生態(tài)混凝土護(hù)坡對水體中污染物的降解規(guī)律來比較其對城市景觀河流生態(tài)凈化與修復(fù)能力。

1 城市景觀河道整治工程

走馬塘位于靜安區(qū)西北部，河道長約4.36 km。2005年之前，走馬塘河道兩岸除部分低標(biāo)準(zhǔn)防汛墻外，其余均是自然土坡，或雜草叢生，或違章搭建遍布，沿河各種污水和垃圾直排河道，造成河道淤積嚴(yán)重、河水發(fā)黑發(fā)臭、水質(zhì)惡化，防汛蓄澇能力降低。部分河段有堵塞，河岸沖刷較嚴(yán)重。2017年6月對河道內(nèi)兩個(gè)斷面進(jìn)行三次取樣分析以獲得河道中的水污染現(xiàn)狀：河道內(nèi)水質(zhì)低于地表水劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)；水體中的DO濃度較低，COD、TN、TP等含量均超標(biāo)。

2017年12 月至次年2月對該河道進(jìn)行了整治，整治措施包括增加上游補(bǔ)水、對底泥進(jìn)行清淤、使用生態(tài)混凝土護(hù)坡修葺河道兩岸（見圖1）。整治完成后河道水質(zhì)轉(zhuǎn)好，COD與TP到達(dá)地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 靜安區(qū)走馬塘河道整治效果圖

2 試驗(yàn)方法與測試

為驗(yàn)證生態(tài)混凝土護(hù)坡對河道水質(zhì)的凈化效能，采用靜水試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。分別利用硬質(zhì)混凝土構(gòu)件與生態(tài)混凝土護(hù)坡混凝土（構(gòu)件尺寸均為150 mm×150 mm×150 mm；硬質(zhì)混凝土為C20混凝土；生態(tài)混凝土護(hù)坡的設(shè)計(jì)孔隙率為30%，水泥含量為95%，污泥摻量為5%，外加劑摻量為1.2，水灰比為0.28）作為試驗(yàn)對象，將其放置于廢水水箱中（30 L），廢水水質(zhì)與修整前河道水質(zhì)相同，模擬自然光照射，并定期檢測水質(zhì)指標(biāo)。

分析測試的主要指標(biāo)有COD、TN和TP。其中，COD使用測定采用重鉻酸鉀法測定，TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，TP采用鉬銻抗分光光度法測定。

3 試驗(yàn)結(jié)果

利用生態(tài)混凝土與硬質(zhì)混凝土護(hù)坡對原水中COD、TN和TP的凈化研究結(jié)果如圖 2～圖4所示。

圖2 硬質(zhì)混凝土與生態(tài)混凝土對COD的去除對比

由圖中可以看出，在為期12 d的測試階段中，COD、TN和TP在生態(tài)混凝土樣品中的變化規(guī)律基本呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢。分別由進(jìn)水中的15.24 mg/L、0.79 mg/L和0.39 mg/L下降至出水時(shí)的5.45 mg/L、0.24 mg/L和0.22 mg/L。試驗(yàn)期間，硬質(zhì)混凝土護(hù)坡中的COD濃度較為穩(wěn)定，大致維持在11 mg/L；對氮磷則實(shí)現(xiàn)了去除，特別是對TP的去除特征與生態(tài)混凝土的去除規(guī)律較為類似。綜上，相比于硬質(zhì)混凝土護(hù)坡，利用生態(tài)混凝土護(hù)坡可以獲得對COD和TN較好的去除效果。

圖3 硬質(zhì)混凝土與生態(tài)混凝土對TN的去除對比

圖4 硬質(zhì)混凝土與生態(tài)混凝土對TP的去除對比

進(jìn)一步計(jì)算硬質(zhì)混凝土與生態(tài)混凝土護(hù)坡對COD、TN和TP的去除率，結(jié)果如圖5所示。圖中，生態(tài)混凝土對COD、TN和TP的去除率分別為64.26%、73.50%和48.99%，高于硬質(zhì)混凝土的26.41%、46.42%和37.22%。

圖5 硬質(zhì)混凝土與生態(tài)混凝土對COD、TN和TP的去除效果

出現(xiàn)上述結(jié)果的原因主要如下：一方面，生態(tài)混凝土具有更大的孔隙率，可以為微生物提供合適的生存空間，微生物在細(xì)小空間內(nèi)易形成生物膜強(qiáng)化對污染物的去除效果。其中在生態(tài)混凝土中的COD與TN濃度變化規(guī)律就證實(shí)了上述觀點(diǎn)。另一方面，生態(tài)混凝土材料內(nèi)較大的比表面積可以增強(qiáng)材料對污染物的吸附作用；在遷移中呈現(xiàn)出污染物初期被快速吸附，隨后所吸附的污染物被微生物氧化降解的變化規(guī)律[6]。

值得注意的是，盡管生態(tài)混凝土可與通過增大孔隙率的方式來強(qiáng)化微生物-材料協(xié)同作用強(qiáng)化污染物去除。但這種方式并不會(huì)對TP的去除起到較好的效果。可能是因?yàn)槲⑸镌诳障秲?nèi)形成的基團(tuán)或生物膜的尺寸并不是很大，無法在其內(nèi)部形成嚴(yán)格的好氧-厭氧環(huán)境，限制了釋磷與過量吸磷過程，使得聚磷菌無法對磷進(jìn)行高效去除。

4 結(jié)語

本文通過對上海市靜安區(qū)走馬塘河道的硬質(zhì)混凝土護(hù)坡與生態(tài)混凝土護(hù)坡為研究對象，分別考察其對整治前河水水質(zhì)中污染物的去除效果。結(jié)論如下：

（1）原有硬質(zhì)護(hù)坡對河水中的COD、TN與TP的去除率分別為26.41%、46.42%和37.22%。

（2）生態(tài)混凝土護(hù)坡對河水中的COD、TN與TP的去除率分別為64.26%、73.50%和48.99%。

（3）總體上來看，生態(tài)混凝土護(hù)坡對COD與TN有著較好的去除效果，優(yōu)于硬質(zhì)護(hù)坡；但對TP的去除效果一般，與硬質(zhì)護(hù)坡去除效果接近。