生态修复技术治理污染的水体

2014-03-27张丽杰

中国新技术新产品 2014年11期

关键词：沉水植物蓝藻底泥

张丽杰

（广州园林建筑规划设计院，广东广州 510055）

生态修复技术治理污染的水体

张丽杰

（广州园林建筑规划设计院，广东广州 510055）

阐述采用生态修复技术治理污染水体的机理及其运用需应注意事项。

生态修复；食藻虫；水生植物群；水生态良性循环

随着我国经济的快速发展，湖泊、河涌及水库等水体的污染也日益严重，大量含氮、磷肥料的生产和使用，食品加工、畜产品加工等造成的工业废水和大量城市生活废水，使水中富含氮、磷等植物营养物质。有了充足的养料保证，藻类，特别是蓝藻（主要是铜绿微囊藻）泛滥成灾，严重污染水质。蓝藻细胞外面被一层厚厚的多糖类物质所包围，这些藻胶和多糖类物质几乎不能被任何高等动物的消化酶所分解，国内外许多工程案例都尝试采用高等动物包括鱼类治理蓝藻污染，均未获得理想的结果，蓝藻几乎成了食物链和生物链的盲端。由于蓝藻的爆发，会造成湖内缺氧，沉水植物不能进行光合作用，导致沉水植物灭种，各种水生物缺氧而无法存活，整个水生态系统失衡，藻类成为水体中的主导物种，最终导致水体变绿变黑。

本文介绍完全采用生态修复技术治理污染的水体

一、采用生态修复技术治理污染的水体机理：

1 采用食藻虫处理控制藻类

食藻虫是一种经长期改良驯化的可控制藻类污染的低等甲壳浮游物。

图1

食藻虫能够大量摄取蓝绿藻、腐屑、悬浮物与有害菌类，同时，其本身又是鱼虾蟹贝等水生物所喜爱的食物。这样，处于食物链盲端的蓝绿藻转化成为水产品的途径被有效地打通了，从而使水体的藻类污染得以根治。蓝藻适宜生长在弱碱性的水环境中，经驯化的食藻虫所产生的排泄物具备弱酸性，可有效降低水体的PH值，使蓝藻的生长受到抑制。食藻虫消除藻类后，水体透明度大大提高，有益于其它水生物的生长,同时，由于食藻虫的生物特性，可将微生物等带动在水体中的分布和生长，为沉水植物生长创造条件。食藻虫引导的沉水植被生态修复技术对水体净化效果的稳定性好（见图1）。

图2

2 建立水生植物群，恢复物种多样性：

在水体中种植沉水植被、挺水植物、浮叶植物群落，并通过沉水植被的光合作用把大量的溶解氧带入底泥，使淤泥中的氧化还原电位升高，促进底栖生物及微生物的繁衍，进一步促进水体生态系统恢复多样化。

（1）挺水植物：主要靠根系吸收部分淤泥中的营养物质，光合所需碳源来自空气中的二氧化碳，产生氧气直接排入大气。

（2）浮叶植物：从根系和浮叶背面吸收水体和淤泥中营养物质，但碳源也主要来自大气，产生具备净化力的氧气通过浮叶大部分进入大气；对上层水体有一定净化力。

（3）沉水植物：根系和整个叶面直接吸收水体和淤泥中营养物质，所需碳源直接从水体中吸收，产生的氧气直接对自下而上对整个水体产生巨大的净化力。综上所述，恢复沉水植物——“水下森林和水下草皮”，是水域生态恢复自净能力的最优化模式。

目前使用较多的边坡驳岸挺水植物、浮叶植物湿地净化法——这种方法从水域立体造景上意义重大，但从城市景观水体净化意义上来分析，有较大偏差。不同水生植物水质净化作用与自身代谢（二次富营养）百分比：（敞开于屋顶的试验，包括空气污染），（见表1）。

在水体中种植沉水植被，如轮藻群落、篦子眼子菜群落、苦草群落、海菜花群落等，使水体产生制氧功能，水体中的有机物被氧化成无机盐而加速结晶下沉。沉水植物根系将有效吸收底泥养分，使底泥中有机物被矿化，形成表面的矿化层覆盖下部淤泥层，减少有机物进入水体，沉水植被替代蓝绿藻进行水下光合作用，释放出大量的溶解氧，吸收掉水中过多的氮、磷等富营化物质，能形成水域生态“水下森林”和“水下草皮”自净功能，也能进一步抑制蓝绿藻。沉水植被恢复后，底泥氧化还原电位升高，有利于水生昆虫和水生底栖生物的大量滋生，在沉水植被共生作用下，“水下森林”和“水下草皮”形成底泥营养物质的封存和生态链自净（物质能量的逐步吸收转化）。食藻虫引导沉水植物进行生态修复有利于水体维持高透明度。

3 建立水生动物群，进一步恢复物种多样性：

在水体中投放优选、养殖的水生动物：如鱼、虾、本地螺、贝等水生物，促进水体的微循环，为其它水生物的生长创造更佳条件。水体及底泥中的营养被沉水植物吸收，当植物生长过快时，可以适当收割。同时水体中的鱼虾及螺、贝等水生动物能食用部分植物及食藻虫，当鱼类等过度生长时，可以适当捕捞，从而形成水体养分向水生动植物的转移。通过收获有机水产品把水体水中的氮、磷等富营养物质从水体中转移上岸，彻底降低水体水中的富营养化程度。

4 完整建立健康的水生态良性循环系统

（1）从已有的研究结果看，水生植物可以显著提高富营养水体的水质，对氮、磷污染也有明显的净化作用。同时水生植物能抑制浮游植物的生长，从而降低藻类的现存量。因此，恢复以水生植物为主的水域生态系统是净化水质的合理有效措施和保障生态系统良性循环的重要措施（2）。水体彻底消除水体富营养状态，能使修复后的水体具备了自净功能，一般少量污水（每日排入不超过5%修复水体总量）可以通过水体生态系统所具备的净化功能自净。沉水植物和水生动物成为水中的主导物种，藻类不再有生存空间，水体可以保持长期清洁（见图2）。

二、采用生态修复技术治理污染的水体的优点

图3

表1

表2

1 全生态的水质净化技术体系，不使用任何化学药剂净化水质，不使用诸如杀藻制剂、杀草剂等，无任何生物的或者化学的二次污染;水质主要富营养指标在生态系统稳定后达到国家地表水三类标准，洁净的水体大大减少蚊蝇滋生，提升环境的舒适度。

2 不需要建设水体的净化设备用房（即不需要水域以外的占地）。

3 符合打造节能低碳社会的建设理念―水质能持久保持地表水三类标准，终年不需换水，水体本身具有自净功能。修复完毕后，日常使用中不需采用任何电力设备来维持，水生植物本身可以吸收二氧化碳并产生氧气，实现“负碳”。

图4

图5

4 由于水生植被能够固化水底淤泥，吸收底泥中的养分，将底泥中富营养成分彻底转化成水生植物纤维素，所以无需清除水底淤泥，也不需排干水体。

5 景观优美：水底布满水草，鱼虾嬉戏其中，恢复自然优美水景，透明度可以达到2米，水质清澈，水下景观充满生机。

6 效果持久：水体修复后经过合理维护，目前最早完成的项目已长达6年多，仍然保持良好状态。

7 维护简便：运用“食藻虫”治理水体富营养化污染，依靠生态系统食物链关系，形成生态系统良性循环。生态系统建立后，景观得以构建和保持，后期只要加以适当维护，调整物种种类和数量，维持自净的生态，效果即可长期保持。

三、采用此技术治理污染水体的适用范围及应注意事项

1 仅适合相对封闭的水体，一般补充水量不宜超过总体水量的5%，且水质为一级排放标准的A类。如果总水体量很大，可以适当的加大补水量。

2 水体面积的适合范围不宜小于1000平方米，因为水体总容量太小，建立起来的水生态平衡抗冲击能力较弱，且投资成本较高。

3 对水深的要求，水深宜为为0.8～3米之间，最小水深不得小于0.5米。对于我国的南端如三亚，水深不得小于1米，因三亚的气温常年较高，避免水草热死；我国的北端如长春，水深是冰冻深度加上水草要求的生存水深度。因此各地的气候条件也决定了水深要求也也不同。

4 由于我国地缘辽阔，南北气温相差大，相对应的水草习性也有不同。例如在北方的水沉草就需冬眠，当水结冰后，冰下水温一般在2～3℃左右，冰层融化后，水草又可从冬眠状态苏醒；而南方的水草需选用需耐水草。因此根据不同的气候及水质条件，应选择不同的水草种群进行搭配，同时对投放食藻虫的时间和数量都需根据实际情况进行设计调配。

5 整个水生态系统的生命周期，理论上可达到数十年，有待项目运行验证，现目前已运行的水域仅为6年（北京圆明园—凤麟洲64000m2水深：0.8-2m竣工时间：2008年）。

6 比传统污水处理方法一次性投资高，建立一套完整水生态体系，所需费用约250元/ m2，但其后期维护费用较低。

7 应注重水生态体系的维护及保养，对于连续水域，一般10000平方米需配置一名专业的水域保管员。

广州麓湖公园（聚芳园）

施工面积：1300m2完工时间：2011年5月效果保持至今（见图3-图5，表2）。