郑州城湖水质生态修复技术

黄立新

（郑州市金水区农业农村工作委员会郑州450000）

人类对水的需求不仅限于生活用水、工业用水和农田灌溉，在社会的各个领域水都是生活质量的重要指标和人类重视的自然资源之一。但人类的活动对环境的影响越来越严重，城市垃圾、生活污水及养殖业废水的排放、工业农业的面源污染等都可以造成城市湖泊水体污染及发生富营养化，严重影响人民群众的生活质量。我们要采用科学措施，努力改善湖泊水质，营造岸绿水清、优美怡人、适于居住的城市环境。

1 郑州市水系及城湖概况

郑州市地跨黄河、淮河两大流域。在郑州境内的黄河支流有伊洛河、汜水河和枯河。淮河支流有贾鲁河、七里河、索须河、颍河、双洎河、运粮河等支流。东风渠是1958年为发展引黄灌溉而开挖的人工河，干渠全长26.2 km。东风渠支流有金水河，东北流向，横穿市区，全长26.31 km。金水河的市区段河道经治理后，底宽20～30 m，是郑州市区内的主要排水河道，也是市区内一道美丽的风景线，是市民平时休闲的好去处。

郑州市城区的主要湖泊有：（1）北龙湖。北龙湖从2012年10月开始蓄水，湖面面积600 hm2，和杭州的西湖相当。（2）龙子湖。位于郑州市郑东新区，湖面面积95 hm2。龙子湖位于北龙湖下游，利用北龙湖下泄水进行水量补充和置换。龙子湖中央的湖心岛有近133.3 hm2的面积，并设有体育场、图书馆等公共设施。（3）蝶湖。位于郑州市经开区第十五大街南滨河新城内。蝶湖灵动秀美，风景宜人，适宜在此漫步、戏水，蝶湖大桥跨过经开区潮河蝶湖生态公园水面，是出名的“戒指桥”。（4）天健湖。天健湖位于郑州高新区科学大道与七叶路交叉口向北300米，是用原有河道进行蓄水而形成的小型湖泊。（5）西流湖。郑州西郊的西流湖在20世纪70、80年代曾经扬名整个郑州市。西流湖是贾鲁河道的一部分，水源充足，植被丰盛。现在西流湖公园是一个城市生态公园，共分为城市界面景观区、生态密林景观区、疏林草地景观区、滨水特色景观区和湿地生态景观区等。（6）如意湖。如意湖位于郑州郑东新区CBD中央公园的中心。（7）洞林湖。洞林湖水域面积67 hm2，位于郑州市荥阳市贾峪镇新田大道。（8）雁鸣湖。中牟雁鸣湖生态风景区，因每年冬季栖息众多大雁而得名。（9）象湖。象湖位于郑开大道上，因湖面形似大象而得名。微风吹来，湖水有节奏地拍打着岸边，200 hm2的湖水在阳光下波光粼粼。

2 城市湖泊污染原因及主要危害

2.1 原因

湖泊污染是因为过量的泥沙等悬浮物、无机盐和有机物流入湖泊后，造成各种微生物大量繁殖，水体透明度下降，生态系统的结构和功能严重退化，生物多样性减少，发生水体富营养化的过程。

湖泊富营养化的发展过程在自然条件下非常缓慢，但是会随着人类活动而急剧加速，人们日常的生活污水和工业污水的排放，农业种植及畜禽的面源污染，旅游等都会加剧湖泊的富营养化。湖泊富营养化过程中，随着水体中磷、氮含量不断增高，大量快速生长繁殖的藻类会造成水体中溶解氧含量下降，从而使水中的生物大量死亡。经研究，当水体中磷含量大于0.02 mg/L、氮含量大于0.2mg/L时，水中的藻类便加速生长，就会产生水体富营养化。

湖泊的富营养化多发于夏季。在夏季，光照充足，表层温度高，在有充足营养盐供应的情况下，水体中藻类的光合作用大大加强，藻类大量繁殖，而且夏季水体的热分层现象也将导致下层水体溶解氧降低，在缺氧状况下底泥中的磷释放，水体中的磷含量会逐步提高，进一步加剧水体富营养化的发生。

2.2 主要危害

现阶段，湖泊水体富营养化是湖泊治理的重大问题，它不但会对水资源造成影响，甚至会造成公共危害，使人民群众在经济上和环境上都造成巨大的损失。主要危害表现在以下几个方面：（1）富营养化的水体中会产生一种叫铜绿微囊藻的蓝藻，会释放出肝毒素，它是一种生物神经毒素，如果动物、家畜或水生生物饮用后，就会发生中毒现象。（2）湖泊水质逐步恶化，污染的水体渗透到地下污染地下水，严重威胁到人类的健康，并会影响到水生动植物的生存。（3）富营养化会破坏水体的食物链结构，使得水体中生态平衡被破坏。（4）湖泊水体的恶化，会对旅游、水产养殖、水上运输等行业造成较大的经济损失。

3 防治对策

城市湖泊富营养化的发展趋势十分严峻。郑州市城湖采用了很多措施防止富营养化的发生。

3.1 控制污染源

外界污染物进入湖泊水体后，水体中的营养物质会急剧过剩，随之造成藻类的大量繁殖。治理的主要措施就是控制污染物进入水中，即对污染源的控制。污染源有内污染源和外污染源两种。外污染源分为点源和面源。一般分布在湖泊的周围。“点源”污染通常由管道形式集中排放，可直接通过监测确定。“面源”污染一般具有区域性，产生的地点和时间不固定，地表和大气中的污染物随着降雨被带入了水体中。外源污染物得到有效控制后，内污染源的控制也是污染治理的有效措施。例如控制养殖污染、船舶污染、旅游污染、底泥污染等。

3.2 加强管理

随着人民群众的环保意识越来越强，对于水质较好还未被严重污染的湖泊，我们要以防为主，防患于未然。特别是点源污染的治理，要实施可持续的消费和生产模式，促进废物无害化、资源化、减量化处理，减少因人类活动而对环境造成的危害。通过减少污染源数量、植树造林减少水土流失、制定水质管理条例法规、加强教育宣传等都能起到良好的效果。对于污染相对严重的湖泊，应该以治为主。疏浚底泥、截污、引水冲湖、种植高等水生生物等都能有效缓解。在治的同时我们应在行政、技术、经济和法制上加强管理措施，利用行政监督管理，制定污染物排放量指标，并定期核查。对造成水污染的企业，应当进行整顿和技术改造。加强企业水污染源综合防治技术的研究，采用对环境无害的新设备、新工艺，从而减少或消除废水的排放。排污单位应交纳相应的排污费用。建立健全取水、用水、排污等许可证制度，制定并严格执行国家、地方水污染防治的相关法律、法规。

4 城市湖泊水质生态修复技术

生态修复技术是以生态学原理为基础，通过一定的生物生态工程的技术方法，人为改变和切断生态系统退化的主导因素或过程，从而尽快的使生态恢复到一定的水平。目前，水生态系统的营建主要是恢复改善水生植物生存条件，促进植物恢复。对已经丧失自动恢复能力或不符合水质改善要求的水域滩涂，必须通过生态工程进行人工重建。为有效地降低修复的投资和成本必须将控制或切断污染源与修复污染水体结合起来，否则，水体修复效果难以得到保证，甚至修复后水体更加恶化。水体修复技术必须在实践中得到检验和完善，注重各种技术的集成与创新，加强生物修复技术同工程修复技术的有机耦合。

4.1 引水冲刷（稀释）法

引水冲刷（稀释）法是通过向被污染水体中引入大量清水，增加被污染水体资源总量，稀释被污染水体中污染物的浓度，增强水体自身自净能力，改善生态系统的营养结构，达到改善水生系统的目的，使水体达到相应的水质标准。

4.2 人工曝气充氧法

水体被污染后，水体中的有机物分解会消耗水中的溶解氧，溶解氧浓度变低，水体进入厌氧状态。人工地把氧气充入水中，水中溶解氧浓度增加，尤其是底层水体，好氧微生物的活力就会加强，同时加速微生物的生长繁殖。湖泊水库的水质状况得到明显的改善、水体自净能力加强，恢复水体的生态系统。人工曝气充氧技术占地少，具有快速、高效、简便易行的优点，不足之处是停止人工曝气后，经过一段时间，水质又会恶化至原来的水平。

4.3 底泥生态疏浚法

疏浚法是将受污染的底泥从污染地区挖掘起来，防治污染物向地下水或覆盖水体扩散，将底泥运输到经过各种工程准备(包括布置衬里、设置通风管道等)的地点堆放，并在此进行生物修复处理，减少或者降低底泥中的污染物含量。同时，对底泥的滤液进行处理，能有效避免水体的二次污染。

城市水体中大量的污染物质累积在底泥中，其中包括重金属元素、一些难以降解的有毒有害物质和动植物的腐烂物等。这些有害物质在一定条件下会被释放到水体中，造成水质恶化，同时散发出臭味，严重影响水生动植物的生存。这些有害物质会通过食物链富集在生物体内。

4.4 直接除藻法

直接除藻法有物理除藻、化学除藻和生物除藻三种。（1）物理除藻。利用超声波所产生的声流、机械振动和空化效应造成藻类细胞组织断裂、损伤或粉碎，使其产生物理和化学变化，破坏蓝藻天然复合物的关键组成部分，并抑制其生物合成和光合作用的进行，从而达到抑制生长的目的。（2）化学除藻。主要采用化学除藻剂、杀藻剂、加入铁盐促进磷的沉淀，加入石灰脱氮等。化学药剂法通常在水源地行，和水处理厂进行。目前世界上多个国家常采用此法控制湖泊水库中藻类的生长。化学法除藻应用相对较为灵活，效果也较好。不足之处在于蓝藻繁殖速度快容易形成优势种群，所以即便当天见效，一段时间后蓝藻又会大量繁殖。化学除藻使水中增加了新的对健康不利的化学物质，给水体带来二次污染，所以在大水面用药剂除藻不十分理想。（3）生物除藻。通过生态系统食物链及生物的相生相克关系来抑制或控制“水华”，控制蓝藻的生长繁殖。如通过投放滤食性鱼类来控制蓝藻“水华”的发生。这种方法既不破坏水体中生态的平衡又能控制蓝藻恶性增长。鱼类长成捕捞后带走水体中的过剩营养物质。这种方法能很好地减轻水体污染，改善水质。

4.5 人工湿地修复法

人工湿地修复技术是指含污染物的水体在沿着一定方向流动的过程中，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学和生物三者之间相互作用，对被污染的水质进行净化处理的一门技术。与传统的污水处理厂相比，它的优点是缓冲容量大、建设成本和运行费用低、工艺简单、处理效果好，缺点是处理速率慢。近年来，人工湿地技术发展迅速，目前已运用到工业污水、矿业污水、水产养殖污水、垃圾渗滤液、污泥脱水后的污水、城市地表径流、高速公路地表径流、飞机场地表径流、雨水等的处理和污染水体的修复中。人工湿地的一个主要问题是随着运行时间的增长，床体会出现堵塞问题，为此在湿地具体运行时应当采取“间歇脉冲进水"、“潮汐式进水"、“床体经常性的停运”、“填料反序填充"等技术。此外，还要注意增大净化污水的有效空间，充分利用湿地体积，提高净污功能。

4.6 生物操纵法

生物操纵的目的是通过湖泊水生生物群落管理来改善水质。外部过剩的营养物质的输入会引起藻类的快速繁殖，导致水质恶化；同时以藻类为食的浮游动物又会被大量的捕食浮游动物的鱼类吃掉导致水体富营养化的加剧，因此在这种模式中通过放养凶猛鱼类来逆转食浮游动物鱼类对浮游植物的影响从而改善水体富营养化状况，在此过程中要注意防范外来物种的入侵。

4.7 水生植物修复法

水生植物对污染物有很强的吸收能力，通过在污染水体中种植耐受性好的水生植物，达到吸收、积累、降解等作用，从污染环境中去除污染或固定环境中的污染物，从而减少或减轻污染物毒性的技术。水生植物自身通过生长代谢能吸收掉水体中大量的过剩营养物质，并能有效吸附水体中的悬浮颗粒物，达到抑制低等藻类生长，并能有效的富集水体中重金属等。水生植物修复的过程可以分为两个步骤，稳定和提取。植物稳定是利用植物发达的根系产生的酶系统或水生植物本身形成的微生物系统降低水体中重金属的活性，防止其在水体中扩散。植物提取是指水生植物在生长过程中，发达的水生根系吸收掉水体中的有害污染物质，再通过对这些水生植物进行适当的回收处置，达到净化水体的作用。我们经常使用的水体修复的植物有水葫芦、水花生、水芹、菱等，芦苇是国际上公认的处理污水的首选植物。水生植物修复技术的优点是在去除有机污染物的同时，也可以去除无法被微生物降解的重金属，植物对重金属的修复有三种形式即植物固定、植物挥发和植物吸收，研究表明，水生植物可大量吸收并在体内积累铅、铬、汞、镍、锌、铜、镉等重金属。种植水生植物投资少，运行费用低，污染物泄露少。但是水生植物修复技术存在一个弊端，一些水生植物在水体中生长速度过快，比如凤眼莲，很容易减少水体的采光面积，从而阻隔空气与水体之间的交换，降低水中的溶解氧浓度，反而会加重水体富营养化的发生。同时水生植物掉落的叶片和被腐蚀的器官等会携带吸收的重金属有害物重返水体，因此需要及时清理。

4.8 人工浮岛法

人工生态浮岛技术是水环境修复技术生物调控法之一。人工浮岛是一种像筏子似的人工浮体（形式不同的复合生态浮床），以浮岛作为载体，栽培陆生的观赏植物或水生蔬菜，这些观赏植物或水生蔬菜会产生发达的水生根，这些根系在水体中形成浓密的网状结构并会形成生物膜吸附大量的悬浮物，将其中的有害物质降解和吞噬。浮岛技术不但可以净化水质，还能营造和美化景观。