河道水環境治理工程中多方位生態修復技術分析

張魯寧

濟南市水利工程服務中心 山東 濟南 250099

社會經濟的高速發展不僅加大了保護河道水環境的工作壓力，而且會對保護工作的實施造成一定影響。河道水環境出現不同程度的污染，城市生態環境問題日益凸顯，直接降低居民生活質量，影響生態環境的可持續發展。河道污染狀況復雜多變，單獨應用物理、化學或生物等方法具有一定的局限性。為應對當前河道水環境治理現狀，應在管理升級的同時引入和使用多方位生態修復技術。厘清技術特征和各自優勢，從而充分發揮技術的優勢，有效保障凈化效果。

1 河道水環境治理現狀

1.1 河道治理不到位

河道治理在人們以往認知中僅是對某段水體或是某條河道實施治理，因為治理模式的“碎片化”，難以滿足提高水環境整體質量的現實要求，而且治理效果并不理想，加之居民未能感受到完成水環境治理之后帶來的生活環境變化，在一定程度上阻礙生態文明建設的發展。

1.2 污水攔截不到位

當前仍有個別工廠出于壓縮經濟成本、沒有意識到保護河道水環境的現實意義，同時執法層面環境違法處罰力度不夠，致使生活污染與工業廢水沒有處理便直接排放，成為引發河道污染的關鍵污染源頭。如果不能在源頭上切斷污染源，河道水環境污染問題難以徹底解決。

1.3 后續維護不到位

隨著持續進行的防治行動計劃，我國各地均加大了河道水環境整治力度，可實際上多數為短期治理，忽視后續的運營管理。若是僅在建設期大力治理河道水環境而未落實后期的運行管理，很容易陷入到“治反復，反復治”困境中。

2 河道污染主要原因

2.1 外源原因

隨著我國工業產業的高速發展，環境污染問題加重，直接影響到河道原本的水環境健康。例如垃圾處理、污水排放等沒有進行嚴格管理，沒有進行科學處理的污水流入河道引發污染。再比如亂丟垃圾或是垃圾沒有分類處理，在雨水沖刷后流進河道里，不僅導致河道原本的生態平衡被破壞，而且會出現刺激性氣味。這些污染物無法在水環境中降解，在河道里長期堆積降低氧氣含量，出現富營養化、黑臭等問題，造成水體破壞[1]。

2.2 內源原因

河道環境中的水生植物經過自我降解,能夠排出大量有機質進而污染水底土壤環境。在養分資源豐富時藻類大量生長，導致水環境內部生態失衡。大量生長的水生植物在水中浮游，但由于空氣與水體環境之間被隔離，在河道內就會出現大量污染物，與此同時也會放出難聞的腥臭氣，進而對城市環境產生危害。

3 技術基本概述

多方位生態修復技術兼具了統籌管理、綜合治理以及長效運行等觀念，能夠在不同方面、利用多種手段達成治理河道水環境的最終目標，是一套具備聯動性且全面化的綜合性治理體系。該技術擁有較為廣泛的涉及范圍，并非僅拘泥于某一技術領域中，主要是聯合應用多方技術。基于此，和單一傳統的修復技術對比，這項技術體現的主要優勢有：①理想的截污效果。因為其中一項技術為攔截污染，所以能控制污染物流進河道，一方面能夠降低水體富養化程度，另一方面可以在源頭上有效控制污染源。②快速改善環境問題。若是由突發原因水體加劇惡化，能通過人工凈化相關技術實現緊急治理，從而提升河道水環境質量。③周期清淤。可有效清除長期在河道運行過程中堆積的污泥、雜質以及腐殖物，有效解決河道污染問題。④構建良好水生態系統。以構建水生態系統防止反復發生水體污染并保障凈化效果，在水體實現自然的生態循環基礎上美化河道景觀。

4 常見技術

4.1 微生物強化修復技術

微生物強化修復技術是通過調節控制河道中微生物的數量和組成，增加水體生物多樣性，以微生物的新陳代謝實現河道污染物的生物降解，恢復水體自凈能力，從而實現凈化河道的效果，是對普通微生物技術的強化。主要技術環節為選育出菌體并對其進行培育、富集至一定的菌群規模，技術核心是保證微生物的數量及活性，加速污染物質降解及轉化[2]。主要有土著微生物活化技術和投加外源微生物菌劑兩種方法。

土著微生物因長期與環境共存而逐步形成了適應環境的微生物區系或群落，但對污染物的降解效果受環境影響大、不穩定，需對其進行活化促生。土著微生物活化技術，即基于生態學原理，以水體土著微生物菌群結構調節為核心，培育河道的生物多樣性，進而逐步建立起健康、合理的水生生態循環系統，利用水生生物吸收污染物中的碳、氮、磷等元素進行代謝活動的過程，達到去除污染物以及凈水的目的。微生物促生劑是一種含有機酸、營養物質、微量元素等多種組分的復合營養劑，能刺激受污染水體中土著微生物的生長繁殖，從而快速高效降解污染物，實現水體凈化。

當污染程度超過水體的自凈能力時，僅靠河道中本身所含有的土著微生物已經無法維持基本的生態系統平衡，這時就需要人工投加外源微生物菌種來進行調節。外源微生物菌劑是從自然界篩選菌種按適當比例組合配置而成的高效菌種或利用生物工程技術處理后的菌株制成的具有特殊功能的生物制劑。這些菌株中的微生物可經馴化后大量繁殖，代謝降解水體中的污染物質。目前微生物投加技術中微生物種類多樣，得到了廣泛應用。投加外源微生物菌劑操作簡單，處理成本比較低。在實際運用中單獨使用投加微生物菌劑的方法處理效果不夠明顯，常輔以人工曝氣方式，來提高水體修復效果[3]。

4.2 微孔曝氣增氧

好氧微生物需要足夠的溶解氧維持生存，而曝氣能增加溶解氧含量。因而依據河道水質以及污水排放量，可結合生態修復要求通過微孔曝氣的手段實現河道復氧。通過在水底安裝微孔曝氣設備，對水體進行微曝氣復氧，利用氧氣對內部有機物氧化，讓其轉化成水、二氧化碳等其他無機物質，在優化好氧環境，促進微生物群落恢復的同時，依托這項技術具備的機械功能，改善以往水體環境，讓氧氣更為均勻的分布在水體中，降低發生水體污染的概率，同時還可以通過曝氣形成的溶解氧氧化水底污泥。該技術以對溶解氧的注入修復發生斷裂的水體生物鏈，在此基礎上促進生態系統的逐步修復，屬于重要的生態修復手段。

微納米曝氣與普通曝氣相比，首先，具備較高傳質效率。因為傳質速率較高加之比表面積小，氣泡上升時表面因為液相壓力而進一步收縮以及增壓。一旦壓力進入極限狀態，大量氣體依托兩相界面在水體環境中溶解，在相界面增強傳質能力。其次，自身增壓溶解。氣泡的球形界面，利用表面張力可將氣泡內部氣體壓縮，讓大量氣泡內部氣體在水中被溶解。在水中微納米氣泡的溶解屬于氣泡漸漸縮小的一個過程，伴隨上升的壓力而提高溶解氣體的速度，逐漸增加比表面積提高縮小氣泡的速度，進而最終在水中溶解，從理論角度來講，氣泡在馬上消失時能承受無限大的壓力。產生微納米氣泡有諸多方法，基本原理為通過高速旋轉的液體與氣體，產生氣液混合相然后由高壓噴口將其噴出，這樣會有微納米氣泡大量產生。另外，兩相混合還能游離出液相所含的羥基自由基等，在氣泡表面能夠帶上一定量的電荷，對水中微小粒子具有強力吸附作用，在增強氧化還原作用的同時有效凈化水質[4]。

4.3 建造“水下森林”

以這項技術實現生態修復，其核心在于構建依托沉水植物的水生態系統。由于高等水生植物和水體各方面因素息息相關，因此在此生態系統中沉水以及浮水植物起到十分重要的作用，不僅具備巨大的環境價值還是水體生物維持多樣性的重要基礎，同時起到水體凈化的作用[5]。沉水植物可將水體含有的磷、氮等物質消除，強化水體原有的自凈能力。并且還可以為水生植物創造棲息及營養環境，因此對沉水植物的利用與保護，屬于維持水生態系統平衡的一個關鍵節點。從某種角度來講，沉水植物屬于衡量水體惡化的一個重要標志。如果水體出現惡化會導致沉水植物消失，而在水體健康情況下沉水植物會更加豐富。基于此，河道水環境生態恢復的關鍵在于沉水植被的修復，通過構建起主要是沉水植物的水生植物系統，才會最終實現生態恢復。當該系統被重新建立之后應投放適量的水生動物用于對生態平衡的調整，確保系統可以長時間穩定維持。

對沉水植物繁殖的影響因素比較多，具體包括：一是光照強度。由于大部分沉水植物都是以光合作用完成新陳代謝，所以光線條件也會影響沉水植物的繁殖生長。二是水體透明度。水體很難恢復的原因主要在于其過低的透明度，投放大量食藻蟲就是促進這項指標改善的關鍵手段。在進入雨季之后由于接觸地表污染物,導致水體污染，增加大量的懸浮物，從而明顯降低透明度，應嚴密監測和采用針對性的改善舉措。三是懸浮物。通過對透明度的影響而限制沉水植物繁殖生長，可以在修復期間放入食藻蟲或者以水體曝氣的形式降低負面影響。四是溫度[6]。水體溫度自身敏感性主要受限于沉水植物，如果環境溫度發生變化，雖然基本不會對沉水植物帶來影響，可會影響沉水植物的季節性生長。

5 技術應用

5.1 外源污染控制

當外源污染超過河道本身具備的凈化能力，會在一定程度上加劇河道污染。為此，應重點控制外源污染保障水體質量。據相關研究表明，受暴雨影響被沖落泥沙較之生活污水，不僅污染嚴重而且影響更大，僅控制點源污染無法滿足水環境治理現實要求。通過這項技術，借助自動膜濾裝置著重對雨水污染進行處理，內部的過濾系統能在提高過水性能、防止堵塞的同時將徑流污染有效解決。另外，過濾系統配置的貯水池，在發生暴雨也仍可進行反復自動沖洗，防止長期的污染物質累積，進一步延長系統使用時間的同時降低運維成本。同時，還可利用駁岸生態滯留技術創新駁岸系統，雨水通過該系統滲透到地面，一方面植物能夠吸收地面與雨水中含有的營養物質，另一方面水會由土壤逐漸滲透到河流。除此之外，結合工程要求修建生態駁岸，例如生態走廊、棲息地等，可以使駁岸系統更具生態性并強化水體自身凈化能力。因駁岸具備的滲透性，滯留系統能把駁岸、水和陸地相連為整體，植物間隙、孔洞與空隙是能量和物質之間的交換途徑，有利于更好地發揮水體凈化功能[7]。

5.2 內源污染控制

如不能及時有效處理外來污染源，污染物很容易漸漸累積，和底部淤泥相結合最后變為污泥。產生的污泥會嚴重污染河道水體并且會降低河道水質。外來污染物質即便能夠被及時處理，但是底部污泥所含的大量重金屬與氮磷物質，在滿足條件時污染物被會重新釋放而再次污染河道水體。而利用這項技術，以機械化模式清理河流底部淤泥結合生物酶修復技術，實現有效控制，通過物理和生物有機融合的方式可以提升處理污染物的質量與效果，從而促進生態河道的良性發展。通過機械清淤可以改善河道底泥功能，該技術的成本投入較高，因此經常應用在面積有限且污染較重的區域。對于較大修復范圍且較低污染負荷的河道，可以通過生物酶對底泥進行修復，將底泥含有的微生物激活，通過微生物對有害物質進行降解。

5.3 人工凈化

河道水環境污染將引起水體生態失衡，人工凈化措施可提升水體凈化速率，增強河道防污能力。超微凈化水處理工藝是當前應用較為成熟的處理技術，可迅速凈化水體。該工藝利用大面積氣液結合技術，以超高壓氣水混合方式，產生大量微米和亞微米級氧氣泡，降低水體中的氮、磷含量，消除藻類、重金屬、膠體等污染物[8]。該技術可在短期內消除河道內因藻類引起的水體污染，使水體顏色恢復正常，在提升水體透明度的同時凈化河道環境。同時微米級氣泡中含有的少量電荷可對水體中的污染物進行沉淀吸附，有助于消除河道內的黑臭現象。

5.4 水體自凈化

水體自凈化，指的是增強河道所具備的自然性能，生物控制是其主要使用方法，例如挺水、沉水以及浮葉植物等。通過水生植物優化水體生態環境，其中種植的浮葉、挺水植物能在美化河道的同時改善河道水質；通過栽種沉水植物增加生物多樣性。這項技術重點在于對河道生態的修復，發揮其自凈能力且讓污染增量不會高出自凈化效率，保障生態系統進入到良性循環中。例如，可以在潛水區鋪設水下草皮，在深水區修造水下森林。突出優勢體現在以下幾方面：首先，沉水植物將其根系深深扎入底泥，吸收其含有的營養物質；其次，加快水體的反硝化及硝化速度；最后，提高水面懸浮物質沉降率，有效抑制底部物質懸浮。除此之外通過光合放氧，幫助河道水體快速沉積重金屬及營養物質，利用化感作用，在水中生長的沉水植物能產出酚類化合物，從而對藻類的繁殖生長加以抑制[9]。

6 結束語

河道水環境是城鄉經濟發展的基礎，是地球整個水環境系統中的關鍵組成。隨著水環境污染的加劇，水資源短缺問題日益凸顯，城市河道水環境治理迫在眉睫。治理河道水環境屬于一項系統性、長期性工程，通過有效運用多方位生態修復技術從多方面對水體進行綜合治理，從而改善河道水環境。具體工作中應立足現狀、結合需求，在做好全面分析的基礎上選用合適的修復技術，科學制定治理方案，進而將河道水環境的效用功能盡快恢復。