水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)分析

文_蔡文倍 贛州市山水林田湖生態(tài)保護(hù)中心

目前，水環(huán)境處理技術(shù)種類有很多，但水體修復(fù)技術(shù)成功市場(chǎng)化應(yīng)用的例子并不多見。水生態(tài)修復(fù)技術(shù)是目前相對(duì)主流的新興治理技術(shù)，相比傳統(tǒng)的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)而言，它具有費(fèi)用低、治理效果好等優(yōu)勢(shì)，是一種采取培養(yǎng)復(fù)合微生物、栽培水生植物等措施凈化水體中的污染物，進(jìn)而恢復(fù)或強(qiáng)化水生態(tài)系統(tǒng)自凈能力，實(shí)現(xiàn)水體凈化的治理技術(shù)。因此，應(yīng)深入分析研究水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并采取有效措施，增強(qiáng)該技術(shù)的應(yīng)用效果，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展。

1 1SYD集約化修復(fù)技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

SYD 集約化修復(fù)技術(shù)是一種集成了多功能凈化漂浮濕地、自動(dòng)水處理生化反應(yīng)器、微生物凈化等技術(shù)手段，構(gòu)建出的一種系統(tǒng)化的水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)。在該技術(shù)的原理下，首先，利用納米管爆氣層、微生物凈化層、有機(jī)物吸收層，將水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解處理。其次，利用多功能凈化漂浮濕地技術(shù)，在水中構(gòu)建出一個(gè)由多孔基質(zhì)、植物、微生物等物質(zhì)組成的微型生態(tài)系統(tǒng)，并借助該生態(tài)系統(tǒng)，吸收水體中的N、P 元素，來促進(jìn)有機(jī)污染物的降解，改善水環(huán)境。再次，種植“水下草坪”，并發(fā)揮其不易長(zhǎng)出水面、不易蔓延、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，為水生物提供生存環(huán)境，同時(shí)草坪還可以直接吸收水中的重金屬、P、N 污染物，抑制BOD5、COD 的生成。最后，在水體中放養(yǎng)一些本地的魚類、蝦類等水生動(dòng)物，以形成一個(gè)穩(wěn)定、良好的水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)（如表1）達(dá)到生態(tài)修復(fù)目的。

表1 SYD集約化水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表

1.2 適用性分析

就目前來看，該項(xiàng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)能夠達(dá)到76%的N 去除量、85%的P 去除量、88%的COD 去除量，經(jīng)過該技術(shù)修復(fù)后的水體均能達(dá)到GB3838-2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，成為標(biāo)準(zhǔn)的三類水，同時(shí)，由于該技術(shù)主要是通過修復(fù)水體的自凈能力，來實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)，所以經(jīng)過該技術(shù)修復(fù)后，水體再次惡化的幾率較低。由此可見，該技術(shù)在水環(huán)境的長(zhǎng)效治理上具有較強(qiáng)的適用性。此外，SYD 集約化修復(fù)技術(shù)是由多種技術(shù)構(gòu)建出的集成技術(shù)，在技術(shù)落實(shí)上具有較高的靈活性和協(xié)調(diào)性，可以根據(jù)水環(huán)境受污染程度、性質(zhì)等情況，制定針對(duì)性的SYD 集約化修復(fù)方案，且能夠應(yīng)對(duì)污染較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作，適用范圍較廣。例如，合肥·蜀峰灣人工湖生態(tài)修復(fù)工程，湖水深1～3m，原生水生植物會(huì)在5月后的高溫天氣腐爛沉積水底，并且每年有1000m3/d 生活污水流入湖內(nèi)，導(dǎo)致其治理難度較大，而在應(yīng)用該技術(shù)后，水體的透明度可達(dá)1.5m 以上，污染基本被消除，而且水質(zhì)一直沒有出現(xiàn)再次惡化的情況。

2 石墨烯凈水修復(fù)技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

石墨烯凈水技術(shù)是指借助一種由黑色二氧化鈦、三維石墨烯管組成的新型治污材料，進(jìn)行水環(huán)境治理的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。自2018 年上海硅酸鹽所研發(fā)出該技術(shù)以來，該技術(shù)就已經(jīng)在安徽、上海等地成功示范，為傳統(tǒng)的水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)帶來了變革。從基礎(chǔ)原理層面上來說，該技術(shù)主要依靠“物理吸附＋光化學(xué)催化降解”來進(jìn)行生態(tài)凈化。在此過程中，石墨烯管能夠高效吸附水體中的污染物，同時(shí)二氧化鈦借助光催化作用，可以與污染物充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所吸附污染物的降解。一般來說，這種由二氧化鈦、三維石墨烯管組成的材料，具備有機(jī)污染物自身重量1000 倍的吸附性能，且可以吸收90%～95%的全太陽光譜，并形成高效的氧化反應(yīng)環(huán)境，將所吸附的污染物迅速轉(zhuǎn)化為CO2、H2O，改善水環(huán)境生態(tài)。

2.2 適用性分析

為了測(cè)試石墨烯凈水技術(shù)在水環(huán)境生態(tài)修復(fù)工作中的適用性，該技術(shù)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)制作了3000 多張石墨烯材料吸附降解網(wǎng)，并將其投入到總計(jì)4 萬m2的受污染水域進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，石墨烯修復(fù)技術(shù)可以將水體的水質(zhì)指標(biāo)從劣五類轉(zhuǎn)化為五類以上，氨氮指標(biāo)從三類轉(zhuǎn)化為二類，化學(xué)需氧量從劣五類轉(zhuǎn)化為三類，且在效率方面，這種石墨烯材料的污染降解速度，是傳統(tǒng)材料的5 ～10 倍，并具備安全、經(jīng)濟(jì)、可恢復(fù)水體自凈能力等優(yōu)勢(shì)，在各類污染水體的生態(tài)修復(fù)中，皆呈現(xiàn)出良好的適用性。此外，由于該技術(shù)的應(yīng)用材料支持規(guī)模化的生產(chǎn)，因此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，已經(jīng)搭建出了綠色、經(jīng)濟(jì)、高效的材料生產(chǎn)線，并達(dá)到了50t 的產(chǎn)量，由此可見，該技術(shù)還能夠適用于大規(guī)模、長(zhǎng)期的水環(huán)境生態(tài)修復(fù)。

3 生物膜凈化技術(shù)

生物膜技術(shù)是指借助天然、人造材料，構(gòu)建一個(gè)生物膜，供微生物附著而強(qiáng)化水體自凈能力的水環(huán)境修復(fù)技術(shù)，人們將該技術(shù)應(yīng)用到需治理的水體中，能夠增強(qiáng)水體中污染物降解的速度，優(yōu)化水環(huán)境修復(fù)效果。由于該技術(shù)具有效果顯著、成本低等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于生物濾池、生物廊道的建設(shè)中，且在使用過程中，未出現(xiàn)過污泥回流、污泥膨脹等問題，該項(xiàng)技術(shù)的安全性較強(qiáng)，值得被推廣使用。

4 人工增氧修復(fù)技術(shù)

4.1 循環(huán)曝氣增氧技術(shù)

在水環(huán)境生態(tài)修復(fù)中，曝氣循環(huán)增氧技術(shù)作為一種常見的人工增氧技術(shù)，其主要原理是通過利用機(jī)械設(shè)備，向生化曝氣池中通入空氣，以增加水體中的含氧量，同時(shí)，設(shè)備對(duì)水體的攪動(dòng)作用也能夠防止懸浮物下沉，使有機(jī)污染物與微生物能夠充分接觸，并得到有效的降解。此外，這種攪動(dòng)作用也有助于水中的揮發(fā)性物質(zhì)釋放到空氣中，以免其在水環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)生成污染物，改善水體環(huán)境，進(jìn)而達(dá)到生態(tài)修復(fù)的目的。以無錫市錢家橋浜黑臭水體整治項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目中，在梁溪、錢家橋浜河的交匯位置，安裝了曝氣循環(huán)增氧設(shè)備，并在河床兩側(cè)設(shè)置了水生植物浮床，結(jié)合魚類、底棲生物的放養(yǎng)，逐步恢復(fù)了水體的自凈能力，使水環(huán)境中形成了良好、穩(wěn)定的生物系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)修復(fù)。

4.2 化學(xué)增氧技術(shù)

現(xiàn)階段，人工增氧技術(shù)主要分為兩種，即以曝氣技術(shù)為主的物理增氧技術(shù)，以及化學(xué)增氧技術(shù)。其中，化學(xué)增氧技術(shù)主要是指通過向水體中投放化學(xué)物質(zhì)，利用化學(xué)物質(zhì)遇水后發(fā)生的反應(yīng)，在水中釋放氧氣的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，其能夠有效提高水中的含氧量，確保魚、蝦，以及用于降解有機(jī)污染物的微生物可以正常存活，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境生態(tài)修復(fù)。一般來說，該技術(shù)應(yīng)用的化學(xué)試劑通常為Na2CO3·3H2O2、CO(NH2)2H2O2、CaO2、(NH4)2S2O8等，多用于通電困難、缺乏增氧設(shè)備的情況下，且具備經(jīng)濟(jì)、操作便捷等優(yōu)勢(shì)，但需要根據(jù)水體的污染狀態(tài)、性質(zhì)、程度，來設(shè)計(jì)具體的應(yīng)用方法，以防化學(xué)試劑的介入，引發(fā)新的污染問題。

5 人工濕地技術(shù)

5.1 水生植物的選擇

人工濕地作為水環(huán)境治理中常見的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，其主要是借助一個(gè)由水生植物、填料組成的生態(tài)系統(tǒng)，來進(jìn)行水環(huán)境凈化的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。在該技術(shù)下，水生植物能夠通過根系，將污染物作為自身生長(zhǎng)的養(yǎng)料吸收，并使其中的重金屬、有機(jī)污染物降解為無毒物質(zhì)，同時(shí)，水生植物露出水面的部分，還能向根部區(qū)域輸送氧氣，為微生物創(chuàng)造一個(gè)良好的生活環(huán)境，使其得以更加充分地降解水中的有機(jī)污染物，提高生態(tài)修復(fù)工作的效率，因此需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的水生植物，以強(qiáng)化人工濕地技術(shù)的落實(shí)效果。一般情況下，適用于該技術(shù)的植物有蘆葦、風(fēng)車草、香蒲、水蔥等，工作者一般應(yīng)盡量選取本地天然存在的水生植物品種，以保證濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.2 濕地填料的選擇

在人工濕地技術(shù)下，濕地填料作為微生物附著物質(zhì)、降解等反應(yīng)的界面，以及水生植物的物理支持，工作者需選擇合適的濕地填料，以保障人工濕地技術(shù)的落實(shí)效果?，F(xiàn)階段，常用的濕地填料有砂、土壤、礫石、灰渣等，應(yīng)基于實(shí)際情況，根據(jù)水環(huán)境污染性質(zhì)，來選擇濕地填料。一般來說，如果污染物以BOD、COD、SS 為主，就要選擇礫石、細(xì)沙、土壤等作為填料，若污染物N、P 元素含量較高，則可采用沸石與石灰石混合填料，或其他具備較強(qiáng)N、P 吸附力的填料，以強(qiáng)化生態(tài)修復(fù)效果。此外，還要盡量選擇顆粒粒徑較大的填料，防止其分散、富集堵塞徑流。

6 結(jié)語

單一的水體修復(fù)治理技術(shù)治理效果并不佳，不能很好地適應(yīng)復(fù)雜的污染水體，集多種治理技術(shù)有機(jī)融合的復(fù)合水生態(tài)修復(fù)技術(shù)是今后的技術(shù)發(fā)展方向。探索多種復(fù)合的生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境治理，能夠增強(qiáng)治理工作效果。在水環(huán)境治理中，工作者借助生態(tài)修復(fù)技術(shù)可以增強(qiáng)水體治理成果的長(zhǎng)效性、提高生態(tài)修復(fù)工作效率、優(yōu)化水體氧氣環(huán)境、構(gòu)建良好的生態(tài)系統(tǒng)，從而降低人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響，踐行綠色可持續(xù)發(fā)展觀。