湯江武,王 新,姚曉紅,吳逸飛,柳 永,孫 宏
(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)與微生物研究所,浙江杭州 310021)
污染河道流域綜合治理與生態(tài)修復(fù)的探討
湯江武,王 新,姚曉紅,吳逸飛,柳 永,孫 宏
(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)與微生物研究所,浙江杭州 310021)
水環(huán)境污染是我國當(dāng)前面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題之一,針對城鄉(xiāng)河道當(dāng)前的污染及治理現(xiàn)狀,闡述了其流域綜合治理的必要性及可行性。在分析城鄉(xiāng)河道生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)上,提出了城鄉(xiāng)河道綜合治理與生態(tài)修復(fù)的發(fā)展趨勢與建議。
城鄉(xiāng)河道;水體污染;生態(tài)修復(fù);流域綜合治理
文獻(xiàn)著錄格式:湯江武,王新,姚曉紅,等.污染河道流域綜合治理與生態(tài)修復(fù)的探討[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56(1):15-18.
DOI 10.16178/j.issn.0528?9017.20150104
水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基,關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、關(guān)乎百姓民生。但我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家,人均淡水資源僅為世界平均水平的1/4,其中人均可利用水資源僅為900 m3,是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國家之一。而近20年來我國社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,水環(huán)境的污染造成了水資源短缺現(xiàn)象更加嚴(yán)重,水環(huán)境污染成為制約我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重大問題。2013年,我國10大流域國控?cái)嗝嬷?,Ⅳ~Ⅴ類和劣Ⅴ類斷面的比例?9.3%和9.0%。與全國相比,浙江省的水污染更為嚴(yán)重,221個(gè)省控?cái)嗝娴谋O(jiān)測表明,Ⅴ類和劣Ⅴ類斷面的比例為8.6%和12.25%[1]。河道是水環(huán)境的主要組成部分,在城鄉(xiāng)生產(chǎn)、生活以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境和氣候的調(diào)節(jié)和改善中起到重要的作用,浙江省作為江南水鄉(xiāng),境內(nèi)河網(wǎng)密布,河道對經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展有著重要意義。隨著人們生活水平的提高,對改善生態(tài)環(huán)境,修復(fù)污染水體,恢復(fù)青山綠水的呼聲日益高漲。十八大將生態(tài)文明建設(shè)列入黨章并做出闡述,使“生態(tài)文明”,提升到更高的戰(zhàn)略層面,與經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)并列,構(gòu)成中國特色社會主義事業(yè)“五位一體”的總體布局。國家環(huán)保局將水污染治理作為2014年工作的重中之重,并正在編制《水污染防治行動計(jì)劃》,核心任務(wù)是改善水環(huán)境質(zhì)量,重點(diǎn)是抓兩頭,一是堅(jiān)決治理污染嚴(yán)重的地方,二是堅(jiān)決保護(hù)水質(zhì)較好的河湖,不能先污染再治理。浙江省委在2013年底的省委十三屆四次全會做出了“五水共治”的重大決策,并以“治污先行”推動浙江省深化改革,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級,以走“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展新路,來保護(hù)生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)社會和諧發(fā)展。因此,城鄉(xiāng)污染河道水體的凈化與修復(fù)已經(jīng)成為一個(gè)全社會廣泛關(guān)注、亟須解決的環(huán)境與社會問題。
1.1 浙江城鄉(xiāng)河道的污染特征
浙江省作為全國著名的“江南水鄉(xiāng)”,境內(nèi)河湖星羅棋布,隨著30多年來經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展,城鄉(xiāng)河道污染日益嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化,河道水質(zhì)持續(xù)惡化,已基本處于Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)。河道水體處于缺氧狀態(tài),氨氮污染嚴(yán)重,多數(shù)河道總磷、COD、BOD嚴(yán)重超標(biāo),河道淤積深厚,底泥黑臭[2]。河道感官表現(xiàn)為水體混濁、發(fā)黑、發(fā)臭,水面垃圾漂浮。已有數(shù)據(jù)表明,浙江省河道總長13萬km,其中黑臭河道約2.7萬km,且大多是與人們生活緊密相關(guān)的城鄉(xiāng)河道[3]。這些城鄉(xiāng)污染河道的成因是一個(gè)由污染物引起水質(zhì)惡化并導(dǎo)致水體生態(tài)失衡,甚至喪失生態(tài)功能的過程。河道的污染主要來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水的排放,可分為點(diǎn)源污染、面源污染和內(nèi)源污染幾類,主要污染物為有機(jī)污染和氮、磷等營養(yǎng)鹽污染。多年來污染物的累積,對河道生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的影響,在浙江省內(nèi)河網(wǎng)形成區(qū)域性的水體污染與生態(tài)失衡,形成了當(dāng)前浙江省水環(huán)境嚴(yán)重污染的形勢。
1.2 河道水體污染的生態(tài)過程
河道水生態(tài)系統(tǒng)由水環(huán)境和其中的生物群落組成,水環(huán)境是河道生態(tài)系統(tǒng)中最重要的生境因子,對水生態(tài)系統(tǒng)有決定性的作用,生物群落是由植物、動物和微生物組成的,在特定環(huán)境中形成特定的生態(tài)功能,對水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動有著決定性的作用。自然的河道生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)完整的,具有自我更新、平衡和演替能力的體系,利用其物質(zhì)循環(huán)和能量流動系統(tǒng),使河道具有一定的自凈能力[4-5]。多年來,浙江城鄉(xiāng)河道岸、底硬化的趨勢改變了天然河道的地形地貌和多樣的水環(huán)境,河道生境惡化,使水生植物失去了賴以生存的基礎(chǔ),嚴(yán)重影響了微生物和微型動物的生存,導(dǎo)致河道生態(tài)鏈斷裂,生物多樣性降低,河道生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的能量流動等生態(tài)功能降低[6]。更為關(guān)鍵的是,多年來各類污染物的持續(xù)排入,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出河道生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力,引起水體的富營養(yǎng)化,導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)的失衡、破壞,最終水體呈現(xiàn)生物多樣性降低或消失、水體缺氧、黑臭。
1.3 浙江省河道治理現(xiàn)狀
河道治理是一個(gè)系統(tǒng)工程,在控制污染源的基礎(chǔ)上,通過各種技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)對河道污染的治理和水體生態(tài)的修復(fù)是最根本的途徑。當(dāng)前浙江污染河道的治理措施,除清淤、引水等方法外,更多的是采用以生態(tài)工程為核心的技術(shù)來改善河道水質(zhì),河道曝氣增氧、生態(tài)浮島、人工濕地、人工水草與生態(tài)基、凈水微生物菌劑投放、食藻蟲等是常用的技術(shù)。近幾年經(jīng)過強(qiáng)化治理的河道,已基本實(shí)現(xiàn)對河道有機(jī)污染的控制,恢復(fù)了溶氧,消除了黑臭。但在水體氨氮、總磷、總氮等污染物的控制上,尚難以達(dá)到理想的目標(biāo),這與面源污染無法有效控制,積累的內(nèi)源污染將長期存在有關(guān)。浙江省城鄉(xiāng)河網(wǎng)呈現(xiàn)的區(qū)域性污染特征,將使得今后河道治理的污染控制由點(diǎn)源污染為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐悦嬖次廴竞蛢?nèi)源污染為主,河道水體的污染治理由有機(jī)污染為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘?、磷等營養(yǎng)鹽污染為主。
2.1 浙江水環(huán)境污染的流域綜合治理
改革開放以來,尤其在近十幾年經(jīng)濟(jì)、社會飛速的發(fā)展過程中,各類污染物的持續(xù)排放,形成了目前水環(huán)境嚴(yán)重污染的現(xiàn)狀,水環(huán)境的區(qū)域性、流域性污染成為一個(gè)典型的特征。河道水環(huán)境的污染主要來源于工業(yè)、生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn),其中工業(yè)和生活污染主要是點(diǎn)源污染,近年來已經(jīng)逐步得到有效控制。農(nóng)業(yè)源污染主要是面源污染,長期以來未能得到足夠的重視和有效治理,而2013年農(nóng)業(yè)源污染物中化學(xué)需氧量和氨氮分別占排放總量的47.8%和31.7%。與此同時(shí),長期以來污染物的淤積、沉淀形成的河道內(nèi)源污染,也是不可忽視且難以有效處理的水體污染源。在這種狀況下,對局部河道環(huán)境實(shí)施污染治理和生態(tài)修復(fù),將面臨污染物總量大、面源污染難以控制等困難,且污染物隨河網(wǎng)在區(qū)域水環(huán)境中的轉(zhuǎn)移,也使得既定的治理目標(biāo)難以達(dá)到。國際上發(fā)達(dá)國家在水污染治理過程中形成了一系列行之有效的技術(shù)方法,但總體上呈多元化、集成化和系統(tǒng)化發(fā)展的趨勢,主要是從流域污染特點(diǎn)出發(fā),以流域?yàn)槌叨葮?gòu)建水污染控制和水環(huán)境改善的技術(shù)體系,從而達(dá)到了流域水環(huán)境質(zhì)量改善的最終目的。通過水環(huán)境污染的流域綜合治理,有效控制進(jìn)入流域水環(huán)境中的污染物總量,大幅減少水體中的污染物總量,將為河道水體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)奠定基礎(chǔ)。其要點(diǎn)在于,流域污染源的調(diào)查、監(jiān)控、預(yù)警和應(yīng)急處理,工業(yè)、生活污水的分類統(tǒng)一處理,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式升級和面源污染控制,不同功能用水的污染處理和中水回用,河岸帶生態(tài)功能恢復(fù),等等。
2.2 城鄉(xiāng)河道污染的生物修復(fù)
在水污染治理技術(shù)中,生物修復(fù)技術(shù)因其投資低、效益高、環(huán)境友好、生態(tài)節(jié)能,成為迅速發(fā)展的水環(huán)境治理技術(shù),其原理是利用培育的植物、微生物等生物,利用其生命活動過程,對水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解,從而達(dá)到治理水體污染,改善河道水質(zhì)的目的。河道水體污染生物修復(fù)的實(shí)施,通常以環(huán)境生態(tài)工程的手段為主,如曝氣復(fù)氧、生物接觸氧化、多功能生態(tài)浮島、人工水草、人工濕地、復(fù)合生態(tài)濾床、凈水菌劑及微生物激活劑的投放等。微生物在水體物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動過程中具有關(guān)鍵作用,水體中的有機(jī)污染物降解,氮素類的無機(jī)污染物從水體中去除,均依賴于微生物的作用。水生植物能有效吸收水體中的無機(jī)污染物,并為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)和微環(huán)境,是水體污染生物修復(fù)不可或缺的。水環(huán)境污染物控制與治理是水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的第一步,生物修復(fù)的特點(diǎn)和特性使其具有其他任何方法都不可替代的優(yōu)勢,是城鄉(xiāng)河道污染治理的核心技術(shù),并為河道水體生態(tài)修復(fù)奠定了基礎(chǔ)。浙江省城鄉(xiāng)污染河道的治理,已初步完成了點(diǎn)源類污染的有效控制,未來無論污染流域綜合治理,還是河道的生態(tài)修復(fù),都將以面源污染和內(nèi)源污染的控制為首要問題,以水體無機(jī)污染物的去除和水質(zhì)提升為主要目標(biāo),生物修復(fù)無疑將成為最核心的技術(shù)方法。
3.1 河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)與水污染治理思路
生態(tài)修復(fù)是利用生態(tài)學(xué)原理、技術(shù),通過對河道水污染控制、水環(huán)境改造、水體生物調(diào)節(jié),恢復(fù)河道生物多樣性,重建河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,使其恢復(fù)具有自我更新、平衡和演替能力的自然狀態(tài)[7-8]。與生物修復(fù)相比,兩者是河道治理的不同階段和不同層次,它們的目標(biāo)、應(yīng)用原理、技術(shù)手段、應(yīng)用生物的種類和適應(yīng)范圍均有一定的差異。發(fā)達(dá)國家河流治理已經(jīng)完成了污染治理的過程,水質(zhì)得到較好的改善,萊茵河、泰晤士河的治理就是成功的案例。其河道治理理念,已由單純的“污染控制”發(fā)展為“水生態(tài)的修復(fù)與恢復(fù)”,實(shí)現(xiàn)由以“水污染控制”為目標(biāo)向以“流域水生態(tài)系統(tǒng)健康保護(hù)”為目標(biāo)的轉(zhuǎn)變。陸續(xù)開展了河道生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用,如日本的多木川、淀川等多條河流的生態(tài)修復(fù),取得了良好的生態(tài)效益和環(huán)境效益[9-12]。我國在城市發(fā)展的初期,城市河道屬于純自然型的天然河流河道,具有完備的生態(tài)和景觀功能。在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展過程中,城市河道和河岸帶的生態(tài)功能逐漸消失,河道成為行洪和納污的溝渠。隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展,人們生活水平的提高,逐漸認(rèn)識到河道生態(tài)系統(tǒng)對城市生態(tài)環(huán)境、景觀、文化和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要性,也促使人們關(guān)注水污染的治理和水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。在河道水污染治理的思路上,生物治理和生態(tài)修復(fù)的理念深入人心。河道生態(tài)修復(fù)的根本思路是重建受損河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,恢復(fù)具有穩(wěn)定群落結(jié)構(gòu)、多樣性和生態(tài)功能的生物群落,以及可提供相對穩(wěn)定生態(tài)位,符合自然演替規(guī)律的生境的城市河道水生態(tài)系統(tǒng)。浙江省水環(huán)境的整治,在完成黑臭河道治理之后,將全面進(jìn)入水質(zhì)提升和水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的階段,始終樹立以生物治理和生態(tài)修復(fù)為核心的河道治理思路勢在必行。
3.2 浙江城鄉(xiāng)河道生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵問題
城鄉(xiāng)河道生態(tài)修復(fù)的最終目標(biāo),是在滿足河道基礎(chǔ)功能的基礎(chǔ)上,恢復(fù)河道的生態(tài)和景觀功能,最終達(dá)到水清、岸綠、景美、親水、易居的生態(tài)河道的要求。多年來浙江省城鄉(xiāng)河道污染嚴(yán)重,現(xiàn)狀復(fù)雜,盡管經(jīng)過初期的治理,清除垃圾、疏浚河道、減緩黑臭,水體污染狀況已有所緩解,但要最終完成河道的生態(tài)修復(fù),還有較長的距離,仍有諸多需要考慮的關(guān)鍵問題。多年來城鄉(xiāng)發(fā)展過程中對水環(huán)境的侵占使得多數(shù)河道較為狹窄,加之城鄉(xiāng)地表硬化導(dǎo)致地表蓄水能力降低,排水、行洪等河道的基礎(chǔ)功能,是河道生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)和實(shí)施中必須考慮的關(guān)鍵問題之一。河道生態(tài)修復(fù)的進(jìn)行需在河道水質(zhì)恢復(fù)到一定階段之后,對河道水體污染的治理和控制是非常重要的,與此同時(shí),河道生態(tài)修復(fù)亦可促進(jìn)河道自我凈化能力。河道水體生物的多樣性是河道生態(tài)恢復(fù)的一個(gè)典型特征,改變現(xiàn)有河道岸、底硬化,溝渠化的現(xiàn)狀,造就多樣河道形態(tài)和空間,形成多樣的水體環(huán)境,將為生物多樣性的恢復(fù)奠定基礎(chǔ)。在河道生物多樣性恢復(fù)的基礎(chǔ)上,從河道生態(tài)系統(tǒng)的整體性出發(fā),恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,促進(jìn)水體穩(wěn)定、多樣性生物鏈形成,恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)、平衡和演替能力的形成,將是極具挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵問題。此外,在河道生態(tài)修復(fù)中,要著力考慮水資源的可持續(xù)利用、水生態(tài)環(huán)境與城鄉(xiāng)生態(tài)景觀、人文景觀的和諧發(fā)展,最終達(dá)到人、水、自然的和諧發(fā)展。
4.1 河道污染治理與生態(tài)修復(fù)的和諧理念
水環(huán)境污染治理是一個(gè)政府主導(dǎo)、全民參與的重大社會問題,浙江省“五水共治、治污先行”工作的推進(jìn),是以治水為契機(jī),深化改革,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)升級。僅污染的防治,就涉及不同層次、各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜關(guān)系,無論是各類工業(yè)企業(yè)、各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn),還是居民生活,任何一個(gè)方面的疏忽,水環(huán)境的污染防治就可能難以達(dá)到既定目標(biāo),或者進(jìn)度大大拖后。因此,全社會樹立人與自然和諧發(fā)展的理念是極其重要的。當(dāng)前水環(huán)境區(qū)域污染的現(xiàn)狀,使得河道污染的治理必然是以流域綜合治理為核心。河道是水最終匯集后的體現(xiàn),在污染流域綜合防治的各個(gè)領(lǐng)域,以生態(tài)、節(jié)能、和諧的理念推進(jìn)技術(shù)的實(shí)施是各項(xiàng)工作成功的關(guān)鍵。河道治理的理念,應(yīng)在立足我國國情和發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,汲取先進(jìn)國家的水環(huán)境治理經(jīng)驗(yàn),由單純的污染防治向區(qū)域水環(huán)境生態(tài)治理的模式轉(zhuǎn)變。
4.2 河道污染治理與生態(tài)修復(fù)的總體策略
河道治理是一個(gè)系統(tǒng)工程,在控制污染源的基礎(chǔ)上,通過各種技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)對河道污染的治理和水體生態(tài)的修復(fù)是最根本的途徑。當(dāng)前浙江污染河道的治理,限于行政區(qū)劃下政府和部門之間的責(zé)任關(guān)系,更多的是一種局部治理,難以改變區(qū)域污染的現(xiàn)狀。但無論是當(dāng)前的局部污染治理,還是在流域范圍內(nèi)實(shí)施綜合治理,都應(yīng)在“減少外源污染,控制內(nèi)源污染,降解水體污染”的總體策略下進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)和工程實(shí)施。在流域綜合治理中,“減少外源污染”主要是點(diǎn)源污染的截污納管和統(tǒng)一處理,面源污染的綜合控制。在河道局部治理中,既要考慮點(diǎn)源、面源污染,更要關(guān)注河網(wǎng)上游水體帶來的污染?!翱刂苾?nèi)源污染”是水質(zhì)改善和提升的關(guān)鍵措施,過去通常采用清淤的方法,未來將更多采用生物?生態(tài)的方法來進(jìn)行治理?!敖到馑w污染”是河道水體污染治理的關(guān)鍵步驟,是諸多技術(shù)方法的集成和應(yīng)用,當(dāng)前生物修復(fù)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。
4.3 河道污染治理與生態(tài)修復(fù)的技術(shù)體系
在流域污染綜合治理的思路下,實(shí)施河道的污染治理和生態(tài)修復(fù),對技術(shù)將有較高的要求,是諸多技術(shù)方法的集成,是涵蓋不同領(lǐng)域的技術(shù)體系,主要包括以下內(nèi)容。
河道水污染控制技術(shù),即通過截污實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)源污染的控制,通過清淤減少河道內(nèi)源污染,通過生物修復(fù)技術(shù)對水體污染和面源污染進(jìn)行控制和治理。
河道生態(tài)環(huán)境改造和調(diào)節(jié),即恢復(fù)河道的天然狀態(tài),調(diào)節(jié)水流,使河道生境呈現(xiàn)多樣性,適合各類生物的定植和生物群落的形成,并促進(jìn)河道水生生物群落的生物多樣性。
河岸生態(tài)緩沖帶構(gòu)建,即恢復(fù)河岸植被,形成具有控制和消減面源污染、地表徑流營養(yǎng)鹽等作用,可美化和調(diào)節(jié)河岸帶景觀的生態(tài)河岸。
生態(tài)護(hù)岸構(gòu)建,河岸護(hù)坡是河道生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,同時(shí)也影響著河流的穩(wěn)定性及行洪能力,改變多年來城鄉(xiāng)河道河岸硬化的現(xiàn)狀,構(gòu)建自然的生態(tài)護(hù)岸,利于河道生態(tài)的恢復(fù)。
河道生物群落恢復(fù)和演替控制,河道修復(fù)相關(guān)措施的最終目的,是要為水、岸生物群落恢復(fù)奠定基礎(chǔ),從而逐步恢復(fù)河道和河岸帶生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)河道的天然自凈能力。
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(責(zé)任編輯:袁醉敏)
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0528?9017(2015)01?0015?04
2014?11?13
農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目(2011-Z34);浙江省“生物三藥”重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2011R09027-11);浙江省農(nóng)科院創(chuàng)新提升工程項(xiàng)目
湯江武(1971-),浙江青田人,研究員,從事應(yīng)用微生物研究工作。E?mail:tangjiangwu@sina.com。