浅析生态修复技术治理黑臭水体

朱 琪

(江苏中设集团股份有限公司，江苏 无锡 214000)

1 概述

改革开放以来，随着我国城市化的发展，环境污染愈发严重，而一些城镇的自然水体出现了严重的黑臭现象，严重影响城市环境和周边居民的生活。出现如此现象，主要是因为大部分城市的水环境处理基础设施不完善、城市居民缺乏环保意识以及工矿企业偷排污水。根据2017年5月31日中国环境保护部发布的《2016年中国环境状况公报》发现全国共有1 285个黑臭水体整治项目，我国愈发重视黑臭水体的治理[1]。而因廉价、无二次污染、高效去污等优点著称的生态修复技术被广泛应用于黑臭水体的治理，但常常出现使用时忽略实事求是、标本兼治的现象。

2 黑臭水体成因及判别标准

2.1 黑臭水体成因

水体变黑发臭主要是因为水中微生物的分解活动产生大量氨氮化合物和硫化氢，导致水体含氧量不足，这也使得大量污染物沉积，水体因大量氧气被消耗而处于厌氧或缺氧，从而促进了金属离子和硫离子的结合，导致悬浮颗粒被硫离子吸附，使得河流湖泊等水体变黑，厌氧分解的有机物产生的硫化氢、氨气，导致水体发臭[2]。研究表明，这一现象在夏季等温度高时尤为明显，尤为此时水中微生物活性增强。

水体的自净能力不足也导致了城市水体变黑发臭。当水体中各种生物的新陈代谢的产物得不到及时分解处理，淤泥长期积存在水底，水体因排入大量污废水而使得水体长期有大量悬浮物，导致水体富营养化，生态平衡遭到破坏，这些因素都大大削弱了水体的自净能力，并且由于城市规划河道时因裁弯取直而导致河流天然水动力不足，水体无法得到正常循环，长此以往必然导致黑臭水体的产生。

2.2 黑臭水体判别标准

在《城市黑臭水体整治工作指南》中根据不同指标评价黑臭程度[3]，将黑臭水体细分，具体分级标准详见表1。

表1 城市黑臭水体污染程度分级标准

3 治理方法

在整治城市黑臭水体过程中应遵循：合理性、全面性、经济性、有效性和安全性的原则[4]。不但要使城市水体消黑除臭，提高水体的水动力环境，恢复水体自净能力，修复水体的自然生态环境，并长期保持城市水体的清洁美丽[4]。针对其黑臭水体的成因，应采用控源截污、内源治理、活水循环、清水补给、水质净化、生态修复等综合措施来消除黑臭[4]。

如今主要采用物理法、化学法以及生物的生态修复法来治理黑臭水体。本文将重点讨论生物的生态修复法。

3.1 物理方法

黑臭水体治理的物理方法主要是采用控源截污的方式，即拦截内源、阻断外源，逐渐恢复水体的自然生态。因此需要当地城市完善城市的排水管网体系，将排水管网截留式合流制，将初期雨水排入污水处理厂处理，有条件时，尽量设计为合流制雨水管网，加强对偷排污废水企业的惩处力度，从而减轻城市自然水体的水质负荷。采用河道清淤、底泥疏浚等方式降低水体内源污染，并注意污泥的运输和处置，避免二次污染。此外采用河道跌水、机械曝气、建设喷泉、机械射流等方式提升水质溶解氧含量，可以改变城市水体的厌氧或缺氧状态，提高城市自然水体的水动力[5]。

3.2 化学方法

治理黑臭水体的化学方法主要是向黑臭水体中投放大量的化学药剂，利用化学药剂与水中污染物发生的聚合作用，形成的聚合物在重力作用下自然沉淀，从而使得溶解性污染物从水中分离，最终形成无毒无味的物质或沉积在水体底部。石灰，Ca(OH)2,CaO2，铁盐，铝盐等化学药剂，可以有效地去除水中悬浮物质，改善水质。虽然化学法可以有效地去除水中的有机物、铁锰等重金属离子，能够在短期内快速实现水体的净化，但不能保存城市水体的长期活性，投入成本太大，黑臭水体容易反弹，并且化学药剂容易对生态系统造成二次破坏，治标不治本[6]。

3.3 生物生态修复方法

生物—生态修复是一种根据水中的动植物、微生物的新陈代谢作用去除水中污染物以恢复水体生态系统的生态功能的治理方法。因其长期有效、经济合理、文明环保、清洁美丽而被广泛应用于黑臭水体治理和海绵城市规划。该方法主要是微生物修复和水生植物修复技术。

水生植物修复法是如今应用比较广泛的经济环保的水处理方法，该方法被大量应用于富营养化、富含重金属等盛水污废水体中，并且其具有美化环境无二次污染的特点。水生植物法通常是采用种植浮萍、水葫芦、荷花和水莲等，在应用中植物的挑选应因地制宜，以本土耐污性植物为最佳。

3.3.1水生植物技术处理黑臭水体的主要机理

1)直接吸收。水体中的一些物质是某些水生植物新陈代谢的营养物质，这些水生植物能够直接吸收水体中的污染物。对于重金属等非水生植物所需的物质，植物也能通过螯合作用等方式富集在植物体内，从而净化水体[7]。

2)物理作用。水生植物通过过滤、吸附、凝聚等物理作用实现对黑臭水体的净化。

3)微生物作用。水中的有机物作为微生物的新陈代谢的营养物质而被去除。微生物栖息在植物的根系上，并且植物脱落的根毛、表皮细胞是微生物的养料，促进了微生物的新陈代谢。植物与微生物的共生关系，进一步促进了水体污染物质的去除[8]。

4)抑藻作用。由于部分水生植物能够直接分泌出抑藻物质，克制了水中藻类的繁殖；并且由于水生植物与藻类在光能、营养物质的竞争中，由于其体型大、吸收强、周期长等因素而处于优势地位，抑制了水中藻类的生长[9]。

5)酶催化。 植物分泌的生化酶在对有机污染物的降解、转化中发挥了巨大的作用，植物死亡后，酶释放到水体中，可以继续发挥降解作用。

3.3.2水生植物修复应用

常见的水生植物修复水体生态的技术是生态浮岛与人工湿地。生态浮岛是一种构建在河道中流速不大的漂浮体，这种漂浮体使用无土载体种植植物[10]。生态浮岛还具有美化城市，丰富生物栖息地的作用。人工湿地利用土壤介质的截留吸附过滤作用、各种生物的吸收和降解作用实现对黑臭水体的净化。通过大量的实践研究发现，水体中的氮磷、铁锰等元素可以直接被植物吸收富集，极大地降低了水中污染物质的含量，并且水生植物的根部可以向水中输送大量氧气，增加溶解氧的含量，逐渐美化水体环境[11]。并且种植水生植物可以固定底泥，吸附悬浮物质，极大地降低了水中悬浮物质的含量，防止底泥的二次污染。虽然水生植物修复水体优点众多，但也有一定的局限性，如应注意植物因季节变化产生的净化效果的差异，不同种类的植物处理不同水质的差异，以及植物枯萎后若未及时处理极易造成水体的二次污染等情况。所以应因地制宜，一河一策，及时收割调节植物，防止二次污染。此外应注意与其他方法的结合，面对河流水质特别差时，可以结合曝气、微生物的协同作用、生物膜、生态浮床、空气过滤器等方法，实践证明是切实可行的[8]。

人工湿地可以分为以土壤基质为主和以植物碎石床为主两种类型。前者占地面积较大，后者通过在不同部位栽种不同的优良水生或湿生高等维管束植物，大幅提高水力负荷，极大地减少占地面积，规划科学合理，经济节能，越来越为实际工程青睐[12]。其一般工艺如下：

上游水体→上游取水口→生态砾石床→多段植物碎石床→上游水体。

3.3.3微生物修复应用

微生物修复是利用微生物的新陈代谢作用净化水质的环保型工艺。主要是培养水体原生微生物、接种外来的特种微生物，以及投加促进微生物繁殖的药剂等来实现净化水质。但水中微生物的生理活性易受制于外界环境。采用固定水中游离微生物方式能够促进微生物的快速繁殖，促进水中氮磷物质的去除[13-15]。但微生物法的局限性表现在微生物的专一性，需长期驯化，生长环境严苛。

3.3.4生态岸带修复

生态岸带修复是多学科交叉的河岸管理工艺。在整治黑臭水体的过程中，通过河岸周边植物对流经水体的吸附截留作用，河道水体水质得以改善。生态护岸因其促进水体下渗、维持水循环、防止水土流失、促进生物多样性、调节河溪湖泊微气候而被广泛应用于海绵城市中[16,17]。具有一定宽度的河岸带具有过滤、吸附、沉积、吸收和削弱污染物毒性等功能，优化进入地下的水体的水质。1980年Lowrance 等[18]发现通过河岸带植被的过滤等作用可以有效降解水质氮磷物质，并且被河岸植被带过滤直流吸附的含氮量为进入到河流中的6倍，并且被生态河岸带截流过滤的水中污染物得到植物根际微生物的降解。生态驳岸兼具削减进入水体中的污染物质、提升水质、美化自然环境的功能。

生态岸带生态修复机理主要是微生物以及动植物的生殖活动以及过滤净化汇集等共同作用。河流滨岸带为水中动植物提供正常生活、生长、觅食、繁衍的场所和生存条件，从而在驳岸带形成生物群落和促进生态循环。河流河道作为水中污染物质流动的载体以及生物活动的渠道，而水体流动促进了水和水中动植物的交换，而其他类型的生物群系流动于河流滨岸带进行。河流各个方向的通道使得水中动植物和营养物质可以向各方向移动，而营养物质由于浓度差的流动过程吸收了大量物质、生物等。河流滨岸带相当于大型过滤净化器，其过滤吸附拦截功能减少了水中沉积物的流动，例如呈现出过滤净化作用的河往往是河道宽阔、水动力充足、流动性好的河流。河流河道的宽度和联系性关系着河流水体中物质的流入输出、转移、过滤或者消失。在整个河流流域范围内，驳岸带联系着水体的各个生态群落的栖息地，汇集整个河流流域并提供物质。

在规划河流滨岸带时，应因地制宜、统筹兼顾、放眼全局、充分利用水流及原生生物，结合先进的工程技术和管理措施整治河流污染，恢复生态。

4 结语

物理法、化学方法、生物—生态修复法都在城市黑臭水体治理中扮演着重要角色，而人工曝气增氧的方法可以促进水体中氨氮的去除，增加水中溶解氧的含量，改善底泥环境，净化水质。

在城市飞速发展的如今，黑臭水体治理工程任重而道远。在整治黑臭水体过程中，首先我们必须实事求是，积极调研，与时俱进，因地制宜，根据河流的实际水质情况，对症下药，标本兼治，一河一策，多技术多工艺结合，切忌以偏概全。基于挺水浮水等水生植物以及微生物来治理城市黑臭水体，经济环保，迅速恢复黑臭水体河道的生态系统，建成生态宜居，幸福美丽的城市。