生态技术在城市水环境修复中的应用

徐明晗

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)



推广应用

生态技术在城市水环境修复中的应用

徐明晗

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)

摘要：城市水环境具有生产生活供水、交通运输、防洪排涝、文化景观等多种功能。目前水环境恶化已成为制约城市发展的重要因素之一。生态修复技术展示出解决这一难题的良好前景。文章分别介绍了人工湿地、生态浮床、稳定塘和生态护岸等典型生态修复技术的作用原理、研究进展与实践应用，为修复城市水体健康功能提供一定的理论参考。

关键词：生态技术；城市水环境；修复；应用

0引言

城市水环境是由城市周围及内部的河流、水库、湖泊、池塘以及地下水等水体所构成，城市水环境作为城市生态系统的重要组成部分，具有供水排水、交通运输、防御洪涝、调节温度、景观休闲等多样功能，是城市圈可持续发展的必要保障。

然而随着中国城市化进程逐年加快，人类的高强度活动如过度排放工业生活废水、建造大量透水性差的地下混凝土设施等，使得城市水环境的承载能力大大落后于水资源消耗速度，从而产生水质恶化、水源短缺和洪涝频繁等城市水环境顽疾[1]。据2014年环保部统计，中国7大淡水流域中低于Ⅲ类断面水质已占28.8%；61.5%地级及以上城市监测点的地下水表现为较差。城市水污染给经济发展和生活安全带来巨大威胁，急需开展治理工作。

污染水体的修复是治理城市水污染的重要途径，按照作用方式划分，目前常见修复技术主要包括物理、化学、生物方法。物理修复有引水稀释、底部清淤、人工曝氧等，化学修复是包括除藻剂、氧化剂、脱硝剂等。生物修复则是通过水生态系统中的鱼类、植物和微生物等生物来吸收、分解污染物。单一的修复技术效果有限，只能作为辅助手段，而基于生态工程原理的生态修复技术兼备以上技术优点，具有良好应用前景。

生态修复技术是依据生态学原理，通过耦合一定的生物代谢、理化技术及工程措施，来调整自然生态系统的内部组成、能量平衡与信息传递等，以遏制生态退化过程，并强化系统自净能力，最终使生态系统恢复至原有甚至更佳的服务功能。关于城市水环境的生态修复研究与应用多集中于城市内河的河道形态修复、河流水质改善、景观水体建设、生态修复材料研发等方面。

1生态修复技术的种类与应用

1.1人工湿地

人工湿地主要是在一定地形下建造的，由人造填料(基质)、水生植物和微生物构成的模拟生态系统，具有天然湿地的结构与功能。其作用机理是水生植物对污水中P、N等营养元素的富集吸收；透水性人造基质的过滤、吸附、混凝和氧化还原反应等作用；以及微生物对有机物的代谢分解。人工湿地具有处理效果好、建造成本低、操作运行少等优点，但也存在占地面积大、设计规划全面性和准确性不足等缺点。人工湿地分类情况见表1。

表1　人工湿地种类及特点

关于人工湿地的研究广泛，国外已取得较多成功实例，如Volker[2]等用垂直流芦苇湿地处理污染水体中有机物、N、P等，平均去除率可超过90%；Scholes[3]等研究了不同气候下人工芦苇湿地对Zn、Cu、Ni等6种重金属的吸收效果，发现暴雨季吸收效果最佳。国内主要以示范工程为主，例如天津空港经济区联用曝气+人工湿地等技术，使景观河道的TP和TN年均值分别<0.40mg/L和1.32mg/L。目前人工湿地的发展方向为：建立人工湿地系统长期运行的效果评价；研究人工湿地植物的多样性与适应性；优化基质吸附效果与使用寿命；人工湿地系统与其他生态修复技术的组合设计等。

2.2生态浮床

生态浮床采用高分子材料作为载体浮床，在浮床上进行草本植物、蔬菜或花卉的无土栽培，其作用机理是利用浮床基质的吸附作用、植物对污染水体中N、P与重金属元素的富集、以及植物根系生物膜上微生物的代谢作用[4]。植物常用的有美人蕉、香根草、芹菜和大蒜等，浮床基质材料一般采用纤维强化塑料、泡沫板、聚苯乙烯、加气混凝土等。

生态浮床扩大了污水修复植物的选择范围，适用于多种水域不占用耕地，能够为鸟类和鱼类提供生息空间，兼具耕种与景观功能，且支持机械化和模块化作业，因而受到众多学者关注，已在湖泊、水库、池塘等水质修复方面得到大量应用。如北京永定河、无锡五里湖、杭州南应加河等均已开展生态浮床应用研究，在降低水质TN、TP、BOD等方面效果显著。

2.3稳定塘

稳定塘是利用人造或天然池塘生态系统的自我净化能力来处理引入污水，作用机理主要是污染物的稀释、混凝、沉淀等物理修复；以及池塘中植物、藻类、微生物的生物修复。该技术建造运行成本低、管理维护方便、节省能耗、处理量大，适用于处理大规模城市污水。按照充氧情况及微生物类型划分稳定塘，如表2所示。

表2　常见稳定塘种类及特点

稳定塘主要缺陷在于有机负荷不高，占地面积较大，易产生异味等，其发展方向是通过技术改进与工艺组合，来改善塘内供氧环境、微生物浓度与底部淤泥状况。众多新型稳定塘技术已见报道，例如一级降解动力学常数值较高的高效藻类塘；由底部污泥降解区和上部生物膜填料区构成的复合厌氧塘；采取底部分散进水且塘底铺设过滤基质层的生物滤池等。

2.4生态护岸

生态护岸是指恢复生态功能的自然河岸，或是具备水透性的人造护岸，既要保证河道水环境与河岸的物质能量交换，不能弱化河道水体自净能力，又要具备行洪和景观功能。生态护岸的修复机理主要是提供生物栖息地和增加水体溶解氧，以保持周边生物的多样性和水陆缓冲带的连续性。

按照使用结构材料的不同，生态护岸可分自然型、半自然型和人工型3类。自然型生态护岸采用植被、干砌石或原木等柔性材料；半自然型生态护岸则在柔性材料基础之上加入混凝土、钢筋或高分子进行增强增韧，以提高坡面稳定性，如关春曼等[5]联合石笼网、生态袋和废旧轮胎，并在废旧轮胎腔体内种植香根草，开发了一种垂直生态护岸挡墙；人工型生态护岸使用生态混凝土、土壤固化剂、框格砌块等材料作地基，再铺设地表土种植草木，如刘荣桂等[6]对镇江某湿地进行了护坡型生态混凝土的浇筑，发现该混凝土有利于藻类和微生物附着生长，具有改善水质和景观作用。

3结语

生态修复技术能够实现水体生态系统的自我恢复，是治理城市水污染问题的重要途径。本文分别介绍了人工湿地、生态浮床、稳定塘和生态护岸等典型生态修复技术的作用原理、研究进展与实践应用。目前我国的生态修复技术还处于探索阶段，应在参考国外先进理论和技术基础之上，综合技术可行性、经济适用性与安全可靠性，融合水利工程、生态评估、材料改性和生物培育等多种学科技术，实施过程考虑修复潜力评估、修复方案确定、修复过程监控与修复效果评价等多个环节，从而实现水体修复目的。

参考文献：

[1]Luederitz V，Eckert E，Lange-Weber M，et al.Nutrient removal efficiency and resource economics of vertical flow and horizontal flow constructed wetlands[J].Ecological Engineering，2001,18(2):157-171.

[2]Scholes L，Shutes R B E，Revitt D M，et al.The treatment of metals in urban runoff by constructed wetlands[J].Science of The Total Environment，1998,214(1-3):211-219.

[3]李怀甫.论城市水环境的治理与优化[C].中国水利学会2013学术年会，广州，2013.

[4]任照阳，邓春光.生态浮床技术应用研究进展[J].农业环境科学学报，2007(S1):261-263.

[5]关春曼，张桂荣，赵波，等.城市河流生态修复研究进展与护岸新技术[J].人民黄河，2014(10):77-80.

[6]刘荣桂，吴智仁，陆春华，等.护堤植生型生态混凝土性能指标及耐久性概述[J].混凝土，2005(2):16-19，28.

Application of Ecological Technology in Urban Water Environment Rehabilitation

XU Ming-han

(Dalian Hydrological Bureau，Dalian 116023,China)

Abstract：Urban water environment has multiple functions including productive and domestic water supply，traffic transportation，flood control and waterlogging drainage and cultural landscape etc,.Currently，deterioration of water environment has become one of the important factors restricting the development of a city.The ecological rehabilitation technology shows a good prospect for solving the problem.In this paper，several typical ecological rehabilitation techniques such as artificial wetland，ecological floating bed，stable pond and ecological revetment are introduced，the principle，research progress and applications of these techniques will be a frame of reference for restoring the city water health function.

Key words：ecological technology；urban water environment；rehabilitation；application

中图分类号：X52

文献标识码：B

[作者简介]徐明晗(1982-)，男，辽宁瓦房店人，工程师，从事水环境监测评价工作。

[收稿日期]2016-01-14

文章编号：1007-7596(2016)03-0107-03