肇慶市白諸水的環(huán)境狀況和生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究進展

秦建橋，余東妮，吳少麗，余奕鑾，黃偉超，鄭俊武

(肇慶學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 肇慶 526061)

1 引言

縱觀人類文明史，河流生態(tài)系統(tǒng)對人類社會的發(fā)源、發(fā)展起到巨大的支撐作用，世界文明多數(shù)發(fā)源于大江和大河。因此河流生態(tài)系統(tǒng)與人類社會系統(tǒng)相互交融、相互影響、共同發(fā)展[1]。城市河流在城市發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，具有優(yōu)良水質(zhì)的城市河流可做為人們生活所需的水源，并為多種動植物提供良好的生存發(fā)展環(huán)境，對城市的整體風(fēng)貌有重要的促進作用。但隨著工業(yè)化進程的發(fā)展，我國工業(yè)獲得前所未有的發(fā)展機遇，工業(yè)規(guī)模不斷擴大，加上城市居民生活條件的提高，使得城市污水的排放量逐年增多，造成城市河流的污染問題[2]。據(jù)統(tǒng)計，全國有約87%的河段受到污染，其中嚴(yán)重污染河段占16%，重污染河段占11%，中度污染河段占15%，輕度污染河段占33%，僅有23%的河段水質(zhì)較好[3]。白渚水是肇慶市白諸鎮(zhèn)重要的水資源來源，但其目前存在著較為嚴(yán)重的水體污染。本文從白渚水的概況、污染現(xiàn)狀和國內(nèi)外生物修復(fù)技術(shù)的研究進行分析，并結(jié)合河流修復(fù)的基本原則提出白諸水生態(tài)修復(fù)的展望。

2 白諸水基本情況

2.1 白諸水概況

肇慶市全市河流眾多，雨水充沛，境內(nèi)游以西江和北江為主體形成網(wǎng)狀水系，縱橫各個市區(qū)。年降水量達到1650 mm以上，集水面積約14855.1 km2。高要區(qū)在廣東省中西部，環(huán)繞肇慶端州區(qū)，面積寬廣，大部分區(qū)域處于西江南面。地處珠江三角洲和西江經(jīng)濟走廊交匯處,高要區(qū)氣候溫和，河網(wǎng)縱橫發(fā)達，全年雨量充沛，被稱為“魚米之鄉(xiāng)”[4]。

白諸水是位于高要區(qū)白諸鎮(zhèn)的一條重要河流，分有白諸水干流和白諸水支流，干流流經(jīng)羅布、沙田蒙、夏播、布院等村，有支流經(jīng)吉斗村、下坑村、廟村以及河白水庫。白諸水河道總長約19.2 km，干流總長超過16 km，四條支流分別為吉斗村支流735 m、下坑村支流907 m，廟村支流492 m、河白水庫支流219 m[4]。

2.2 白諸水污染現(xiàn)狀

該項目所研究的主要河段從夏播村起，至羅布村村頭。該河段橫穿白諸鎮(zhèn)，流經(jīng)白諸二中、白諸鎮(zhèn)居民住宅區(qū)、商業(yè)街道以及農(nóng)田的重要區(qū)域，河段周遭有白諸屠宰廠、同發(fā)磚廠、宇信水泥制品公司以及兩家金屬塑料制品公司等可能會造成河流污染的公司及工廠。白諸水流域的水質(zhì)泛黃渾濁，其中還漂浮著一些垃圾，中游河邊的淤泥還殘留一些建筑施工留下來的石塊和生活垃圾，嚴(yán)重影響了附近居民的生活質(zhì)量。在河流上游，有一些被治理過的痕跡，比如建到一半的護坡等等的措施。因該治理工程只是實施到一半就荒廢了，導(dǎo)致上游的河流污染更加嚴(yán)重。

3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究進展

近幾年來，環(huán)境學(xué)家對污染河流的生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究越來越深入。河流的生態(tài)修復(fù)技術(shù)相較于物理、化學(xué)技術(shù)更符合可持續(xù)發(fā)展理念。該技術(shù)以河道的生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，不僅對環(huán)境的危害小，而且整個系統(tǒng)可以進行自我調(diào)節(jié),能適應(yīng)環(huán)境的變化。通過對白諸水污染現(xiàn)狀的分析，有以下幾種生態(tài)修復(fù)技術(shù)適合白諸水的治理。

3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是國內(nèi)外愈來愈成熟且常用的污水治理技術(shù)。根據(jù)環(huán)境的不同污染情況，國內(nèi)學(xué)者通過不同植物對污染物的吸附、轉(zhuǎn)化等作用研究出了各種的植物修復(fù)技術(shù)。利用特殊植物對特定污染物的三種作用，分別是植物轉(zhuǎn)換、根系過濾和植物提取，對污染河流進行修復(fù)，改善河道環(huán)境[5]。根據(jù)白諸水的污染現(xiàn)狀，生態(tài)護坡和生態(tài)浮床這兩種植物修復(fù)技術(shù)較適用于該河道的整治。

生態(tài)護坡技術(shù)于19世紀(jì)40年代開始應(yīng)用于道路兩旁的邊坡，至中世紀(jì)，法國、瑞士采用栽植柳樹對運河邊坡進行防護，由此生態(tài)修復(fù)技術(shù)開始廣泛運用于河流的修復(fù)。國內(nèi)近幾年來對生態(tài)護坡的研究主要圍繞植物的根系抗拉抗剪作用及根系對土地的影響來開展[6]。根據(jù)白諸水岸邊坡度平緩，河流中游岸邊泥土裸露、較少植被，建筑石塊和廢棄材料堆積等污染現(xiàn)狀，宜采用特拉錨墊生態(tài)修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)由反濾層、草皮增強墊和特拉錨系統(tǒng)這三個結(jié)構(gòu)組成[6]，主要功能是為植物提供生長基質(zhì)，植物的根莖向下延伸，提高邊坡穩(wěn)定性；采用的是環(huán)境友好型材料，不會對環(huán)境造成破壞；適用范圍廣，可根據(jù)不同岸邊現(xiàn)狀設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)和尺寸。

生態(tài)浮床技術(shù)是指以浮床為載體，將水生植物置于浮床上種植，通過植物將特定的污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)及根系對污染物的吸附轉(zhuǎn)化作用，達到凈化河水、美化水環(huán)境的處理效果。生態(tài)浮床技術(shù)中采用的水生植物是多樣性的，不同植物對污染物處理效果不同。白諸水水體泛黃渾濁，可能是水中腐殖質(zhì)和有機及無機物質(zhì)過多造成。水生植物根系對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)富集吸收，表面附著的生物膜以及形成的微生物小生境對水體污染物有降解作用[6]，對腐殖質(zhì)的削減作用逐漸增強，因此，能達到降低水體色度的效果，使水體逐漸變得澄清。生態(tài)浮床中的植物采用混合種植方式能達到較好的處理效果，常用的水生植物包括美人蕉、鳶尾、旱草傘等等。如今國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)浮床技術(shù)有著更進一步的研究，“動物+水生植物”協(xié)同凈化系統(tǒng)等的改良浮床技術(shù)對河道有更好的治理效果。

3.2 微納米曝氣—微生物活化技術(shù)

微納米曝氣-微生物活化技術(shù)，即采用微納米曝氣系統(tǒng)和微生物活化技術(shù)兩者結(jié)合進行治理污染河涌，這是一種改良型的升級工藝，可以達到更好的去除黑臭水體的問題。

3.2.1 微納米曝氣系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)的曝氣技術(shù)，其產(chǎn)生的是微納米氣泡，具有停留時間長、傳質(zhì)效率高、界面電位高、比表面積大、能產(chǎn)生烴基自由基同時不會產(chǎn)生任何化學(xué)有害物質(zhì)等特點，常用的方法有加壓溶氣釋氣法、分散空氣法和電解析出法。其原理是通過增加水中溶解氧含量，使水中好氧微生物群能大量繁殖，在微生物的快速活動下，污染物可被快速降解與轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，最終水體能恢復(fù)自凈能力[8，9]。然而，單一的使用曝氣設(shè)備去除污水，依然會存在氣量不穩(wěn)定、能耗較高、配件易堵塞等問題。

3.2.2 微生物活化技術(shù)

微生物活化技術(shù)，即活化微生物以達到治理河水的目的，其原理是基于改性懸浮填料，結(jié)合傳統(tǒng)水體凈化的生物膜技術(shù)，馴化本土微生物中有益于去除污染物的優(yōu)勢菌種，打破水體中原有微生物的平衡狀態(tài)，使水體本土微生物不斷大量繁殖，再利用水體微循環(huán)，釋放到水體后，提升水體的自身凈化能力。利用該技術(shù)，不僅可以有效地去除總氮和總磷，而且還可以有效降低水體濁度，并且，由于主要是利用生物處理，故可避免類似使用化學(xué)試劑等污染環(huán)境的情況。目前，該技術(shù)已用于沈陽市北陵公園雙輪湖水體項目中[10]。

根據(jù)陳麗娜等人對微納米曝氣-微生物活化技術(shù)在黑臭水體的應(yīng)用研究，實驗證明微納米曝氣和微生物活化技術(shù)結(jié)合使用，在連續(xù)監(jiān)測4個月后，河道中的氨氮去除率分別達到76.66%和53.33%，河中溶解氧含量也大大增加，有機物濃度顯著降低，透明度上升，水質(zhì)更是大幅度得到改善[11]。相比單一或傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)，通過對已有的技術(shù)進行不斷研究與改良綜合，其效果要更顯著。

3.3 底泥修復(fù)技術(shù)

河道污染底泥是河道污染的主要來源之一。它不僅是河道主要的污染物質(zhì)的“儲存庫”，還會向上排放污染物，使河道污染物質(zhì)濃度長期維持在較高水平，對河道水環(huán)境有較大的影響。隨著河道外源污染的有效控制和河道水體治理的推進,污染底泥引起的內(nèi)源污染問題日益突出,亟需對河道底泥進行修復(fù)和底泥污染物的釋放予以控制[12]。底泥修復(fù)技術(shù)可包括原位覆蓋技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。

3.3.1 原位覆蓋技術(shù)

原位覆蓋技術(shù)主要是將底泥中的較大的石礫、泥土進行有效的處理。在河道污染底泥的上層面進行均勻、全面的壓降，從而提高水體的水質(zhì)質(zhì)量，達到提高整體水環(huán)境的目的。原位覆蓋技術(shù)在實際應(yīng)用中可以從以下方面開展。

首先，由于底棲生物的遷徙會使河道底泥污染面積擴大，所以在處理時應(yīng)當(dāng)將河道底泥和底棲生物分離開來。然后，在處理時要對固體污染物質(zhì)進行全面且有效的處理，防止其上浮到水面影響底棲生物遷徙、繁殖，降低水體自凈能力。最后，在原位覆蓋技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)當(dāng)對底棲生物的生態(tài)系統(tǒng)的運行模式，進行全面的改善和調(diào)節(jié)，使其內(nèi)部達到平衡，這樣不僅有效地體現(xiàn)了原位覆蓋技術(shù)的優(yōu)勢，對底棲生物也進行了有效的保護[13]。

3.3.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是修復(fù)水體環(huán)境的重要方法，相比于其他方法，它具有高效、經(jīng)濟的特點。底泥中的微生物通過吸收河道底泥和水中的污染物質(zhì)，進行有氧呼吸、硝化作用等一系列生化反應(yīng)，有效的降低了河道中的污染物濃度，并提供自身的生長繁殖所需的物質(zhì)。在修復(fù)河道水環(huán)境的同時，通過對污染物質(zhì)的利用、降解使河道中微生物種群的豐富度得以提升，進而增強河道的自凈能力。

3.4 生物多樣性調(diào)控技術(shù)

生物多樣性調(diào)控是指通過人工調(diào)控即通過栽培水生植物、培養(yǎng)水生動物等生命活動來凈化污染水體，亦稱為通過調(diào)控受污水體中的生物群落結(jié)構(gòu)、種類、數(shù)量等來攝取污染水體中游離的有機、無機碎屑等，進而對水體污染物進行降解、轉(zhuǎn)化等來控制藻類或其它水體污染物質(zhì)的過量生長，提高水體的各種物理化學(xué)指標(biāo)，如濁度、色度、需氧量等，來改善和恢復(fù)生態(tài)平衡和多樣性。該技術(shù)具有能夠有效地提高水體的自凈能力、恢復(fù)其生態(tài)多樣性，周期長、常作為后期深度處理工藝；能為好氧微生物及以藻類為食的一些原生動物提供了良好的生長條件，有助于好氧生物區(qū)系的出現(xiàn)并不斷發(fā)展，增加河道生物多樣性等優(yōu)點。

3.4.1 利用水生植物進行生物調(diào)控

通過在水體中培養(yǎng)植物進行生物調(diào)控來控制去污能力強、生長速度快的植物生長范圍，以便防止水體富營養(yǎng)化。該法將生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能應(yīng)用于水質(zhì)凈化，充分利用自然凈化與水生植物系統(tǒng)中各類水生生物間在功能上相輔相成的協(xié)同作用來凈化水質(zhì)[14]。

3.4.2 利用水生動物進行生物調(diào)控

通過向水體中投放適量的水生動物，如魚、螺螄等來去除污染水體中的富營養(yǎng)化物質(zhì)和藻類物質(zhì)等，其中魚可通過攝取浮游動物間接去除藻類物質(zhì)，因為魚在水生食物鏈為最高級的生物，而浮游生物又以藻類為食，浮游生物作為魚類的食物，由此利用食物鏈關(guān)系能有效去除水中富營養(yǎng)化的物質(zhì)，使水體得到凈化從而達到生態(tài)多樣等效益[14]。

3.5 復(fù)合微生物制劑技術(shù)

復(fù)合微生物制劑是一個多菌種共存的生物體，一般由光合細(xì)菌、放線菌、醋酸桿菌、酵母菌等類型的多種微生物菌群組合制成[15]。微生物制劑技術(shù)是指選育出兩種或兩種以上的微生物經(jīng)過特定方式培養(yǎng)之后制成微生物制劑，利用多種微生物共同發(fā)揮作用對受污染水體進行的處理，其過程以酶促反應(yīng)為主，最終達到降解有機物、脫氮除磷、去除重金屬以及改善水體功能的目的。

投加微生物制劑凈化水體時，微生物在水中定植、繁殖并處于生態(tài)優(yōu)勢地位，水體恢復(fù)自凈能力，不需要使用化學(xué)殺藻劑，不會傷害河道的水生植物，避免二次污染。

復(fù)合微生物制劑中多種微生物的共同作用有利于對污染河道產(chǎn)生的SO2、H2S等臭氣進行分解吸收，從而起到除臭的作用。微生物制劑中含有發(fā)酵型微生物在其生長過程中形成酸性環(huán)境，可以有效地抑制腐敗性微生物的生長，從根本上減少惡臭產(chǎn)生。[16]

4 白諸水初步治理方案與展望

本項目研究的需治理水域橫穿白諸鎮(zhèn)居民區(qū)，針對白諸水的生態(tài)修復(fù)我們決定以生物修復(fù)技術(shù)為主，具有成本低、二次污染小的優(yōu)點。白諸水上游居民較少，商業(yè)不發(fā)達，但經(jīng)過屠宰廠，其周遭的氣味較重，且容易導(dǎo)致富營養(yǎng)化，故可以先采用復(fù)合微生物制劑技術(shù)進行處理，利用微生物的共同作用對該河段存在的SO2、H2S等導(dǎo)致惡臭產(chǎn)生的氣體進行吸收。同時再結(jié)合曝氣增氧技術(shù)，對水體進行人工曝氣，提高底泥的復(fù)氧速率，提高水體溶解氧，氧化水體中由于有機物厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的FeS、CH4S等物質(zhì)，同時能抑制底泥N、P的釋放，能夠有效抑制水體的富營養(yǎng)化。

中游則是流經(jīng)白諸鎮(zhèn)的住宅區(qū)，商業(yè)街道等較為繁華，下游還經(jīng)過若干家水泥廠、磚廠、金屬塑料加工廠等，除了生活污水為主以外，還含有一定量工業(yè)廢水，該河段水體懸浮物較多，且具有一定色度。針對中下游的水質(zhì)情況，建議先采用微生物活化技術(shù)進行處理，活化水體中用于處理污染物的微生物，提高水體自凈能力，可以有效地降低水體濁度，并對總氮和總磷進行初步的去除。對于中游居民區(qū)為主的河段，可以建設(shè)生態(tài)護坡和生態(tài)浮床進行處理。在白諸水河流邊坡栽植植物進行防護，不僅能提供良好的生物棲息地環(huán)境，而且還可以起到提高綠化的作用。也可搭建人工浮床，在浮床上種植水生植物，通過水生植物對水體中有機污染物的生物降解作用，對水體進行凈化，去除水中有機污染物質(zhì)。

未來對白諸水的進一步治理還需展開更深入的調(diào)研，在上述擬定的初步治理方案基礎(chǔ)上，還需開展的研究如下。

(1) 確定對白諸水河道采樣斷面的劃分，尤其是對中游段居民區(qū)的斷面劃分，以及后續(xù)采樣時間的確定，以便于研究白諸水不同河段其生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適用性。

(2) 關(guān)注前沿的生態(tài)修復(fù)技術(shù)發(fā)展，將修復(fù)技術(shù)與河流實際污染情況相結(jié)合，針對不同性質(zhì)的污染，采取合適的修復(fù)技術(shù)，同時應(yīng)盡可能減少或避免二次污染的產(chǎn)生。

白諸水的后續(xù)治理還需要政府層面的支持，對白諸鎮(zhèn)或白諸水沿岸可能會造成水體污染的工廠、公司等進行檢查，檢查其污廢水排放是否符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。制定更加完善、合理的河流生態(tài)修復(fù)研究方案，及時準(zhǔn)確地對水體污染進行評價，結(jié)合白諸水的污染情況，最大程度地應(yīng)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)，改善區(qū)域水體的水質(zhì)狀況，促進生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性發(fā)展。