(無錫市城市防洪工程管理處，江蘇 無錫 214031)

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，在長三角等人口密度高的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，環(huán)境承載壓力也日益加重。“十三五”以來，無錫市委市政府認(rèn)真貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，統(tǒng)籌抓好污染防治、環(huán)境保護(hù)、綠色發(fā)展各項工作，特別是在水生態(tài)文明建設(shè)方面，不斷加大科技治水力量，“食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”在濱湖區(qū)多條河道生態(tài)修復(fù)中被采用，并取得良好效果。

1 項目概況

泰康浜位于無錫市濱湖區(qū)梁溪河畔的蠡溪苑景區(qū)內(nèi)，“泰康浜水生態(tài)修復(fù)工程”共分為兩期實(shí)施，一期對泰康浜(為斷頭城市排澇內(nèi)河，位于芙蓉池東側(cè)，北起泰康苑，南至梁溪河，北側(cè)斷頭，南北流向匯入梁溪河，平均水深2m，全長170m，面積約2200m2，正常情況下從梁溪河補(bǔ)水，汛期向梁溪河排水)實(shí)施；二期對芙蓉池(為半封閉景區(qū)景觀湖泊，位于蠡溪西苑正中心，水深約1～2m，總水域面積約8880m2，東西水域分別與泰康浜和永康浜以軟圍隔相連，存在少量水體交換)實(shí)施。項目平面位置見圖1。

圖1 泰康浜-芙蓉池平面位置示意圖

整治前兩處水體主要存在如下問題：

a.水體流動性差。兩處水體為斷頭浜或半封閉景觀湖泊，整體流動性較差，水體自凈能力較弱，且富營養(yǎng)化嚴(yán)重，水體透明度低。

b.水質(zhì)不穩(wěn)定。兩處水體水質(zhì)時好時壞，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，受下游引水源頭梁溪河的影響，NH3-N、TP等時有超標(biāo)。

c.水體景觀效果差。兩處水體河畔空間較好，但水體總體渾濁，透明度較低，部分挺水植物生長過密，影響整體視覺效果。

d.水體內(nèi)沉水植物缺失，生物多樣性差，生態(tài)系統(tǒng)不完整，導(dǎo)致水體生態(tài)失衡。

2 技術(shù)原理

“食藻蟲”由一種大型枝角類浮游動物——大型蚤(Daphniamagna)馴化而來，其本身是魚類喜食的一種“魚蟲”，經(jīng)過吃藍(lán)綠藻習(xí)性馴化、提純和復(fù)壯后，具有野外生存能力強(qiáng)、體型大、抗藻類毒素能力強(qiáng)等特點(diǎn)。食藻蟲以水中藻類、有機(jī)顆粒等為食，每天可吞噬數(shù)十倍于自身體積的藻類，并能有效消化所攝食的水體中藻類(藍(lán)藻、銅藻、綠藻、微囊藻等)，使水中藻類大幅降低，失去種群優(yōu)勢。因此廣泛應(yīng)用于引導(dǎo)富營養(yǎng)化水體的水生態(tài)修復(fù)技術(shù)中。

食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)步驟原理如下：

a.食藻蟲攝食消化水體中的藻類、有機(jī)顆粒和懸浮物，同時產(chǎn)生弱酸性的排泄物，進(jìn)一步抑制水體中藻類的生長[1]。

b.水體中藻類和懸浮物減少消失后水體透明度增加，光照可進(jìn)入水底，促進(jìn)水體底部沉水植物的生長，沉水植物與食藻蟲可形成良好的共生關(guān)系[2]。

c.沉水植物不但能吸收水體中大量的氮、磷，減輕水體富營養(yǎng)化狀況，還能促進(jìn)氮的硝化-反硝化反應(yīng)，逐漸成片長滿水底后，可防止底泥的再懸浮，提高水體生態(tài)自凈能力。

d.水生植被恢復(fù)后，有益微生物向底泥擴(kuò)散,促進(jìn)底泥氧化還原電位升高,形成有利于水生昆蟲和底棲生物生長的環(huán)境[3]。在水生植物共生作用下，底泥中的氮、磷等有機(jī)物將被封存，生態(tài)鏈逐步恢復(fù)自凈功能。

e.再逐步向水體中引入高級水生動物(螺、貝、魚、蝦類等)，通過它們將食藻蟲和部分水生植物慢慢攝食，利用食物鏈轉(zhuǎn)移水體中的氮和磷，從源頭徹底減少造成水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)，維持水質(zhì)長久穩(wěn)定。

技術(shù)原理見圖2。

圖2 食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)原理

3 實(shí)施方案

3.1 技術(shù)路線

2017年5月至2018年4月，分兩期先后對泰康浜和芙蓉池運(yùn)用“食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，工藝技術(shù)路線如下：

a.施工前期基礎(chǔ)調(diào)查：施工前對項目水體的水文、水質(zhì)、污染源等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，找出水體污染的主要原因，因地制宜合理安排控源截污方案，在水體內(nèi)源、外源污染全面控制到位的基礎(chǔ)上，開始制定水體生態(tài)修復(fù)方案。

b.對底泥進(jìn)行活化處理：采用微生物制劑活化改良底泥微生態(tài)系統(tǒng)，為水生植物生長創(chuàng)造良好條件。

c.食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建：

修復(fù)沉水植物生態(tài)：底泥完成活化、生態(tài)修復(fù)后，種植沉水植物，利用植物的光合作用提高水中DO含量，為后續(xù)水生動物的投放打好基礎(chǔ)。

投放食藻蟲：完成沉水植物種植后，立即投放食藻蟲，通過食藻蟲大量攝食水中藻類、有機(jī)懸浮物等，短時間內(nèi)迅速提高水體透明度，增加水體透光度，創(chuàng)造有利沉水植物快速生長的條件，防止藻類在沉水植物還未茂盛生長時大量繁殖。

構(gòu)建底棲動物群落：大型底棲動物是維系水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分,也是影響水生態(tài)系統(tǒng)健康與功能的重要水生生物。不但能提高前期生態(tài)修復(fù)的凈水效果，而且能促進(jìn)修復(fù)后的水生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

構(gòu)建食物網(wǎng)：魚類的調(diào)控是水生態(tài)修復(fù)成敗的關(guān)鍵之一，因此，為了有效控制野生雜魚對生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，必須構(gòu)建健康的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時兼顧景觀效果，投放部分肉食性魚，以達(dá)到促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定的目的。

d.后期生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)管理：修復(fù)水體的生態(tài)系統(tǒng)基本平衡穩(wěn)定后，還需加強(qiáng)維護(hù)與管理，主要包括日常清潔、相關(guān)設(shè)備維護(hù)、調(diào)節(jié)食物鏈、優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)等。

3.2 施工過程

施工前先做好現(xiàn)場勘察、水電接入、設(shè)備進(jìn)場等施工準(zhǔn)備工作。集中施工期在清塘干河后主要進(jìn)行曝氣裝置安裝(泰康浜安裝羅茨風(fēng)機(jī)并鋪設(shè)曝氣管道；芙蓉池安裝涌浪機(jī)和浮水泵)、生態(tài)溢流壩搭建(芙蓉池西南角與西北角)、底泥活化等工作；隨后少量放水進(jìn)行沉水植物種植，并投放食藻蟲，逐步增高水位后進(jìn)行浮葉植物種植。主體施工期完成后進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)調(diào)試期，根據(jù)水質(zhì)情況投放水生動物，并監(jiān)測水生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。施工流程見圖3。

圖3 施工流程

3.2.1 前期工程

在水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)前，對水體水深、土著水生植物等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，清除水面枯枝落葉、碎屑漂浮物等垃圾，并對水體內(nèi)魚類進(jìn)行清理，為生態(tài)治理的可控性提供條件。

3.2.2 曝氣增氧工程

曝氣增氧是水體修復(fù)中增加水中溶解氧非常重要的一環(huán)，也是微生物生存、繁殖的基本條件。使水體中含有足夠的溶解氧，能提高水體氧化還原電位，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，同時涌浪機(jī)和浮水泵還能有效提升水體景觀效果。考慮泰康浜為狹長斷頭浜的實(shí)際情況，安裝功率為3kW的羅茨風(fēng)機(jī)一臺，并鋪設(shè)長度170m的曝氣管道，確保整個水體均能有較充分的曝氣增氧效果；芙蓉池為類似方形的景觀水體，選擇安裝功率為1.5kW的涌浪機(jī)和浮水泵各2臺，可兼顧水體復(fù)氧需求與工程景觀需要。

3.2.3 生態(tài)溢流壩構(gòu)建

為減少外圍水域的漂浮雜物和植株殘枝對施工水域的影響，阻擋外圍水體中食草性魚類對被修復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞，防止系統(tǒng)內(nèi)的食藻蟲流失或被外來物種蠶食，防止系統(tǒng)內(nèi)大型水生動物的外竄流失，必須對被修復(fù)水體與外圍水域連接處采取相應(yīng)措施，營造相對封閉的環(huán)境。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，本次修復(fù)方案在芙蓉池與永康浜、梁溪河連接處分別設(shè)置生態(tài)溢流壩(位置見圖1)。壩上布置挺水植物，兩側(cè)為生態(tài)浮島，降低外圍水域?qū)椖克w的水力沖擊，同時實(shí)現(xiàn)對外圍水域流入污染物的初步削減，提高項目水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(壩體結(jié)構(gòu)見圖4)。

圖4 生態(tài)溢流壩結(jié)構(gòu)圖

3.2.4 底泥活化改良

根據(jù)底泥現(xiàn)狀及沉水植物所需環(huán)境特點(diǎn)，對底泥進(jìn)行活化處理，其目的是改善底質(zhì)酸堿度，建立有益微生物群落。用于底泥活化的微生物制劑包括以下三類：?A類微生物系統(tǒng)——光合細(xì)菌；?B類微生物系統(tǒng)——氨氧化細(xì)菌及硝化細(xì)菌；?C類微生物系統(tǒng)——反硝化細(xì)菌。泰康浜投放132L(含ABC類)，芙蓉池投放444L(含ABC類)。投放前先排干原有河水露出底泥，根據(jù)實(shí)際情況，如底泥淤積不嚴(yán)重，且厚度較為均衡，地勢平坦，可選擇直接投放至底泥內(nèi)(如泰康浜)；如底泥厚度不均衡，且有較多雜質(zhì)(石塊、垃圾等)，需先清除雜質(zhì)，再利用小型挖機(jī)下挖30～50cm底泥，和原有上層淤泥攪拌、混合后再投放(如芙蓉池)。投放完后即可進(jìn)行沉水植物的種植，并逐步恢復(fù)原有水位。事后如遇暴雨、持續(xù)陰天以及突發(fā)污染事件時應(yīng)及時補(bǔ)投(可直接投入水中)。

3.2.5 沉水植物群落的構(gòu)建

沉水植物不但對富營養(yǎng)化水體的綜合凈化效果最佳，而且是實(shí)現(xiàn)水體從濁水態(tài)到清水態(tài)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵物種，從而構(gòu)建優(yōu)美的“水下森林”景觀。沉水植物的選擇，應(yīng)遵循以下原則：四季常綠，耐低溫、耐鹽、耐高溫、耐弱光；凈化效果好，尤其對氮、磷等污染物有較高的凈化率；景觀效果好，充分考慮水下空間、層次，實(shí)現(xiàn)水下沉水植物景觀化；生態(tài)安全，以廣布種和本土種品種為主，防止外來物種入侵；便于管理，減少維護(hù)工作量。結(jié)合以上原則和工程實(shí)際情況，在泰康浜配置四季常綠矮型苦草1675m2，改良刺苦草500m2；在芙蓉池配置四季常綠矮型苦草7992m2。當(dāng)干河后，底泥完成生物制劑投放，即可種植沉水植物，完成后逐步恢復(fù)原有水位(1周左右)。

3.2.6 透明度提升

主要依靠投放經(jīng)過改良、馴化的食藻蟲。食藻蟲可攝食藍(lán)綠藻、懸浮物以及有害細(xì)菌，從而提高水體透明度，為沉水植物進(jìn)行光合作用創(chuàng)造良好條件，其排泄物能促進(jìn)沉水植物快速成長，提高生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建效率。食藻蟲投放主要分3個階段：

a.施工初期：當(dāng)?shù)啄嗤瓿晌⑸镌换罨?，沉水植物種植后，投加食藻蟲(約占投放總量的2/3)，加速水體凈化，增強(qiáng)水體透光度，為沉水植物快速生長創(chuàng)造條件。

b.施工中期：在沉水植物穩(wěn)定生長后，水生動物投放前，繼續(xù)投加食藻蟲(約占投放總量的1/3)，維持水體透明度，為水生生物提供食物來源。

c.維護(hù)期：如遇暴雨等極端天氣或者污染物突然排放等情況，補(bǔ)投食藻蟲，加速水體凈化，維護(hù)水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

泰康浜共投放食藻蟲66L，芙蓉池共投放食藻蟲2664L，遇暴雨、持續(xù)陰天以及突發(fā)污染事件時補(bǔ)投。

3.2.7 食物鏈完善

大型底棲生物在水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與流動中具有特殊的地位和作用[4]。如螺類、貝類、蝦類等，通過攝食底泥中各類有機(jī)質(zhì)及腐敗的水生植物殘體，大幅度降低底泥中有機(jī)質(zhì)含量及營養(yǎng)物質(zhì)的釋放。此外，大型螺類可通過釋放某些具有絮凝作用的物質(zhì)，降低水中懸浮物的含量，并吸附氮、磷營養(yǎng)鹽。因此，在沉水植物系統(tǒng)構(gòu)建完成后，構(gòu)建合理的水生動物群落和健康的食物鏈?zhǔn)鞘直匾?。通過在泰康浜投放環(huán)棱螺3kg，青蝦3kg，黑魚5尾；芙蓉池投放環(huán)棱螺20kg，青蝦15kg，黑魚30尾，完善食物鏈，從而控制浮游植物的生物量，提高水體透明度，促進(jìn)清水態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。

3.2.8 景觀提升工程

為提升整體水域觀賞性，在部分區(qū)域種植睡蓮。睡蓮具有強(qiáng)大的根系，扎根于底泥之中吸收水中的各類有機(jī)物，對凈化水體中的氮、磷有明顯作用。此外，睡蓮花期很長，花朵美麗優(yōu)雅，可與沉水植物群共同構(gòu)建“水下碧草波動，水上蓮花開放”的迷你景觀。泰康浜共設(shè)置25m2的睡蓮點(diǎn)綴景觀；芙蓉池共設(shè)置45m2的睡蓮點(diǎn)綴景觀，另投放錦鯉25尾。

3.2.9 后期維護(hù)

通過前期的集中施工，水生態(tài)系統(tǒng)已基本建立，為確保水生態(tài)系統(tǒng)長期穩(wěn)定，后期必須進(jìn)行維護(hù)工作，主要包括水生植物維護(hù)、水生動物維護(hù)和水質(zhì)檢測等。

a.水生植物維護(hù)：及時清理植物殘體，清撈殘梗敗葉，避免沉積水底形成新的污染；沉水植物長出水面影響景觀時，進(jìn)行人工打撈或機(jī)割，及時清除；對于成活率不能達(dá)到設(shè)計要求的水生植物進(jìn)行補(bǔ)種；臺風(fēng)、大風(fēng)、暴雨天氣后2～3天，檢查沉水植物的布置情況。

b.水生動物維護(hù)：主要包括捕撈和放養(yǎng)工作。對總量過多、單一物種優(yōu)勢過于明顯、雌雄比失調(diào)等現(xiàn)象，視具體情況加以調(diào)控，確保生物鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[5]。

c.水質(zhì)檢測：對施工期和運(yùn)行期水環(huán)境和生物環(huán)境進(jìn)行跟蹤檢測，并建立相應(yīng)的長期跟蹤、檢測、預(yù)警和保障體系。檢測將以第三方檢測報告結(jié)論為準(zhǔn)。

4 治理效果

選取2017年5—12月、2018年5—12月泰康浜-芙蓉池的DO、CODMn、NH3-N、TP共4項水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)(監(jiān)測單位：濱湖區(qū)環(huán)保局)，按月進(jìn)行對比分析。見圖5～圖8。

圖5 2017—2018年DO值對比

圖6 2017—2018年CODMn值對比

圖7 2017—2018年NH3-N值對比

圖8 2017—2018年TP值對比

通過數(shù)據(jù)分析可見，4項水質(zhì)數(shù)據(jù)治理前后對比都是顯著改善的。DO最大提高430%(10月)，CODMn最大減少38%(9月)，NH3-N最大減少88%(10月)，TP最大減少79%(7月)。10月數(shù)據(jù)相對最好，可能是因為當(dāng)時氣溫已不是很高，有利于水體復(fù)氧；同時光照充足，水生植物光合作用良好，并且與其是生長旺盛期有關(guān)。從現(xiàn)場實(shí)際效果來說，生態(tài)修復(fù)后水體透明度明顯增加，水底水草清晰可見，水中錦鯉追逐嬉戲，水面睡蓮隨風(fēng)搖曳，池中浮水泵形成“人工噴泉”。泰康浜生態(tài)修復(fù)工程被濱湖區(qū)評為“樣板河道”，取得了良好的社會效益。

5 結(jié) 語

從本文案例可知，“食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”對于類似的封閉、半封閉水體生態(tài)修復(fù)具有很好的效果。并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.環(huán)境安全：修復(fù)全過程不使用化學(xué)藥劑，如殺藻劑、殺草劑和絮凝劑等，生態(tài)友好。

b.環(huán)境健康：項目完成后，水體周邊環(huán)境生態(tài)水平將得到進(jìn)一步提升，形成層次分明、水陸交相輝映的水景觀。

c.費(fèi)用低：施工不需要配套建筑物、堤岸、土方開挖、管網(wǎng)、濕地、征地拆遷等，維護(hù)不需要使用化學(xué)藥物，總投資成本大為降低。

d.無生物副作用：沉水植物采用的是經(jīng)改良的苦草和刺苦草，都是本土植物，不存在生物入侵風(fēng)險。食藻蟲也是本土生物，是最低級的初級消費(fèi)者，處于食物鏈的底層，任何雜食性和肉食性的動物都可以以它作為基礎(chǔ)餌料，因此，食藻蟲很容易被消滅，不存在任何生物安全問題。

e.見效快：食藻蟲作為低等生物，世代周期短，繁殖快，并且喜食藻類、有機(jī)顆粒和懸浮物，所以能在短時間內(nèi)提高水體透明度。本文項目在投放食藻蟲約2周后，即可見水體透明度明顯提高。

f.水生態(tài)系統(tǒng)能長期保持相對穩(wěn)定：通過采用“食藻蟲+沉水植物+水生動物”為主體的全生物解決方案，形成完整食物鏈，水生動植物取代藻類成為水體主導(dǎo)種類，最終恢復(fù)水體自凈能力，使水生態(tài)系統(tǒng)長期保持相對穩(wěn)定。

對于該項技術(shù)的推廣與應(yīng)用，要注意以下幾點(diǎn)：

a.目前只適用于封閉、半封閉水體。流動水體中食藻蟲會被水流沖走，沉水植物也不容易穩(wěn)定生長，嚴(yán)重影響修復(fù)效果。

b.保持水體的透光度，使水底沉水植物獲得良好的光合作用是此項修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。因此要營造相對平緩的水流，不能發(fā)生大范圍河底沖刷(如本文采用了生態(tài)溢流壩)。在汛期排澇入水口處考慮設(shè)置沉沙池、生態(tài)過濾體等，阻止大流量的雨水直接入流，僅接受周邊綠化帶地表徑流。

c.后期維護(hù)工作要跟上。除定期巡查、打撈水面漂浮物和垃圾外，還要對水生態(tài)系統(tǒng)跟蹤監(jiān)測，及時補(bǔ)種稀疏處的沉水植物，過密處則要適當(dāng)移除，防止植物生長過密，葉片互相遮擋，影響彼此光合作用。

食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)相比傳統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，具有環(huán)境友好、見效快、費(fèi)用低、易維護(hù)、景觀美等優(yōu)點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于溫暖地區(qū)的封閉、半封閉水體。在無錫泰康浜生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)踐中，取得了良好成效，并擴(kuò)大應(yīng)用于濱湖區(qū)其他7處水體修復(fù)中。此項技術(shù)可供其他地區(qū)類似水體生態(tài)修復(fù)時參考。