張魯寧

濟(jì)南市水利工程服務(wù)中心 山東 濟(jì)南 250099

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展不僅加大了保護(hù)河道水環(huán)境的工作壓力，而且會(huì)對(duì)保護(hù)工作的實(shí)施造成一定影響。河道水環(huán)境出現(xiàn)不同程度的污染，城市生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，直接降低居民生活質(zhì)量，影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。河道污染狀況復(fù)雜多變，單獨(dú)應(yīng)用物理、化學(xué)或生物等方法具有一定的局限性。為應(yīng)對(duì)當(dāng)前河道水環(huán)境治理現(xiàn)狀，應(yīng)在管理升級(jí)的同時(shí)引入和使用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)。厘清技術(shù)特征和各自優(yōu)勢(shì)，從而充分發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，有效保障凈化效果。

1 河道水環(huán)境治理現(xiàn)狀

1.1 河道治理不到位

河道治理在人們以往認(rèn)知中僅是對(duì)某段水體或是某條河道實(shí)施治理，因?yàn)橹卫砟Ｊ降摹八槠?，難以滿足提高水環(huán)境整體質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)要求，而且治理效果并不理想，加之居民未能感受到完成水環(huán)境治理之后帶來的生活環(huán)境變化，在一定程度上阻礙生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展。

1.2 污水?dāng)r截不到位

當(dāng)前仍有個(gè)別工廠出于壓縮經(jīng)濟(jì)成本、沒有意識(shí)到保護(hù)河道水環(huán)境的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)執(zhí)法層面環(huán)境違法處罰力度不夠，致使生活污染與工業(yè)廢水沒有處理便直接排放，成為引發(fā)河道污染的關(guān)鍵污染源頭。如果不能在源頭上切斷污染源，河道水環(huán)境污染問題難以徹底解決。

1.3 后續(xù)維護(hù)不到位

隨著持續(xù)進(jìn)行的防治行動(dòng)計(jì)劃，我國(guó)各地均加大了河道水環(huán)境整治力度，可實(shí)際上多數(shù)為短期治理，忽視后續(xù)的運(yùn)營(yíng)管理。若是僅在建設(shè)期大力治理河道水環(huán)境而未落實(shí)后期的運(yùn)行管理，很容易陷入到“治反復(fù)，反復(fù)治”困境中。

2 河道污染主要原因

2.1 外源原因

隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題加重，直接影響到河道原本的水環(huán)境健康。例如垃圾處理、污水排放等沒有進(jìn)行嚴(yán)格管理，沒有進(jìn)行科學(xué)處理的污水流入河道引發(fā)污染。再比如亂丟垃圾或是垃圾沒有分類處理，在雨水沖刷后流進(jìn)河道里，不僅導(dǎo)致河道原本的生態(tài)平衡被破壞，而且會(huì)出現(xiàn)刺激性氣味。這些污染物無法在水環(huán)境中降解，在河道里長(zhǎng)期堆積降低氧氣含量，出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化、黑臭等問題，造成水體破壞[1]。

2.2 內(nèi)源原因

河道環(huán)境中的水生植物經(jīng)過自我降解,能夠排出大量有機(jī)質(zhì)進(jìn)而污染水底土壤環(huán)境。在養(yǎng)分資源豐富時(shí)藻類大量生長(zhǎng)，導(dǎo)致水環(huán)境內(nèi)部生態(tài)失衡。大量生長(zhǎng)的水生植物在水中浮游，但由于空氣與水體環(huán)境之間被隔離，在河道內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)大量污染物，與此同時(shí)也會(huì)放出難聞的腥臭氣，進(jìn)而對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生危害。

3 技術(shù)基本概述

多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)兼具了統(tǒng)籌管理、綜合治理以及長(zhǎng)效運(yùn)行等觀念，能夠在不同方面、利用多種手段達(dá)成治理河道水環(huán)境的最終目標(biāo)，是一套具備聯(lián)動(dòng)性且全面化的綜合性治理體系。該技術(shù)擁有較為廣泛的涉及范圍，并非僅拘泥于某一技術(shù)領(lǐng)域中，主要是聯(lián)合應(yīng)用多方技術(shù)。基于此，和單一傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)對(duì)比，這項(xiàng)技術(shù)體現(xiàn)的主要優(yōu)勢(shì)有：①理想的截污效果。因?yàn)槠渲幸豁?xiàng)技術(shù)為攔截污染，所以能控制污染物流進(jìn)河道，一方面能夠降低水體富養(yǎng)化程度，另一方面可以在源頭上有效控制污染源。②快速改善環(huán)境問題。若是由突發(fā)原因水體加劇惡化，能通過人工凈化相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)緊急治理，從而提升河道水環(huán)境質(zhì)量。③周期清淤。可有效清除長(zhǎng)期在河道運(yùn)行過程中堆積的污泥、雜質(zhì)以及腐殖物，有效解決河道污染問題。④構(gòu)建良好水生態(tài)系統(tǒng)。以構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)防止反復(fù)發(fā)生水體污染并保障凈化效果，在水體實(shí)現(xiàn)自然的生態(tài)循環(huán)基礎(chǔ)上美化河道景觀。

4 常見技術(shù)

4.1 微生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)

微生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)是通過調(diào)節(jié)控制河道中微生物的數(shù)量和組成，增加水體生物多樣性，以微生物的新陳代謝實(shí)現(xiàn)河道污染物的生物降解，恢復(fù)水體自凈能力，從而實(shí)現(xiàn)凈化河道的效果，是對(duì)普通微生物技術(shù)的強(qiáng)化。主要技術(shù)環(huán)節(jié)為選育出菌體并對(duì)其進(jìn)行培育、富集至一定的菌群規(guī)模，技術(shù)核心是保證微生物的數(shù)量及活性，加速污染物質(zhì)降解及轉(zhuǎn)化[2]。主要有土著微生物活化技術(shù)和投加外源微生物菌劑兩種方法。

土著微生物因長(zhǎng)期與環(huán)境共存而逐步形成了適應(yīng)環(huán)境的微生物區(qū)系或群落，但對(duì)污染物的降解效果受環(huán)境影響大、不穩(wěn)定，需對(duì)其進(jìn)行活化促生。土著微生物活化技術(shù)，即基于生態(tài)學(xué)原理，以水體土著微生物菌群結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)為核心，培育河道的生物多樣性，進(jìn)而逐步建立起健康、合理的水生生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，利用水生生物吸收污染物中的碳、氮、磷等元素進(jìn)行代謝活動(dòng)的過程，達(dá)到去除污染物以及凈水的目的。微生物促生劑是一種含有機(jī)酸、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微量元素等多種組分的復(fù)合營(yíng)養(yǎng)劑，能刺激受污染水體中土著微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而快速高效降解污染物，實(shí)現(xiàn)水體凈化。

當(dāng)污染程度超過水體的自凈能力時(shí)，僅靠河道中本身所含有的土著微生物已經(jīng)無法維持基本的生態(tài)系統(tǒng)平衡，這時(shí)就需要人工投加外源微生物菌種來進(jìn)行調(diào)節(jié)。外源微生物菌劑是從自然界篩選菌種按適當(dāng)比例組合配置而成的高效菌種或利用生物工程技術(shù)處理后的菌株制成的具有特殊功能的生物制劑。這些菌株中的微生物可經(jīng)馴化后大量繁殖，代謝降解水體中的污染物質(zhì)。目前微生物投加技術(shù)中微生物種類多樣，得到了廣泛應(yīng)用。投加外源微生物菌劑操作簡(jiǎn)單，處理成本比較低。在實(shí)際運(yùn)用中單獨(dú)使用投加微生物菌劑的方法處理效果不夠明顯，常輔以人工曝氣方式，來提高水體修復(fù)效果[3]。

4.2 微孔曝氣增氧

好氧微生物需要足夠的溶解氧維持生存，而曝氣能增加溶解氧含量。因而依據(jù)河道水質(zhì)以及污水排放量，可結(jié)合生態(tài)修復(fù)要求通過微孔曝氣的手段實(shí)現(xiàn)河道復(fù)氧。通過在水底安裝微孔曝氣設(shè)備，對(duì)水體進(jìn)行微曝氣復(fù)氧，利用氧氣對(duì)內(nèi)部有機(jī)物氧化，讓其轉(zhuǎn)化成水、二氧化碳等其他無機(jī)物質(zhì)，在優(yōu)化好氧環(huán)境，促進(jìn)微生物群落恢復(fù)的同時(shí)，依托這項(xiàng)技術(shù)具備的機(jī)械功能，改善以往水體環(huán)境，讓氧氣更為均勻的分布在水體中，降低發(fā)生水體污染的概率，同時(shí)還可以通過曝氣形成的溶解氧氧化水底污泥。該技術(shù)以對(duì)溶解氧的注入修復(fù)發(fā)生斷裂的水體生物鏈，在此基礎(chǔ)上促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的逐步修復(fù)，屬于重要的生態(tài)修復(fù)手段。

微納米曝氣與普通曝氣相比，首先，具備較高傳質(zhì)效率。因?yàn)閭髻|(zhì)速率較高加之比表面積小，氣泡上升時(shí)表面因?yàn)橐合鄩毫ΧM(jìn)一步收縮以及增壓。一旦壓力進(jìn)入極限狀態(tài)，大量氣體依托兩相界面在水體環(huán)境中溶解，在相界面增強(qiáng)傳質(zhì)能力。其次，自身增壓溶解。氣泡的球形界面，利用表面張力可將氣泡內(nèi)部氣體壓縮，讓大量氣泡內(nèi)部氣體在水中被溶解。在水中微納米氣泡的溶解屬于氣泡漸漸縮小的一個(gè)過程，伴隨上升的壓力而提高溶解氣體的速度，逐漸增加比表面積提高縮小氣泡的速度，進(jìn)而最終在水中溶解，從理論角度來講，氣泡在馬上消失時(shí)能承受無限大的壓力。產(chǎn)生微納米氣泡有諸多方法，基本原理為通過高速旋轉(zhuǎn)的液體與氣體，產(chǎn)生氣液混合相然后由高壓噴口將其噴出，這樣會(huì)有微納米氣泡大量產(chǎn)生。另外，兩相混合還能游離出液相所含的羥基自由基等，在氣泡表面能夠帶上一定量的電荷，對(duì)水中微小粒子具有強(qiáng)力吸附作用，在增強(qiáng)氧化還原作用的同時(shí)有效凈化水質(zhì)[4]。

4.3 建造“水下森林”

以這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)，其核心在于構(gòu)建依托沉水植物的水生態(tài)系統(tǒng)。由于高等水生植物和水體各方面因素息息相關(guān)，因此在此生態(tài)系統(tǒng)中沉水以及浮水植物起到十分重要的作用，不僅具備巨大的環(huán)境價(jià)值還是水體生物維持多樣性的重要基礎(chǔ)，同時(shí)起到水體凈化的作用[5]。沉水植物可將水體含有的磷、氮等物質(zhì)消除，強(qiáng)化水體原有的自凈能力。并且還可以為水生植物創(chuàng)造棲息及營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，因此對(duì)沉水植物的利用與保護(hù)，屬于維持水生態(tài)系統(tǒng)平衡的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。從某種角度來講，沉水植物屬于衡量水體惡化的一個(gè)重要標(biāo)志。如果水體出現(xiàn)惡化會(huì)導(dǎo)致沉水植物消失，而在水體健康情況下沉水植物會(huì)更加豐富?；诖耍拥浪h(huán)境生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵在于沉水植被的修復(fù)，通過構(gòu)建起主要是沉水植物的水生植物系統(tǒng)，才會(huì)最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)。當(dāng)該系統(tǒng)被重新建立之后應(yīng)投放適量的水生動(dòng)物用于對(duì)生態(tài)平衡的調(diào)整，確保系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持。

對(duì)沉水植物繁殖的影響因素比較多，具體包括：一是光照強(qiáng)度。由于大部分沉水植物都是以光合作用完成新陳代謝，所以光線條件也會(huì)影響沉水植物的繁殖生長(zhǎng)。二是水體透明度。水體很難恢復(fù)的原因主要在于其過低的透明度，投放大量食藻蟲就是促進(jìn)這項(xiàng)指標(biāo)改善的關(guān)鍵手段。在進(jìn)入雨季之后由于接觸地表污染物,導(dǎo)致水體污染，增加大量的懸浮物，從而明顯降低透明度，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和采用針對(duì)性的改善舉措。三是懸浮物。通過對(duì)透明度的影響而限制沉水植物繁殖生長(zhǎng)，可以在修復(fù)期間放入食藻蟲或者以水體曝氣的形式降低負(fù)面影響。四是溫度[6]。水體溫度自身敏感性主要受限于沉水植物，如果環(huán)境溫度發(fā)生變化，雖然基本不會(huì)對(duì)沉水植物帶來影響，可會(huì)影響沉水植物的季節(jié)性生長(zhǎng)。

5 技術(shù)應(yīng)用

5.1 外源污染控制

當(dāng)外源污染超過河道本身具備的凈化能力，會(huì)在一定程度上加劇河道污染。為此，應(yīng)重點(diǎn)控制外源污染保障水體質(zhì)量。據(jù)相關(guān)研究表明，受暴雨影響被沖落泥沙較之生活污水，不僅污染嚴(yán)重而且影響更大，僅控制點(diǎn)源污染無法滿足水環(huán)境治理現(xiàn)實(shí)要求。通過這項(xiàng)技術(shù)，借助自動(dòng)膜濾裝置著重對(duì)雨水污染進(jìn)行處理，內(nèi)部的過濾系統(tǒng)能在提高過水性能、防止堵塞的同時(shí)將徑流污染有效解決。另外，過濾系統(tǒng)配置的貯水池，在發(fā)生暴雨也仍可進(jìn)行反復(fù)自動(dòng)沖洗，防止長(zhǎng)期的污染物質(zhì)累積，進(jìn)一步延長(zhǎng)系統(tǒng)使用時(shí)間的同時(shí)降低運(yùn)維成本。同時(shí)，還可利用駁岸生態(tài)滯留技術(shù)創(chuàng)新駁岸系統(tǒng)，雨水通過該系統(tǒng)滲透到地面，一方面植物能夠吸收地面與雨水中含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另一方面水會(huì)由土壤逐漸滲透到河流。除此之外，結(jié)合工程要求修建生態(tài)駁岸，例如生態(tài)走廊、棲息地等，可以使駁岸系統(tǒng)更具生態(tài)性并強(qiáng)化水體自身凈化能力。因駁岸具備的滲透性，滯留系統(tǒng)能把駁岸、水和陸地相連為整體，植物間隙、孔洞與空隙是能量和物質(zhì)之間的交換途徑，有利于更好地發(fā)揮水體凈化功能[7]。

5.2 內(nèi)源污染控制

如不能及時(shí)有效處理外來污染源，污染物很容易漸漸累積，和底部淤泥相結(jié)合最后變?yōu)槲勰唷．a(chǎn)生的污泥會(huì)嚴(yán)重污染河道水體并且會(huì)降低河道水質(zhì)。外來污染物質(zhì)即便能夠被及時(shí)處理，但是底部污泥所含的大量重金屬與氮磷物質(zhì)，在滿足條件時(shí)污染物被會(huì)重新釋放而再次污染河道水體。而利用這項(xiàng)技術(shù)，以機(jī)械化模式清理河流底部淤泥結(jié)合生物酶修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有效控制，通過物理和生物有機(jī)融合的方式可以提升處理污染物的質(zhì)量與效果，從而促進(jìn)生態(tài)河道的良性發(fā)展。通過機(jī)械清淤可以改善河道底泥功能，該技術(shù)的成本投入較高，因此經(jīng)常應(yīng)用在面積有限且污染較重的區(qū)域。對(duì)于較大修復(fù)范圍且較低污染負(fù)荷的河道，可以通過生物酶對(duì)底泥進(jìn)行修復(fù)，將底泥含有的微生物激活，通過微生物對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行降解。

5.3 人工凈化

河道水環(huán)境污染將引起水體生態(tài)失衡，人工凈化措施可提升水體凈化速率，增強(qiáng)河道防污能力。超微凈化水處理工藝是當(dāng)前應(yīng)用較為成熟的處理技術(shù)，可迅速凈化水體。該工藝?yán)么竺娣e氣液結(jié)合技術(shù)，以超高壓氣水混合方式，產(chǎn)生大量微米和亞微米級(jí)氧氣泡，降低水體中的氮、磷含量，消除藻類、重金屬、膠體等污染物[8]。該技術(shù)可在短期內(nèi)消除河道內(nèi)因藻類引起的水體污染，使水體顏色恢復(fù)正常，在提升水體透明度的同時(shí)凈化河道環(huán)境。同時(shí)微米級(jí)氣泡中含有的少量電荷可對(duì)水體中的污染物進(jìn)行沉淀吸附，有助于消除河道內(nèi)的黑臭現(xiàn)象。

5.4 水體自凈化

水體自凈化，指的是增強(qiáng)河道所具備的自然性能，生物控制是其主要使用方法，例如挺水、沉水以及浮葉植物等。通過水生植物優(yōu)化水體生態(tài)環(huán)境，其中種植的浮葉、挺水植物能在美化河道的同時(shí)改善河道水質(zhì)；通過栽種沉水植物增加生物多樣性。這項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)在于對(duì)河道生態(tài)的修復(fù)，發(fā)揮其自凈能力且讓污染增量不會(huì)高出自凈化效率，保障生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入到良性循環(huán)中。例如，可以在潛水區(qū)鋪設(shè)水下草皮，在深水區(qū)修造水下森林。突出優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾方面：首先，沉水植物將其根系深深扎入底泥，吸收其含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；其次，加快水體的反硝化及硝化速度；最后，提高水面懸浮物質(zhì)沉降率，有效抑制底部物質(zhì)懸浮。除此之外通過光合放氧，幫助河道水體快速沉積重金屬及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，利用化感作用，在水中生長(zhǎng)的沉水植物能產(chǎn)出酚類化合物，從而對(duì)藻類的繁殖生長(zhǎng)加以抑制[9]。

6 結(jié)束語

河道水環(huán)境是城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是地球整個(gè)水環(huán)境系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成。隨著水環(huán)境污染的加劇，水資源短缺問題日益凸顯，城市河道水環(huán)境治理迫在眉睫。治理河道水環(huán)境屬于一項(xiàng)系統(tǒng)性、長(zhǎng)期性工程，通過有效運(yùn)用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)從多方面對(duì)水體進(jìn)行綜合治理，從而改善河道水環(huán)境。具體工作中應(yīng)立足現(xiàn)狀、結(jié)合需求，在做好全面分析的基礎(chǔ)上選用合適的修復(fù)技術(shù)，科學(xué)制定治理方案，進(jìn)而將河道水環(huán)境的效用功能盡快恢復(fù)。