肇庆市白诸水的环境状况和生态修复技术研究进展

秦建桥，余东妮，吴少丽，余奕銮，黄伟超，郑俊武

(肇庆学院 环境与化学工程学院，广东 肇庆 526061)

1 引言

纵观人类文明史，河流生态系统对人类社会的发源、发展起到巨大的支撑作用，世界文明多数发源于大江和大河。因此河流生态系统与人类社会系统相互交融、相互影响、共同发展[1]。城市河流在城市发展中起着至关重要的作用，具有优良水质的城市河流可做为人们生活所需的水源，并为多种动植物提供良好的生存发展环境，对城市的整体风貌有重要的促进作用。但随着工业化进程的发展，我国工业获得前所未有的发展机遇，工业规模不断扩大，加上城市居民生活条件的提高，使得城市污水的排放量逐年增多，造成城市河流的污染问题[2]。据统计，全国有约87%的河段受到污染，其中严重污染河段占16%，重污染河段占11%，中度污染河段占15%，轻度污染河段占33%，仅有23%的河段水质较好[3]。白渚水是肇庆市白诸镇重要的水资源来源，但其目前存在着较为严重的水体污染。本文从白渚水的概况、污染现状和国内外生物修复技术的研究进行分析，并结合河流修复的基本原则提出白诸水生态修复的展望。

2 白诸水基本情况

2.1 白诸水概况

肇庆市全市河流众多，雨水充沛，境内游以西江和北江为主体形成网状水系，纵横各个市区。年降水量达到1650 mm以上，集水面积约14855.1 km2。高要区在广东省中西部，环绕肇庆端州区，面积宽广，大部分区域处于西江南面。地处珠江三角洲和西江经济走廊交汇处,高要区气候温和，河网纵横发达，全年雨量充沛，被称为“鱼米之乡”[4]。

白诸水是位于高要区白诸镇的一条重要河流，分有白诸水干流和白诸水支流，干流流经罗布、沙田蒙、夏播、布院等村，有支流经吉斗村、下坑村、庙村以及河白水库。白诸水河道总长约19.2 km，干流总长超过16 km，四条支流分别为吉斗村支流735 m、下坑村支流907 m，庙村支流492 m、河白水库支流219 m[4]。

2.2 白诸水污染现状

该项目所研究的主要河段从夏播村起，至罗布村村头。该河段横穿白诸镇，流经白诸二中、白诸镇居民住宅区、商业街道以及农田的重要区域，河段周遭有白诸屠宰厂、同发砖厂、宇信水泥制品公司以及两家金属塑料制品公司等可能会造成河流污染的公司及工厂。白诸水流域的水质泛黄浑浊，其中还漂浮着一些垃圾，中游河边的淤泥还残留一些建筑施工留下来的石块和生活垃圾，严重影响了附近居民的生活质量。在河流上游，有一些被治理过的痕迹，比如建到一半的护坡等等的措施。因该治理工程只是实施到一半就荒废了，导致上游的河流污染更加严重。

3 生态修复技术研究进展

近几年来，环境学家对污染河流的生态修复技术的研究越来越深入。河流的生态修复技术相较于物理、化学技术更符合可持续发展理念。该技术以河道的生态环境为基础，不仅对环境的危害小，而且整个系统可以进行自我调节,能适应环境的变化。通过对白诸水污染现状的分析，有以下几种生态修复技术适合白诸水的治理。

3.1 植物修复技术

植物修复技术是国内外愈来愈成熟且常用的污水治理技术。根据环境的不同污染情况，国内学者通过不同植物对污染物的吸附、转化等作用研究出了各种的植物修复技术。利用特殊植物对特定污染物的三种作用，分别是植物转换、根系过滤和植物提取，对污染河流进行修复，改善河道环境[5]。根据白诸水的污染现状，生态护坡和生态浮床这两种植物修复技术较适用于该河道的整治。

生态护坡技术于19世纪40年代开始应用于道路两旁的边坡，至中世纪，法国、瑞士采用栽植柳树对运河边坡进行防护，由此生态修复技术开始广泛运用于河流的修复。国内近几年来对生态护坡的研究主要围绕植物的根系抗拉抗剪作用及根系对土地的影响来开展[6]。根据白诸水岸边坡度平缓，河流中游岸边泥土裸露、较少植被，建筑石块和废弃材料堆积等污染现状，宜采用特拉锚垫生态修复技术。该技术由反滤层、草皮增强垫和特拉锚系统这三个结构组成[6]，主要功能是为植物提供生长基质，植物的根茎向下延伸，提高边坡稳定性；采用的是环境友好型材料，不会对环境造成破坏；适用范围广，可根据不同岸边现状设计不同的结构和尺寸。

生态浮床技术是指以浮床为载体，将水生植物置于浮床上种植，通过植物将特定的污染物作为营养物质及根系对污染物的吸附转化作用，达到净化河水、美化水环境的处理效果。生态浮床技术中采用的水生植物是多样性的，不同植物对污染物处理效果不同。白诸水水体泛黄浑浊，可能是水中腐殖质和有机及无机物质过多造成。水生植物根系对氮、磷等营养物质富集吸收，表面附着的生物膜以及形成的微生物小生境对水体污染物有降解作用[6]，对腐殖质的削减作用逐渐增强，因此，能达到降低水体色度的效果，使水体逐渐变得澄清。生态浮床中的植物采用混合种植方式能达到较好的处理效果，常用的水生植物包括美人蕉、鸢尾、旱草伞等等。如今国内学者对生态浮床技术有着更进一步的研究，“动物+水生植物”协同净化系统等的改良浮床技术对河道有更好的治理效果。

3.2 微纳米曝气—微生物活化技术

微纳米曝气-微生物活化技术，即采用微纳米曝气系统和微生物活化技术两者结合进行治理污染河涌，这是一种改良型的升级工艺，可以达到更好的去除黑臭水体的问题。

3.2.1 微纳米曝气系统

相比传统的曝气技术，其产生的是微纳米气泡，具有停留时间长、传质效率高、界面电位高、比表面积大、能产生烃基自由基同时不会产生任何化学有害物质等特点，常用的方法有加压溶气释气法、分散空气法和电解析出法。其原理是通过增加水中溶解氧含量，使水中好氧微生物群能大量繁殖，在微生物的快速活动下，污染物可被快速降解与转化为无害物质，最终水体能恢复自净能力[8，9]。然而，单一的使用曝气设备去除污水，依然会存在气量不稳定、能耗较高、配件易堵塞等问题。

3.2.2 微生物活化技术

微生物活化技术，即活化微生物以达到治理河水的目的，其原理是基于改性悬浮填料，结合传统水体净化的生物膜技术，驯化本土微生物中有益于去除污染物的优势菌种，打破水体中原有微生物的平衡状态，使水体本土微生物不断大量繁殖，再利用水体微循环，释放到水体后，提升水体的自身净化能力。利用该技术，不仅可以有效地去除总氮和总磷，而且还可以有效降低水体浊度，并且，由于主要是利用生物处理，故可避免类似使用化学试剂等污染环境的情况。目前，该技术已用于沈阳市北陵公园双轮湖水体项目中[10]。

根据陈丽娜等人对微纳米曝气-微生物活化技术在黑臭水体的应用研究，实验证明微纳米曝气和微生物活化技术结合使用，在连续监测4个月后，河道中的氨氮去除率分别达到76.66%和53.33%，河中溶解氧含量也大大增加，有机物浓度显著降低，透明度上升，水质更是大幅度得到改善[11]。相比单一或传统的污水处理技术，通过对已有的技术进行不断研究与改良综合，其效果要更显著。

3.3 底泥修复技术

河道污染底泥是河道污染的主要来源之一。它不仅是河道主要的污染物质的“储存库”，还会向上排放污染物，使河道污染物质浓度长期维持在较高水平，对河道水环境有较大的影响。随着河道外源污染的有效控制和河道水体治理的推进,污染底泥引起的内源污染问题日益突出,亟需对河道底泥进行修复和底泥污染物的释放予以控制[12]。底泥修复技术可包括原位覆盖技术和微生物修复技术。

3.3.1 原位覆盖技术

原位覆盖技术主要是将底泥中的较大的石砾、泥土进行有效的处理。在河道污染底泥的上层面进行均匀、全面的压降，从而提高水体的水质质量，达到提高整体水环境的目的。原位覆盖技术在实际应用中可以从以下方面开展。

首先，由于底栖生物的迁徙会使河道底泥污染面积扩大，所以在处理时应当将河道底泥和底栖生物分离开来。然后，在处理时要对固体污染物质进行全面且有效的处理，防止其上浮到水面影响底栖生物迁徙、繁殖，降低水体自净能力。最后，在原位覆盖技术应用的过程中，应当对底栖生物的生态系统的运行模式，进行全面的改善和调节，使其内部达到平衡，这样不仅有效地体现了原位覆盖技术的优势，对底栖生物也进行了有效的保护[13]。

3.3.2 微生物修复技术

微生物修复技术是修复水体环境的重要方法，相比于其他方法，它具有高效、经济的特点。底泥中的微生物通过吸收河道底泥和水中的污染物质，进行有氧呼吸、硝化作用等一系列生化反应，有效的降低了河道中的污染物浓度，并提供自身的生长繁殖所需的物质。在修复河道水环境的同时，通过对污染物质的利用、降解使河道中微生物种群的丰富度得以提升，进而增强河道的自净能力。

3.4 生物多样性调控技术

生物多样性调控是指通过人工调控即通过栽培水生植物、培养水生动物等生命活动来净化污染水体，亦称为通过调控受污水体中的生物群落结构、种类、数量等来摄取污染水体中游离的有机、无机碎屑等，进而对水体污染物进行降解、转化等来控制藻类或其它水体污染物质的过量生长，提高水体的各种物理化学指标，如浊度、色度、需氧量等，来改善和恢复生态平衡和多样性。该技术具有能够有效地提高水体的自净能力、恢复其生态多样性，周期长、常作为后期深度处理工艺；能为好氧微生物及以藻类为食的一些原生动物提供了良好的生长条件，有助于好氧生物区系的出现并不断发展，增加河道生物多样性等优点。

3.4.1 利用水生植物进行生物调控

通过在水体中培养植物进行生物调控来控制去污能力强、生长速度快的植物生长范围，以便防止水体富营养化。该法将生态系统结构与功能应用于水质净化，充分利用自然净化与水生植物系统中各类水生生物间在功能上相辅相成的协同作用来净化水质[14]。

3.4.2 利用水生动物进行生物调控

通过向水体中投放适量的水生动物，如鱼、螺蛳等来去除污染水体中的富营养化物质和藻类物质等，其中鱼可通过摄取浮游动物间接去除藻类物质，因为鱼在水生食物链为最高级的生物，而浮游生物又以藻类为食，浮游生物作为鱼类的食物，由此利用食物链关系能有效去除水中富营养化的物质，使水体得到净化从而达到生态多样等效益[14]。

3.5 复合微生物制剂技术

复合微生物制剂是一个多菌种共存的生物体，一般由光合细菌、放线菌、醋酸杆菌、酵母菌等类型的多种微生物菌群组合制成[15]。微生物制剂技术是指选育出两种或两种以上的微生物经过特定方式培养之后制成微生物制剂，利用多种微生物共同发挥作用对受污染水体进行的处理，其过程以酶促反应为主，最终达到降解有机物、脱氮除磷、去除重金属以及改善水体功能的目的。

投加微生物制剂净化水体时，微生物在水中定植、繁殖并处于生态优势地位，水体恢复自净能力，不需要使用化学杀藻剂，不会伤害河道的水生植物，避免二次污染。

复合微生物制剂中多种微生物的共同作用有利于对污染河道产生的SO2、H2S等臭气进行分解吸收，从而起到除臭的作用。微生物制剂中含有发酵型微生物在其生长过程中形成酸性环境，可以有效地抑制腐败性微生物的生长，从根本上减少恶臭产生。[16]

4 白诸水初步治理方案与展望

本项目研究的需治理水域横穿白诸镇居民区，针对白诸水的生态修复我们决定以生物修复技术为主，具有成本低、二次污染小的优点。白诸水上游居民较少，商业不发达，但经过屠宰厂，其周遭的气味较重，且容易导致富营养化，故可以先采用复合微生物制剂技术进行处理，利用微生物的共同作用对该河段存在的SO2、H2S等导致恶臭产生的气体进行吸收。同时再结合曝气增氧技术，对水体进行人工曝气，提高底泥的复氧速率，提高水体溶解氧，氧化水体中由于有机物厌氧反应产生的FeS、CH4S等物质，同时能抑制底泥N、P的释放，能够有效抑制水体的富营养化。

中游则是流经白诸镇的住宅区，商业街道等较为繁华，下游还经过若干家水泥厂、砖厂、金属塑料加工厂等，除了生活污水为主以外，还含有一定量工业废水，该河段水体悬浮物较多，且具有一定色度。针对中下游的水质情况，建议先采用微生物活化技术进行处理，活化水体中用于处理污染物的微生物，提高水体自净能力，可以有效地降低水体浊度，并对总氮和总磷进行初步的去除。对于中游居民区为主的河段，可以建设生态护坡和生态浮床进行处理。在白诸水河流边坡栽植植物进行防护，不仅能提供良好的生物栖息地环境，而且还可以起到提高绿化的作用。也可搭建人工浮床，在浮床上种植水生植物，通过水生植物对水体中有机污染物的生物降解作用，对水体进行净化，去除水中有机污染物质。

未来对白诸水的进一步治理还需展开更深入的调研，在上述拟定的初步治理方案基础上，还需开展的研究如下。

(1) 确定对白诸水河道采样断面的划分，尤其是对中游段居民区的断面划分，以及后续采样时间的确定，以便于研究白诸水不同河段其生态修复技术的适用性。

(2) 关注前沿的生态修复技术发展，将修复技术与河流实际污染情况相结合，针对不同性质的污染，采取合适的修复技术，同时应尽可能减少或避免二次污染的产生。

白诸水的后续治理还需要政府层面的支持，对白诸镇或白诸水沿岸可能会造成水体污染的工厂、公司等进行检查，检查其污废水排放是否符合相关行业标准。制定更加完善、合理的河流生态修复研究方案，及时准确地对水体污染进行评价，结合白诸水的污染情况，最大程度地应用生态修复技术，改善区域水体的水质状况，促进生态环境的协调性发展。