河道水体污染治理与修复技术研究进展

2016-10-21李红霞张建杨帅

安徽农业科学 2016年4期

李红霞张建杨帅

摘要通过对河道水体污染治理与修复技术进行综述，归纳总结了物理、化学、生物-生态3种修复技术的原理、工艺核心及适用范围等技术研究进展，其中物理技术包括截污分流与引水冲污、底泥疏浚、曝气复氧，化学治理技术包括化学除藻、化学固定，生物-生态修复技术包括微生物强化、植物净化、人工湿地、生物膜净化及组合生物-生态修复技术。同时，提出了河道水体修复涉及学科多，应该根据河道的实际情况，采用合理的治理和修复技术。最后对河道水体污染治理与修复技术进行了展望。

关键词河道水体；污染治理；修复技术

中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2016）04-074-03

The Technology Progress for Treatment and Repairing of Polluted River Water

LI Hong-xia1，2，ZHANG Jian1，2，YANG Shuai1，2 （1.Tianjin Capital Environmental Protection Group Company Limited，Tianjin 300381； 2.Tianjin Caring Technology Development Co.Ltd，Tianjin 300384）

AbstractThrough reviewing pollution treatment and repairing technology of sewage river，the research advances about principle，process core and application scope of physical，chemical，biological repairing technologies were summarized，the physical technology including sewage interception and diversion，sediment dredging，aeration，the chemical technology including chemical removal of algae，chemical fixation，the biological restoration technology containing microbial enhancement，plant purification，constructed wetland，biological membrane purification and combined biological restoration technology.Meanwhile，due to river water restoration involved many disciplines，appropriate repairing technology should be adopted based on the actual situation.Finally，pollution treatment and repairing technology of sewage river was forecasted.

Key wordsSewage river； Pollution treatment； Repairing technology

随着经济社会的高速发展，工农业废水和生活污水的排放量已超出河流的容纳能力。由于管网系统和污水处理设施建设的滞后性，大量污废水及各种垃圾未经完全处理直接排入河道，加上河道护岸人工改造和维护的不合理性[1]，导致河流自净能力锐减，溶解氧迅速降低，水质严重恶化，水环境容量下降，引发黑臭现象[2]。2014年中华人民共和国环境保护部颁布的环境状况公报显示：我国七大流域断面中，I类水质断面仅占2.8%，IV类占15.0%，V类占4.8%，劣V类占9.0%；全国423条主要河流、62座重点湖泊的水质监测中，IV、V、劣V类水质断面分别占20.9%、6.8%和9.2%，主要污染指标为COD、TP和BOD。河道污染严重制约了生态环境的可持续发展，威胁到生态安全，因此恢复河流的生态功能已成为治理环境的关键。笔者综述了现阶段河道水体治理与修复的一些关键技术，以期为我国河道水体的治理提供技术借鉴。

1河道护岸整治

河道护岸可有效抗洪和维护河势稳定，丁坝、沉排、现浇混凝土等传统的护坡技术可达上述要求，但破坏了河流原有的生态结构，降低了河流的自净能力[3]。发达国家较早提出了解决方案，如德国提出“近自然型护岸”技术[4]，日本提出“亲水”护岸建设理念[5]，美国利用可降解的生物纤维建造堤岸并取得了良好的效果[6]。近几年，我国也开始重视生态护坡建设，并取得了一定成果，如陈海波[7]提出了以网格反滤生物组合为主体的护岸方案；植物护岸、绿化混凝土植被护岸、土工合成材料护岸和土壤生物工程护岸得到了较为广泛的应用[8]。总之，在保证抗洪和维稳的前提下，河道护岸宜保持河道自我修复的能力及生態系统内部的合理结构功能。

2物理治理技术

2.1截污分流与引水冲污截污是河道治理的前提，主要包括周边排污企业的整治、生活污水的处理、堤岸渗滤带的构建和雨污水管道的分流等[9]。截污可有效控制污染物的来源，从根本上解决河道水体再污染的问题，但截污分流难度较大，涉及水利、市政及公路部门，需要政府部门的管理及相关企业的配合。

引水冲污是以洁净水体置换或稀释原有被污染水体，降低水中污染物浓度，从而达到降低水体黑臭程度的目的，如太湖水质通过“引江济太”工程得到改善[10]，上海市通过引入张家塘清水对黄浦江进行冲污，在短期内取得了较好效果。引水冲污只能转移或稀释污染物，难以从根本上解决污染问题，费用较高，因此目前较少采用该方法治理河道水体污染。

2.2底泥疏浚河道底泥是污染物迁移转化的载体和储存库[11]，在外源污染物得到控制后，沉积物成为主要污染源[12]。底泥中的有機物在微生物的作用下分解，产生H2S气体，使水体变黑臭。底泥疏浚可将沉积物转移外运，减少底泥中污染物向水体释放。底泥疏浚在工程上有较多案例，如1999年对太湖流域1 406 km河道进行了清淤[13]，草海 Ⅰ 期工程的疏浚工程量达400万m2，共去除TN 39 600 t和TP 7 900 t[14]。目前较为先进的设备是绞吸式挖泥船，配以自动控制和监视系统，以管道抽吸的方式清除底泥，有很高的精确度[15]。同时，底泥疏浚存在工程量大、费用高和极易破坏河流原有生态系统等弊端。

2.3曝气复氧曝气复氧是指向水体连续或间接地通入空气或纯氧，加速水体的复氧过程，提高溶解氧含量，增强好氧微生物的活性，从而达到改善河道水质的目的[16]。较常用的曝气复氧技术包括微孔曝气、叶轮吸气推流式曝气、水下射流曝气和纯氧曝气等[17]，该技术对消除河道黑臭有较为显著的效果，具有操作简便、成本低和见效快等优势，发展前景广阔。熊万永等[18]对福州白马支河进行曝气治理研究，基本上消除了黑臭现象；英国泰晤士河、澳大利亚斯旺河、我国北京的清河和上海上澳塘采用曝气技术治理污染河段均取得了较好效果[14]。

3化学治理技术

3.1化学除藻化学除藻是向富营养化的水体中投加除藻剂，通过混凝沉淀或化学氧化等方式除藻[19]，常见的化学除藻剂有纳米TiO2[20]、高锰酸钾、聚合氯化铝和臭氧等。缪柳[21]研究发现，在投加包含铜盐与铝盐的复合除藻剂10 d后的除藻率为80%。化学除藻具有速度快、操作简单和短期内可提高水体透明度等优势，但除藻剂的投加易导致二次污染，生物富集和放大作用可能破坏生态系统。

3.2化学固定化学固定是向污染水体中投加化学药剂，将磷或重金属沉淀于底泥中的技术。余光伟等[22]指出，用石灰将pH调至8～9，水体中的重金属去除率可达85%～98%；林建伟等[23]指出，Ca（NO3）2可有效降解底泥中的有机质，抑制底泥中磷的释放。化学固定具有工艺简单、见效快和可有效抑制底泥释放造成的内源污染等优势，但化学固定剂的投加同样会对环境生态系统产生不良影响。

4生物-生态修复技术

4.1微生物强化河道水体中污染物的降解主要依靠微生物作用，微生物强化技术包括人为创造适宜环境条件、投加微生物菌制剂和生物促进剂等，可以利用的微生物包含细菌、真菌和原生动物等。徐亚同等[24]利用微生物强化技术修复了上奥塘水体；卫明等[25]将微生物修复技术应用于黑臭河道的治理，并取得了良好效果；吴青梅等[26]利用生物技术诱导刺激底泥中土著有益微生物的代谢活性，从而修复黑臭水体；Kobayashi等[27]提炼纯化了可高效降解苯酚的菌种，进行了对污染水体的生物修复研究。微生物强化具有无需构筑物、工艺简单及节省基建费用等优势，核心技术是研发、分离和提纯高效微生物菌制剂，目前，该技术在国内水处理行业受到普遍重视。

4.2植物净化植物修复技术是以植物超量利用积累污染物质为理论依据，通过收割成熟植物，将污染物转移外运，从而达到水体修复的目的。植物可通过根系、茎和叶等器官吸收有机物、重金属和氮磷等污染物，也可通过分泌化感物质、营养竞争和遮光等方式限制水华的生成[28-29]。王寿兵等[30]指出，佛手蔓绿绒和裂叶喜林芋2种植物较适用于城市河道水体修复；马立珊等[31]研究了浮床香根草对水体的净化效果，结果表明：浮床香根草可有效去除氮磷。目前，该技术的应用还受多种因素的影响，如影响水生植物的生态因子、水生植物的恢复机制、物种选择和群落配置等[32]。

4.3人工湿地人工湿地是通过水生植物、填料和微生物共同作用，通过物理、化学和生物的方法实现对污染水体的修复[33]。根据水流方式差异，可将人工湿地分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地三类。杜良梅等[34]研究表明，人工湿地对SS、TN、NH3N、TP和COD均有较高的去除率；张兰等[35]研究了通过构建植物廊道对江苏新沂河进行治理，结果表明，该工艺技术处理污水效果好。人工湿地具有低能耗、便于管理、景观和谐等特点，在国内外已经得到广泛应用，但在设计过程中要考虑填料、植物的配比及占地面积等，工艺较复杂。

4.4生物膜净化生物膜技术是将多种菌、原生动物及藻类固定在滤料或载体上的高效水处理生态系统，对有机物及氨氮污染水体有较好的净化效果，对水质、水量及水温变动适用性强[36]，具有处理效果高、接触时间短、占地面积小和节省投资等优势。近年来，生物膜净化技术在国内外得到了深入研究，如陈书玉等[37]研究了生物接触氧化技术在上海中心城区黑臭水体治理中的应用；李璐等[38]研究发现，生物接触氧化对COD和TP的去除率均可达到50%左右。

4.5组合生物-生态修复由于河道污染修复是一种影响因素较多、体系构成复杂的系统工程，单以某一种修复技术难以达到理想的修复效果，因此，在实际应用中往往将多种工艺组合，如雷恒毅等[39]以微生物强化、化学固定和曝气3种技术组合基本消除了河道的黑臭情况；金承翔等[40]采用微生物净化、植物净化和曝气充氧等技术，对上海中心城区的黑臭水体进行了修复，结果表明：COD、BOD和NH3N的去除率均可达80%以上；汪红军等[41]研究表明：温州北山河COD含量很高，通过厌氧生物膜床和植物塘技术修复后，水质可达到地表水IV类；熊万永等[42]采用人工湿地和生物塘相结合的工艺对福州白马河进行治理研究，结果表明：该工艺运行稳定后溶解氧大幅提高，其他污染物含量明显降低，可达到景观用水的水质标准。

5结论

笔者通过对河道水体污染治理与修复技术进行综述，阐述了物理、化学和生物-生态等方法的技术原理、工艺核心及适用范围等。河道水体修复涉及生态、环境和水利等多个学科，修复过程受河道水体流态、污染物含量及环境条件等影响较大，同时应该根据河道实际情况，结合物理、化学和生物等多种技术优势才能保证修复效果的有效性。总之，河道水体修复是一项复杂的系统工程，一些关键的技术难题亟待相关领域专家学者合作攻关，以期寻找到一套技术切实可行、经济实用、应用前景广阔的综合治理技术。

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