试论城市河道水质提升和生态修复技术

刘文辉，孙志国

（1.台州市椒江生态区建设事务中心，浙江 台州 318000；2.上海柏檀环境科技有限公司，上海 201600）

引言

城市河道作为城市社区为市民提供生态、经济和休闲等多重利益的组成部分，具有重要的生态功能。然而，快速的城市化进程和人类活动对这些水体施加了巨大的压力，导致了各种生态挑战[1]。由于雨污分流不彻底以及排污管道的损坏，部分生活污水、工业废水进入河道，导致水体出现富营养化，甚至出现黑臭现象，进而引发生物多样性受损等环境问题[2]。

城市河道水质恶化和水生态系统的破坏，影响着人们对良好环境质量的基本需求，筛选适宜的城市河道生态修复治理措施，实施相应的生态修复工程，恢复河道优良水质和健康生态系统，是实现生态文明的客观要求，有助于实现城市的可持续发展[3，4]。

1 河道水质提升技术概况

目前，河道生态修复技术主要包括物理修复、化学修复和生物修复。物理修复主要通过岸线修复和防护、机械疏通河道底泥、冲淤和稀释等手段，恢复河道的正常水流和水容量，改善河道的水文条件，实现河道修复的目标[5]。化学修复则是通过投加化学试剂去除受损河道水体中的污染物。在选择和应用化学修复方法时，需要综合考虑污染物类型、水体特性和环境风险，并确保投药剂量和投药时机的合理性[6]。物化修复方法具有操作简单、周期短等优点，但同时也存在成本高、易产生副作用以及修复效果短暂的缺点。

相比之下，河道生态生物修复技术以生物群体和生态过程为基础，重建健康的水体环境，实现河道生态系统的自我维持和自我协调的良性循环，具有成本低、操作方便和无二次污染等优点，因此，在河道生态修复中具有更好的经济效益和环境效益，成为主要的修复方法[7]。

2 河道生态修复技术

河道生态修复技术主要通过植物、动物以及微生物的作用，对水体中污染物进行吸收、降解、转化，达到增加生物多样性和恢复栖息地的目的，实现水体环境的净化和健康水生态系统的恢复[8]。河道生态修复技术主要包括植物净化技术、水生动物净化技术、微生物净化技术以及植物、动物以及微生物相互组合的技术。

2.1 植物净化技术

植物净化技术利用植物对污染物的吸收和富集特性，能显著去除水体中的污染物。植物位于水面以下的部分附着大量微生物，连同土壤中的微生物一起，降解水体中的营养物质。同时，水生植物通过自身对氮、磷等营养元素的摄取，降低污染河道氮磷负荷[9]。此外，水生植物不仅能净化水质，还可以通过遮光降低水下光照强度，利用呼吸作用产生CO2改善水体的pH值等途径改变水体的理化性质，形成多样化的小生境，促进生物多样性的提高。

常用的水生植物主要包括挺水植物、浮叶植物以及沉水植物。挺水植物通过根系吸附、微生物转化和增氧作用，达到生态修复目的。这类植物的根系具有良好的吸附能力，能够吸附和减少水体中的营养物质、重金属和悬浮物等污染物质[10]；同时，挺水植物的丛生形态为水生生物提供了栖息地和避难场所。浮叶植物通过叶片的漂浮和丰富的根系，能够阻隔阳光的直射，减缓水体中藻类的生长速度，有效防止富营养化。沉水植物的茎和叶生长在水下，其根系能够吸收水中的氮、磷等营养物质，有效防止水体富营养化，起到调节水质的作用[11，12]。在未来的研究和实践中，应重点关注水生植物的选择和配置、生态效应评估和管理策略的制定，以实现更有效、可持续的城市河道生态修复和水质改善。

2.2 水生动物净化技术

水生动物净化技术基于水生动物摄食、呼吸、排泄和生物过滤的生态功能和生理过程。水生动物通过摄食和生物过滤，减少水体中的悬浮物和有机物[13]。同时，它们的呼吸和排泄过程有助于水体中氧气和营养物的循环和转化。此外，水生动物在水体中形成复杂的生态系统，通过生态协同作用提高水体的自净能力。

水生动物主要分为浮游生物、底栖动物及大型鱼类。浮游生物和底栖动物构建的动物群落通过对河道水体中污染物的摄取和捕食，实现净化水质和稳定生态系统的目的，其中青虾、海螺以及河蚌都是常用的底栖动物。大型鱼类的栖息和游动行为会改变水体的生态环境，有利于水体流动和沉降物的分布。同时，大型鱼类作为捕食者，对水体中的小型鱼类和浮游动物进行捕食，可以维持食物链的平衡，控制过度繁殖的生物群落，减少水体中的生物过载。

虽然大型鱼类的投放提高了河道生态系统生物多样性和生态景观功能。然而，水生动物净化技术仍面临一定的挑战和限制。这包括水生动物种类的选择、环境适应性、饵料供给和管理要求等方面。此外，水生动物净化技术的长期稳定性和生态风险也需要进一步研究和评估。

2.3 微生物修复技术

微生物修复技术是利用河道水体中或填料基质附着的微生物将污染物吸附、降解以及转化的过程[14]。微生物修复技术可对水体中的氮、磷污染物高效去除，避免水体富营养化，且具有基建投入和维护费用低、效果显著、无二次污染及便于管理等优点，比较适用于城市中小河道的修复[15]。但随着城市化进程的加快，河道水体受污染程度复杂多样，高含量氮、磷污染物和难降解有机物的引入，致使传统生物修复技术已很难满足要求。

为了改善微生物的处理效果，微生物强化技术也被应用于河道生态修复。微生物强化技术是利用基因工程或优势菌种筛选的方法获得的特定菌种，实现对河道水体内特定污染物的高效降解。微生物强化技术在河道生态修复过程中，主要有直接投加菌剂和微生物固定化技术两种方式。直接投加菌剂的方式比较快捷高效，但菌种容易随水流流失，增加了河道修复运行成本；而固定化微生物强化技术可有效避免菌种流失，将优势菌种固定在特定的填料载体上，可维持较高的菌种浓度，实现对河道水体中污染物的高效去除[16，17]。

2.4 生物组合技术

生物修复技术既可是单一生物修复技术，也可以是多种生物技术的组合。由于河道生态系统相对复杂，单一的生物修复技术往往不能满足河道生态系统修复的目标，利用多种植物、动物及微生物共同构建的生态系统实现河道生态的修复的组合生物技术成为了一种有效的策略[18]。植物在组合中扮演着主导角色，通过吸附和降解污染物，改善水质和提供生境。动物在组合中发挥着捕食和生物搬运的作用，维持食物链平衡和物质循环。微生物在组合中负责降解和转化有机物和污染物，发挥着关键的功能。目前，在河道生态修复广泛应用的组合生物技术包括人工湿地和人工浮岛技术。

人工湿地主要是由基质填料和植物组成，利用富集在填料上的微生物、水中填料、水生动物及水上生长的植物实现对河道水体中的污染物的吸附和降解。人工浮岛技术是利用人工搭建的生态设施供微生物、植物以及动物生长、富集及栖息。它不仅可以净化富营养化和受有机物污染的河道，还可以创建生物的生息环境，具有良好的环境效益和生态效益[19]。

3 目前生态技术的局限及未来趋势

3.1 生态处理技术的局限

生态处理技术的低碳性和持续性，是城市河道水质提升和生态修复的首选。但是，目前主流的生态处理技术依然有着较明显的局限性[20]。首先，生态修复的处理负荷有限，往往无法匹配河道受到较严重污染水体的处理要求。城市河道的污染来源，主要为雨污混接和排污管道破损造成污染物直接或者通过地下水渗透进入河道，在城市管网不完善或者管网年久失修情况下，特别是雨天或者泵站放江情况时，大量污染物排入河道，仅仅依靠一般的生物修复很难达到污染水体水质短期明显改善目的[21]。其次，与物理和化学方法比较，水体生态修复效果往往显得“缓慢”，这也意味着生态修复难以在短时间内消除大量污染物，不适合应急场景。再次，生态修复的处理效果易受外界影响，如温度、水体浊度、水位变化等，在冬季低温、水体浊度大、水位变浅等条件下，生物修复系统的处理效率明显降低，河道水质可能出现明显反复。

3.2 生态修复技术的未来趋势

为满足城市文明建设的需要，高效、先进生态修复技术显得尤为迫切。那么，生态修复技术的未来趋势需要具备哪些特征呢？

3.2.1 更加灵活的多种生物修复技术组合模式

充分利用微生物、植物和动物的不同特性，结合水文特征、水利功能和景观建设要求，因地制宜，形成多层次、多维度、内容丰富的生物修复组合技术体系。

3.2.2 高微生物量属性和多种微生物协同的污染物去除模式

微生物较植物和动物具有更好的环境适应性，也容易富集，更高的微生物量和良好的传质条件，并营造微生物降解不同污染物所需的好氧、缺氧和厌氧等环境条件，是先进生态修复技术需要关注的要点之一[22]。

3.2.3 新技术的充分利用

如利用变价金属强化人工湿地的代谢能力[23]，开发更利于微生物富集的新型生物填料[24]，运用提高管理效率和降低运行成本的智慧管理平台[25]，等。

随着城市建设和更新速度的加快，各项截污和治污工作的正在逐步推进，将在源头消减排入或渗入河道水体的污染物总量，这是城市河道维系健康的根本。随着科技的进步和管理水平的提高，越来越多的先进生态修复技术在城市河道水质提升和生态恢复中得以合理应用，人们也享受到更多的城市水趣。

4 结语

城市河道水体污染造成水质变劣和生态系统破坏，影响着人们追求美好生活目标的实现。河道生态修复技术作为一种环境保护的有效手段，能够改善水体环境并恢复河道生态系统，促进城市河道的良性循环。但是目前的生物修复手段往往存在负荷低、处理速度慢和易受外界环境影响等缺点，在大量截污工作尚未完成情况下，选择适应能力强、高负荷、智慧化、多污染物耦合去除的生态修复体系，可以满足现实需求。未来，随着科技的进步，水质不断提升，城市河道将成为人们享受生态文明成果的乐园。