污染水体应急治理+生态修复耦合理论的研究

陈丽媛 ，潘红忠 ，王宇飞 ，姚华明 ，3

（1.长江大学资源与环境学院，武汉 430100；2.湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434000；3.中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

在我国由于水体适用标准差异或是功能界定不当，即使实现了达标排放，纳污水体仍然面临较大的水质超标风险［1］，在不达标排放或发生突发性水污染事件时更甚。在工程实际中，常采用应急治理的方法来快速治理水污染，其中又以化学法最为普遍。以PAC絮凝剂为例，因其即时、高效，常作为水污染应急治理的基本手段；但与此同时，其“治标不治本”，且易造成二次污染的不足，也限制了其科研及实际中的应用。毋庸置疑，应急治理可快速打开局面，并为后续生态修复创造条件。本文基于应急治理与生态修复耦合的现实意义，探讨应急治理与生态修复耦合的理论体系，以期为工程实际和科学研究提供科学语境及研究思路。

1 应急治理+生态修复耦合的组成要素及其关系

1.1 耦合的组成要素

应急治理+生态修复耦合是围绕水生态环境改善和生态系统再演化的研究。应急治理主要以物理化学吸附、化学氧化分解、物理拦截、稀释换水等技术手段为代表，是即时控制性的组成要素。生态修复主要对生态系统进行调整平衡、提高净化能力，代表长期维护的组成要素。

耦合是一种外部环境和人为参与共同作用于水体的过程。水体背景指标的变化体现了在一定环境条件下，人为活动和近岸改变、生物等作用的输入信号变换，而水体环境内部的水、营养元素、生物、水泥交界面的状态则反映了输入所产生的响应。外部环境对水体的物质输入控制既为水生态系统提供了能量变化也激活了系统运动方式［2］。应急治理更多是通过直接控制外部环境的输入信号发挥作用，而生态修复是鉴于环境因素的交互机制和连锁响应分析优势种生态位特征，调整水体中群落结构，以促进水生态向着平衡稳定方向演替。

1.2 要素间的关系

应急治理往往以相对短暂的时间、高强度的输入作用于水体生态系统，形成长久的影响。生态学和物质循环的性质决定了水体生态系统的内部响应存在路程效应，应急治理与生态修复有效的基础在于输入能形成正叠加效应足以使水体环境从恶性不可逆的稳定态突变为可以创造更多生境的临界态，再渐变式地演化为可以消化系统内部正常涨落的自组织系统。

目前对治理修复的关注多集中在技术上的作用方式、施用地点、因素改变、强度等方面，而对实施的时间继起关系和排列次序考虑不足。应急治理与生态修复的耦合在于水体环境宏观上的整合协调与微观的能动性相结合。

在耦合系统中，应急治理的部分与生态修复部分是存在物理、化学和生物学的相互联系的。如水生态系统中的水土作用、生物代谢积累等现象都需要基于这些联系具体考量，因此，研究这些要素的耦合不能只是割裂的从采取的每项措施的成分分析，还应该结合各组成要素的存在方式，也就是措施间的继起关联。

2 理论研究的基础

2.1 可生化性是治理修复工作的重要参考指标

可生化性对污染水体的处理效果和处理工艺的选择有重要意义。应急治理作为长期修复工作的预处理或前期阶段，采取以物理、化学手段为主的技术作用以提高可生化性，削弱水体毒性和富营养化程度。提供给微生物或其他修复环境的生态手段一个适应并发挥作用的环境。

2.2 目前的技术研究证明应急治理可以无显著副作用

以应急治理手段中备受争议的絮凝剂为例，目前研究表明在水系统自然环境中的转移和降解没有发现残留AMD释放的证据，另外发现多种能对高分子絮凝剂进行生物降解的微生物。

2.3 应急治理+生态修复耦合能实现1+1>2的效果

水体生态环境遭遇某类或某几类污染物质的突增，超过水环境容量，造成水环境系统失稳。治理修复技术上的复合提高对于应用环境的适应灵活度，改变传统采用单一技术治理的不足，解决实际推广应用中存在问题，形成达到优势互补。应急治理能适应实际环境中水质的波动，而耦合方式符合污染物成分复杂的情况。

2.4 有效的实际研究案例

有研究表明，利用生物菌剂、锁磷剂及水生植物复合治理景观水体后可由劣Ⅴ类水改善为Ⅴ类水体，根据其第二年所进行的长达半年监测结果显示仍基本满足Ⅴ类水体标准［3］。鲁康桥等［4］利用水体快速净化剂、微生物制剂和水体曝气复氧这类应急手段在60d内消减的COD、氨氮、TP分别可达到2.18，2.53，0.3t，后续采取长效提质的工程实践说明应急治理+生态修复的耦合研究是具有现实意义的。

3 应急治理+生态修复耦合的优势

治理修复工作通常是面对流动性差、缺氧和浊度色度高的水体［5］。在这样的初始项目环境下，生态修复往往难以得到好的治理效果，甚至会加重水环境的污染。工程应用中，前期进行应急治理的必要和优势突出，而对应的修复水环境的长效性、生态性和经济安全的一些原则，需要采用生态集成技术的优势，在对污染成因的详尽了解后，采取有针对性的治理措施，完善生态修复过程。在治理修复过程中，需要考虑不同技术间的优势和适用范围差异，根据对现场情况的详尽调查了解，精准找出实现治理目标的阻碍。在应急处理阶段，采取底泥疏浚、投加絮凝剂、活水保质等手段，达到快速增加水体透明度、减少内源污染释放和固定重金属的效用。快速消除黑臭为进一步的曝气、利用水生动植物及微生物等改善水质工作创造生境，形成稳定的水体环境。

4 应急治理+生态修复耦合的方法

结合主导水环境问题的点源、面源、内源和突发事件污染的耦合情况，不同的污染水体采用不同的集成技术进行综合治理，同时能与主流的水质预报预警的主要关注方面一致［6］。短效即时的应急治理手段与贯穿全程的长效抑制污染修复生态的手段相结合，从污染物的排放、扩散、累积的阶段入手，因地制宜进行治理。

由于不同水体项目具体情况和问题成因差异较大，通过比选分析各种治理修复方式的优劣，根据水体污染的不同类型，主要划分为四个方向的分析思路（如图1）。

图1 对于不同污染类型水体修复治理的分析思路

再通过整理修复治理的主次重点，采用适宜的集成技术进行综合治理是 “应急治理+生态修复耦合”的技术路线方法，通过小试、中试等方式确定具体最适宜的耦合方案。

5 治理修复思路及技术工艺分类

针对污染情况的复杂性（污染类型、水体类型、区域气候水文情况等），分析污染源类型、项目场地特点，采用不同的集成技术进行治理。

5.1 针对点源污染为主的技术工艺

点源污染的讨论通常分为工业污废水和城市污水两类，针对其固定的排污口或入河排污口采取措施进行治理。弄清点源污染主体单位、排放点，明确治理责任，应急措施以在源头上减排为首要方式。城市排水管网点源污染的主要问题是合流制管网雨天溢流、合流制下游污水处理设施雨季超越溢流、混接管网直排［7，8］。主要的技术是截流和雨污分流、取缔非法排污口及在污水口处建沉淀池并定期处理。

应急治理耦合生态修复技术在李大河治理过程中取得了一定成效。根据水体污染的程度和治理目标，将治理修复工作分为应急治理、水质改善和长效稳定的3方面。根据需求目标，考量轻重缓急，以改善水体感官效果为初步目标，通过增氧曝气、微生物絮凝沉淀、调藻改水3项措施，增加水体透明度，使水体颜色由黑变绿。在河水透明度、河流复氧条件优化后，通过调整河流系统的微生物和浮游植物的生态位宽度及重叠程度，促成有益于河流恢复的优势种群，进而改进未来的生态环境，使得河流生态系统在不依靠人工治理的情况下维持稳定。从水质监测结果看，除磷和除氮工作效果显著。全河段7个监测点，总磷和化学需氧量这两个指标均已优于地表水Ⅳ类标准；总磷削减率可达60%，氨氮、总氮的变化趋势基本一致，削减率可达52.6%。治理后，总锑有大幅度削减；苯胺类不再检出，全河段各项指标持续向好。

5.2 针对面源污染为主的技术工艺

面源污染具有排放路径随机、排放量大面广，并且产汇流空间异质性大等特点［15］。

技术耦合的主要措施分为三个方面：一是从源头上减量和回用；二是从过程上控制，选择动力需求小、可持续性高的技术手段。生态护坡形成污染缓冲带，以拦截阻断污染汇流并减少地表径流流量，优化土地利用格局，增加对城市地表清扫，减少污染物累积数量，增强地面的透水性能等；三是对受纳水体进行直接治理修复，如重建完整的河湖生态结构，增强水生态的稳定性，利用物理、化学和生物联合作用的方式使水体恢复功能。

5.3 针对内源污染为主的技术工艺

沉积物和底质中的有机质和重金属在沉降累积和扰动释放过程中成为上覆水的污染源。

目前的治理修复思路根据实际项目限制条件的情况，可分为异位修复和原位修复两个方向。异位修复以疏浚清淤为代表，在了解底泥的特征基础上，选择合适的清淤方法设备，进行深度的清淤工作并对淤泥进行处理处置，避免二次污染。原位修复则有铺设材料对底泥覆盖、投加化学药剂对底泥进行减害处理、通过微生物降解对底泥进行减量减害及底部曝气等方法。由于内源污染作用的界面在水面以下，因此应急治理和生态修复应侧重减少不必要的侵入扰动，在表征水体环境属性变化的跟踪监测中，除了常规的水质指标，水体底质的物理化学性质的表现也应该引起关注。

5.4 针对突发性水污染事件的技术工艺

对于水体突发污染事件的研究和治理修复，可分为有毒有机物污染事故、重金属污染事故、溢油事故和生物性污染物污染。对于有毒有机物主要采取吸附和氧化分解等物理化学方法；而突发的重金属污染事故则主要采用化学沉淀和吸附；突发性油类污染主要是通过建设围栏、利用吸油材料物理回收的方式；微生物浓度超标等生物性污染采取化学氧化和强化消毒技术等进行处理。由于突发污染事件的特点，治理的技术路线突出对污染快速响应和控制的关注。

6 结语

应急治理+生态修复耦合的理论基础是人为活动参与和自然相互作用下的响应机制。但是，由于以往对应急治理研究表现出的薄弱，加之作为交叉学科的理论整合不足，使应急治理耦合生态修复在理论上的研究和工程应用中的实践往往是表现为一些主观经验，或是未提炼成系统概念。耦合人为主导的应急措施与自然生态系统自我恢复的运动，探索自然生态系统与人为活动在治理修复机制中的作用步骤，以及在这一过程中污染物质（如富营养元素、重金属等）是如何受到调节的还有待进一步研究。耦合的主次关系、关键影响因子的定量分析有待更深入地开展。