生态环保理念下区域水环境整治技术研究

2022-07-14耿桐

湖南水利水电 2022年2期

耿桐

（赤峰水文水资源分中心，内蒙古赤峰 024000）

引言

水域生态环境是全球进行水资源循环的重要环节，是人类生产生活的重要资源。随着人类生活和工业化生产的影响，人们的生活环境呈现出不断恶化的发展趋势，其中水环境的污染问题尤其严重。当前，在城市化与工业化进程中，对水资源的需求越来越大，污染也逐渐加剧，不仅直接对水体环境造成污染，而且还破坏了水域生态环境。为保护好生态环境，需要重视水域生态环境的修复，合理利用各种水生植物，增强水域生态环境的自我净化和修复能力。

2010年全国第一次区域水环境污染情况调查显示，城市区域水环境中所含有的总氮、总磷、硫、镁等污染物含量严重超标，区域水环境污染物中硫排放为155.26万t，镁排放为141.23万t，总氮排放为246.23万t，总磷排放为248.34万t，总氮、总磷、硫、镁分别占污染物排放总量的45.26%、48.16%、53.14%、59.36%，区域水环境污染物排放具有范围广、量大、路径随机等特点，已经严重影响到水环境中生物的生长质量。水体富营养化是全球性的水环境问题之一，我国37个具有代表性的湖泊中有79.3%的湖泊存在富养化的问题，其中55.8%为中型营养型、14.7%为营养型、8.8%为重营养型。我国90%以上的水体污染都是由于水中微量元素过多导致的，而水生植物生长的主要条件就是需要丰富的微量元素。造成水环境污染的主要原因是不合理开发利用，以及工业污染物随意排放，导致区域水环境质量不断恶化。近几年，全世界倡导生态环保，为了改善水环境污染情况，促进区域生态环境可持续发展，有必要对区域水环境进行整治。区域水环境整治技术是区域水环境治理技术体系中的最后一环，对区域生态环境保护和恢复具有十分重要的现实意义，但是目前国内关于区域水环境整治相关研究有限，现行的整治技术还不够成熟，主要是以过程阻断、源头减量为原则，整治技术的实施容易受到场地、季节等客观因素影响，对区域水环境整治效果比较差，在实际中区域水环境污染物含量仍旧比较高，为此提出生态环保理念下区域水环境整治技术研究。

1 基于生态浮床净化水体

结合生态环保理念，采用生态浮床技术对区域水环境进行净化，生态浮床技术以无土栽培为理论依据，在生态浮床上种植具有吸附作用和降解作用的水生植物，将生态浮床设置在区域水环境中，利用水生植物将水环境中的污染物进行吸附和降解，再经过自身的循环作用将其转化成有机蛋白质，并随着对水生植物的收割等从水域生态体系中脱离，从而达到水质净化的作用[1]。首先需要根据区域水环境实际情况对生态浮床结构进行设计，浮床的形状为长方形，结合区域水环境深度确定生态浮床床体厚度，其计算公式如下：

式中 h——生态浮床床体厚度；

s——区域水环境水深；

d——区域河床厚度[2]。

结合区域水环境河床宽度确定生态浮床长度，其计算公式如下：

式中 e——生态浮床床体长度；

w——区域河床两侧坡度。

最后根据实际情况确定相邻生态河床间隔长度，其计算公式如下：

式中 b——相邻生态河床间隔长度；

l——区域河流长度[3]。

根据计算的河床长度、床体厚度以及间隔长度设计生态浮床整体构造，生态浮床主要包括浮床植物、框体、床体、基质四部分组成，具体构造如图1所示。

图1 生态浮床构造图

如图1，浮床框体与床体连接构成生态浮床的整体框架，由于生态浮床是漂浮在区域水环境表面，需要具备坚固、耐用以及抗风浪特点，因此生态浮床框体和床体采用聚苯乙烯泡沫板材料制作，采用聚苯乙烯泡沫板制作的生态浮床浮力比较大，并且这种材料具有多孔结构，能够更好地吸附区域水环境中的污染物[4]。浮床植物的选择非常关键，直接关系到生态浮床对区域水环境净化效果。选择浮床植物要遵循耐水、耐污、吸附性强、根系表面积大、具有季节性等原则，同时还要结合区域气候水文特点，根据以上要求可以选水稻、水芹、芦苇、兰花草等作为生态浮床植物。考虑到生态浮床的污水净化功能需求，选择具有吸附功能的生物炭作为生态浮床的基质，搭配浮床植物有效吸收区域水环境中的污染物。

将植物逐行种植在生态浮床的基质上，相邻植物间隔30～40 cm，植物间距过小不利于浮床植物生长，间距过大会降低浮床的净化效果[5]。将种植好植物的生态浮床放置在区域水环境中心区域或者污染物含量较高的区域，每日观察浮床生物的生长情况，如果发现有坏死的植物需要及时进行更换，确保浮床植物的存活率，以浮床植物的生长周期作为区域水环境净化周期，根据需求确定生态浮床净化周期数量。浮床植物在生长过程中利用根茎将水环境中污染物进行吸附和降解，会使得胶体中的有机质也跟着沉淀下来，为水中的微生物提供生活的环境，从而改善区域水环境质量。

2 水生植物恢复

研究表明，水生植物在生长过程中能够与自然水体相互协调，通过吸收水中的营养物质，提高水体的含氧量，保证水体清澈无污染。此外，水生植物还能够抑制藻类的生长，保护水体。水生植物作为生态系统核心构成，对改善生态环境具有积极作用，有助于水生态修复，改善水体质量。水生态修复治理过程中，主要应用枝叶形成较大的过滤网，将水体中杂质分解，保证水体质量达标。不同种类水生植物自身净化功效存在较大差异性，需明确污水自身性质，合理配置最佳水生植物。水环境的自然生态主要依靠原有的水生植物，水生植物具有生态修复和恢复作用，在保证整体生态平衡的基础下，合理地引入水生植物，推广立体绿化模式，创造出生态效益的最大化。随着水环境污染程度的不断加重，原有的水生植物会有一部分死掉，从而导致区域水环境质量逐渐恶化，水环境的生态恢复功能逐渐丧失[6]。考虑到生态环保理念，在原有基础上对区域水环境中的水生植物进行重新种植和恢复，种植的水生植物主要以区域水环境原有植物为主，种植面积要结合水污染程度，对于水环境污染比较严重的区域要加大水生植物种植面积。其次对区域水环境营养化程度较高的区域进行水藻修复，该区域种植的水藻可以选择金鱼藻、轮叶黑藻等浮游藻类，浮游藻类水生植物对水环境中的氮、磷、镁、铅等污染物具有良好的去除效果，降低水环境营养化程度，稳定区域水环境质量。

科学恢复和利用水生植物的过程包括对污染后的水域生态环境进行净化，达到调节水域生态环境的作用；对水域生态环境的成分组成进行一定的调节，加强水域生态环境的自我净化能力，为保证水域生态环境的可持续发展奠定基础；减少水环境中氮、磷等微量元素，为水域生态环境的发展减轻压力；尽可能减少污染物对水域生态环境的破坏，对尚未被污染的区域也要加大保护力度。

3 修建生态护坡

水域生态环境修复指的是通过工程、物理、化学、生物和管理等技术，进行重建、改进、修补、更新、再植等。根据生态学原理，采用有关技术手段对受损、退化或被破坏的水域生态系统进行部分或全部恢复过程，能够起到减缓水生态系统退化，对已退化的水生态系统进行修复并使其能达到可以接受的且能进行自我调节并稳定发展的状态。在上述基础上，在区域水环境四周修建生态护坡，利用生态护坡将区域水环境与陆地隔离开，将其作为区域水环境与陆地之间的过渡带，对水环境净化的同时还能保持水土。根据实际情况确定生态护坡坡度，其计算公式如下：

式中 r——区域水环境生态护坡的坡度；

q——区域水环境河岸两侧土层厚度。

生态护坡是以活性炭作为护坡基底，利用活性炭吸附区域水环境两侧污染物，在活性炭上面覆盖一层复合材料网，并且在上面铺盖一层砂石，在生态护坡上种植三白草、千屈菜、黄菖蒲等植物，这类植物生存能力较强。生态护坡植物种植间距要小一些，形成一个紧密的生物带，以此提升区域水环境两侧土壤紧密度和湿度，利用生态护坡去除掉区域水环境中的悬浮物，同时保护水环境中的土壤不被流失掉，从而达到水环境整治作用。

4 实验论证分析

实验以某区域水环境为实验对象，该区域水环境中氮、磷、镁、硫、汞、铅等污染物含量超标，并且耗氧污染物含量也比较高，其中含氮污染物含量为56.124 mg/L，含磷污染物含量为52.162 mg/L，含镁污染物含量为56.154 mg/L，含硫污染物含量为38.486 mg/L，含汞污染物含量为54.171 mg/L，含铅污染物含量为58.147 mg/L，耗氧污染物含量为56.376 mg/L，实验利用此次设计技术与传统技术对该区域水环境进行整治。根据该区域水环境实际情况，设计的生态浮床床体厚度为75 cm，床体长度为165 cm，相邻生态浮床间隔距离为35 cm，选择的浮床生物为水稻，浮床生物间隔距离为35 cm。通过对区域水环境进行生态浮床净化、水生植物恢复以及修建生态护坡，改善区域水环境质量。经过30天的环境整治，利用SFHAI检测仪对该区域水环境污染物含量进行检测，分别在该区域水环境上游、中游、下游设置10个采样点，每个采样点采取3份水样，测量区域水环境中含氮污染物、含磷污染物、含镁污染物、含硫污染物、耗氧污染物、含汞污染物以及含铅污染物含量，每种污染物最终检测结果为采集水样的平均值，具体如表1所示。

表1 两种技术应用下区域水环境污染物含量对比mg/L

从表1可以看出，应用本设计技术治理的区域水环境中污染物含量比较低，各类污染物含量均能控制在10 mg/L以内，符合区域水环境质量要求；而应用传统技术治理的区域水环境中各类污染物含量比较高，其中含氮污染物质含量最高，已经达到35.162 mg/L，仅仅比整治前减小了8.161 mg/L，污染物去除率比较低，整治作用比较差，实验结果证明了此次提出的生态环保理念下区域水环境整治技术能够有效解决区域水环境污染问题，具有良好的区域水环境污染物去除效果，相较于传统技术更贴合生态环保理念，更适用于区域水环境整治。