劉學(xué)軍

(錦州市義縣水利局，遼寧 錦州 121100)

河道是工農(nóng)業(yè)用水和城鎮(zhèn)居民生活用水的重要基礎(chǔ)，河道治理在一定程度上決定著人們生活質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展的程度。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對(duì)生活質(zhì)量的不斷提高，河道受到了不同程度的污染，生活垃圾的亂堆亂放隨降雨徑流匯入河道，生活污水、工業(yè)廢水以及含有農(nóng)藥化肥的農(nóng)田灌溉水等被大量的排入河道。河道中有害物質(zhì)明顯增加，水環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生明顯改變，如河道中因氮磷過高導(dǎo)致的水體發(fā)綠、因固體污染物過多引起的水體渾濁、因有機(jī)物含量偏多使得水體發(fā)黑發(fā)臭、因水體含氧量偏低導(dǎo)致的病菌或有害生物的滋生、因農(nóng)藥化肥的亂排濫用導(dǎo)致的水體劇毒等。水體污染一方面對(duì)河道水環(huán)境造成嚴(yán)重破壞影響河道生物的生存和發(fā)展，另一方面打破了生態(tài)系統(tǒng)的平衡，不利于水資源的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)上述水體污染問題，國(guó)內(nèi)外利用多項(xiàng)技術(shù)方法進(jìn)行水體環(huán)境的治理和改善，主要可以分為機(jī)械改善法、化學(xué)修復(fù)法以及生物治理法[1]。其中機(jī)械改善法主要有機(jī)械除藻、調(diào)水稀釋、單獨(dú)曝氣以及河底淤泥疏通等技術(shù)，通過人工措施達(dá)到改善河道環(huán)境的目的；化學(xué)修復(fù)法是利用化學(xué)試劑和藥品與河道內(nèi)的污染物或有害元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到將有害物質(zhì)沉淀或消解目的；生物治理措施主要是利用微生物的吸收、降解和轉(zhuǎn)化功能，降低河道水體中的污染物含量和濃度。不同地區(qū)的河道污染特征不同，河道的污染源和作用過程受多因素影響，采用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物措施已無法滿足當(dāng)前河道污染的多樣性和復(fù)雜性要求，不能對(duì)水體環(huán)境進(jìn)行徹底、全面的修復(fù)。據(jù)此，本文通過對(duì)上述河道治理措施分析研究，篩選出兩種或多種關(guān)鍵性技術(shù)措施形成綜合治理體系，即多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)的河道治理模式，將此綜合治理模式應(yīng)用于錦州市義縣宜州河的水環(huán)境治理中，并取得了預(yù)期的水體景觀及水質(zhì)改善效果[2]。

1 多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式

多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)的河道治理模式，其基本原則和理論是在綜合治理基本理念基礎(chǔ)上，利用多方位集成技術(shù)，建立長(zhǎng)期有效的水體環(huán)境統(tǒng)籌治理機(jī)制和管理制度。通過對(duì)河道外源和內(nèi)源污染物控制，采取有效的人工凈化措施，并充分發(fā)揮水體自凈強(qiáng)化功能共同達(dá)到河道水環(huán)境治理目標(biāo)，多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式的基本體系如圖1所示。

圖1 多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式

河道外源污染控制主要是利用雨污自動(dòng)過濾和滯留系統(tǒng)，將雨水和污染雜質(zhì)進(jìn)行隔離分流或合流完成對(duì)河道外入水源的原位控制；而采取河底清淤、水面清理等措施即為河道內(nèi)源控制；人工凈化往往是采用超微凈化水處理技術(shù)對(duì)水質(zhì)污染元素進(jìn)行快速的吸收凈化處理達(dá)到水體清潔的目的；水體自凈功能的建設(shè)主要是通過構(gòu)建水生植物和水生動(dòng)物群落，增強(qiáng)水生態(tài)系統(tǒng)的功能作用達(dá)到水體能夠自凈目的。多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式是一種多方位的綜合治理體系，它不僅包含了對(duì)外源污水的原位清潔和攔截控制技術(shù)，而且可將河底內(nèi)長(zhǎng)期累計(jì)的淤泥及內(nèi)源污染物進(jìn)行清理和消除，同時(shí)在提高河道自清潔功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了水體生態(tài)功能的增強(qiáng)。多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式能有效提高河道的納污能力，并且在河道遇到特殊情況或短暫超負(fù)荷污染時(shí)能有效降低水中污染物含量。

相對(duì)于傳統(tǒng)的單一河道水環(huán)境治理模式，多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式具有以下特征和優(yōu)點(diǎn)。

(1)在污染源頭上能有效降低河道外源污染物隨降雨向河道內(nèi)的流入，進(jìn)而明顯減少水中氮磷等有害化學(xué)物質(zhì)的含量。

(2)對(duì)河道淤積進(jìn)行定期清理，對(duì)水體進(jìn)行周期性凈化除質(zhì)，顯著降低水環(huán)境中污染物濃度。

(3)利用現(xiàn)代化的水體凈化技術(shù)設(shè)施，對(duì)于重度污染水體能夠快速高效的對(duì)凈化去污，改善水質(zhì)環(huán)境且提高水體抵抗突發(fā)性污染的反應(yīng)能力。

(4)構(gòu)建水生植物和水生動(dòng)物群落，增強(qiáng)水體生態(tài)系統(tǒng)，具有一定的生態(tài)景觀以及河道美化功能。

1.1 外源污染控制

降雨原位自動(dòng)膜濾系統(tǒng)是一種對(duì)雨水進(jìn)行工程化處理的技術(shù)，利用超低壓過濾膜，對(duì)徑流雨水進(jìn)行污染物的過濾和除去。系統(tǒng)是采用一種折疊式的濾膜，在保證過水能力的前提下可有效對(duì)污染物進(jìn)行過濾，系統(tǒng)對(duì)于過濾后的水體設(shè)有蓄水池，在暴雨時(shí)可對(duì)濾芯進(jìn)行反自動(dòng)清洗，減少沉淀污染物對(duì)濾芯的阻礙作用并明顯提高芯片的使用壽命[2]。在河道末端系統(tǒng)還安裝有雨水管網(wǎng)，用于暴雨時(shí)期。當(dāng)河道匯入污染物較多時(shí)，將過濾后的水體排入管網(wǎng)中，降低水體對(duì)河道直接污染，且可有效防止因排放不當(dāng)造成的二次污染問題。

駁岸生態(tài)滯留系統(tǒng)主要用于暴雨時(shí)期未排入雨水管網(wǎng)的水體，以提高生態(tài)河岸的滲透性和河道的納污能力。駁岸生態(tài)滯留系統(tǒng)的基本作用是通過連接作用將水面、駁岸及陸地形成一個(gè)整體，利用植被之間的間隙、土質(zhì)的空隙和微小縫隙等進(jìn)行能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)移交換，以此形成空氣對(duì)流，提高水體中的溶氧量，改善水質(zhì)。河道的生態(tài)駁岸實(shí)現(xiàn)了多種動(dòng)植物的復(fù)合型共生，利用生態(tài)形式可靠的控制了外來有害物質(zhì)對(duì)水體的污染。

1.2 內(nèi)源污染控制

外來污染物在河道內(nèi)經(jīng)過長(zhǎng)期的累積、沉淀和固化形成了積于河底的淤泥，淤泥是河道水質(zhì)二次污染的主要來源，嚴(yán)重影響了城市河道的水體環(huán)境。河道底泥較難控制，沉積于河底的污染物如氮磷和化學(xué)藥物等會(huì)在某些特定的條件和作用下進(jìn)入上層片源水中，對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。采用機(jī)械清淤技術(shù)和淤泥生物酶降解是進(jìn)行河道內(nèi)源控制的主要措施，該方法具有快速、高效以及可持續(xù)性能高的功能和特性。

機(jī)械清淤因?qū)嵤┏杀据^高，且對(duì)河道清淤能力較強(qiáng)，故一般適用于高污染、小面積的水源污染治理。而生物酶河道治理措施是利用河底微生物的活性對(duì)有害污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，該項(xiàng)技術(shù)措施一般適用于污染程度較低且污染面積較廣的河道。同時(shí)，生物酶能夠促進(jìn)微生物的活性提高，對(duì)后期的淤泥的理化性質(zhì)的提高具有一定的促進(jìn)作用[3]。

1.3 人工凈化技術(shù)

當(dāng)河道水環(huán)境受外界污染物的侵入和影響，其本身的生態(tài)系統(tǒng)變得不穩(wěn)或失衡，故采取有效的治理措施對(duì)水體進(jìn)行凈化，降低污染物濃度使其重新達(dá)到平衡。人工凈化措施是提高河道防污染能力的有效方法，目前超微凈化水處理技術(shù)是人工凈化應(yīng)用較為廣泛且相對(duì)成熟的措施。其基本原理是基于氣、液相界面，利用超高壓氣水混合技術(shù)產(chǎn)生大量的微米級(jí)和亞微米級(jí)的氧化氣泡，有效去除水環(huán)境中的氮磷含量、降低重金屬污染物濃度、消解藻類和膠體等有害物質(zhì)含量，該技術(shù)可明顯增加水體中的溶氧量，提高水體的清澈透光能力，是目前應(yīng)用于水環(huán)境治理的理想型技術(shù)工藝[4]。

超微凈化水處理技術(shù)可以對(duì)水體中的各個(gè)污染指標(biāo)進(jìn)行消除和分解，微米級(jí)氧化氣泡可快速消除藻類對(duì)河體污染，恢復(fù)水體顏色；微米級(jí)氣泡其本身具有一定的正電荷，可利用正負(fù)電荷之間的吸附作用降低水體中的膠體含量，并且可對(duì)水體中的雜質(zhì)進(jìn)行沉淀吸附，改善渾濁水體現(xiàn)象。對(duì)于發(fā)黑發(fā)臭的水體污染源，微米氣泡破碎過程中產(chǎn)生氫氧基和自由基能夠?qū)λ|(zhì)中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解作用。

1.4 水體自凈功能

河道生態(tài)系統(tǒng)是決定水體自凈能力的關(guān)鍵性因素，在河道治理過程中生態(tài)治理法得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，且在實(shí)際工程應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的結(jié)果。河道生態(tài)系統(tǒng)中水體的自凈過程如圖2所示。

圖2 河道生態(tài)系統(tǒng)水體自凈過程流程圖

挺水植物群落、浮葉植物群落以及沉水植物群落是水生植物的三大主要群落類型，其中挺水和浮葉植物在河道中主要發(fā)揮生態(tài)美觀和水質(zhì)保持的功能作用，而沉水植物是決定水體生態(tài)功能修復(fù)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)措施，它是影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和多樣性的主要因素[5]。通常情況下可在河道淺水區(qū)種植常綠矮型的水下草皮，在中深部水域種植四季常綠、形高易活型的水下森林。

大型魚類、低棲動(dòng)物和浮游生物群落是水生動(dòng)物群落的主要類型，其中大型魚類群落促進(jìn)了物種多樣性，且具有一定的生態(tài)景觀功能；而對(duì)于低棲類動(dòng)物群落的構(gòu)建主要是利用該群落可對(duì)腐質(zhì)動(dòng)植物的殘?bào)w和有機(jī)質(zhì)進(jìn)行捕食的功能，進(jìn)而達(dá)到過濾和沉淀水體雜質(zhì)含量，通常采用的動(dòng)物類型有河蚌、青蝦、海螺等；浮游動(dòng)物群落可對(duì)河道內(nèi)的綠藻、腐質(zhì)物進(jìn)行攝取，能快速提高水體的清澈度，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的形成[6]。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)域概況

本文以宜州河河道為研究對(duì)象，該河道位于義縣縣城東部，河道全長(zhǎng)為17km，流域面積約為41km2，水體深度范圍為15～22m。河道內(nèi)水體透明度較低，且污染較為嚴(yán)重，局部區(qū)域發(fā)黑發(fā)臭，水體的生態(tài)系統(tǒng)破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，通過對(duì)河道水體取樣，并進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)可知水中的COD、TP以及NH3-N有害物質(zhì)的濃度分別為325.4mg/L、12.6mg/L和1.2mg/L，污染物濃度含量明顯超過V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中8.6倍、5.2倍和3.5倍。為改善水系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境，降低水體中的污染物濃度含量，采用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)的綜合治理模式，并依據(jù)相關(guān)水體治理原則和原理進(jìn)行宜州河的綜合治理[7]。

2.2 河道水環(huán)境治理

首先對(duì)上游河道進(jìn)行外源截流處理，即利用聚酯纖維膜和土工膜對(duì)水體進(jìn)行隔膜導(dǎo)流布置，在距離河岸北部5m處設(shè)置隔膜，隔膜外層為聚酯纖維內(nèi)層為土工膜。利用導(dǎo)流設(shè)置將部分污水排入下游區(qū)域，以此降低上游重點(diǎn)區(qū)域的非溶解性污染物濃度和排入量[8]。多年來上游區(qū)域排入了大量未經(jīng)處理的雨污水，進(jìn)而導(dǎo)致河底的淤泥積累嚴(yán)重，針對(duì)上游區(qū)域的內(nèi)源污染問題，可在河道中排放大量的生物酶以此提高水體底部微生物的活性，增加其吸收轉(zhuǎn)化污泥的效率，進(jìn)而解決河道底泥黑臭的污染問題，實(shí)現(xiàn)內(nèi)源控制原位治理的功能[9]。

在河道內(nèi)放入大量水生動(dòng)植物，并改善水生動(dòng)植物的生存空間，保證其存活率，增強(qiáng)水體的生態(tài)系統(tǒng)功能[10]。保證水生動(dòng)植物的存活率是影響河道生態(tài)系統(tǒng)的主要因素，故需在上游河道布設(shè)一套超微凈化設(shè)備對(duì)河道水環(huán)境進(jìn)行循環(huán)凈化，設(shè)備凈水處理量為100m3/h，水質(zhì)處理前后的各項(xiàng)指標(biāo)見表1。

表1 超微凈化設(shè)備實(shí)施前后的水質(zhì)指標(biāo)值

由表1可知，布置超微凈化設(shè)備后河道內(nèi)的水質(zhì)得到了明顯的改善，不僅為河道水生動(dòng)植物的生存空間提供了良好環(huán)境，而且促進(jìn)了水體生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。通過往水體中放入水生植物，如矮型枯草，沉水型草皮等構(gòu)建了水生植物群落，投放鯽魚、大蝦和海螺等構(gòu)建了水生動(dòng)物群落。采取上述措施后的2個(gè)月以后，可發(fā)現(xiàn)河道內(nèi)水明顯變得清澈，由先前的淺黑色變成了現(xiàn)在的淺綠色。水體中的COD、NH3-N以及TP濃度明顯降低，不僅提高了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)類別，而且增強(qiáng)了水環(huán)境的自凈能力[11]。

3 結(jié)論

通過對(duì)現(xiàn)有河道治理措施進(jìn)行分析研究，篩選出兩種或多種關(guān)鍵性技術(shù)措施形成綜合治理體系，即多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)的河道治理模式，通過將該模式應(yīng)用于錦州市義縣宜州河的水環(huán)境治理中，得出主要結(jié)論：

(1)采用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)河道治理模式，可實(shí)現(xiàn)河道水環(huán)境的良性循環(huán)，并有利于穩(wěn)定河道水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)；河道內(nèi)水明顯變得清澈，以前的淺黑色變成了現(xiàn)在的淺綠色，水體中的COD、NH3-N及TP濃度明顯降低，提高了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)類別，增強(qiáng)了水環(huán)境自凈能力。

(2)布置超微凈化設(shè)備后，河道內(nèi)水質(zhì)得到明顯改善，為河道水生動(dòng)植物的生存空間提供了良好的環(huán)境，促進(jìn)了水體生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。水生動(dòng)植物措施具有良好的生態(tài)治理功能，是今后河道治理措施的主要發(fā)展方向。