(四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

城市水體作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是涌動整個城市人文、經(jīng)濟、社會和自然環(huán)境和諧發(fā)展的重要脈搏。城市黑臭水體不僅給群眾帶來了極差的感官體驗，更嚴(yán)重影響了城市人居環(huán)境、經(jīng)濟建設(shè)和城市綜合發(fā)展。國務(wù)院頒發(fā)的《水污染防治行動計劃》提出：到2020 年，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，到2030年，全國城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。四川省亦高度重視城市黑臭水體綜合整治工作，并按照中央關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)的重要工作部署，分別于2016年底、2017年初先后出臺了一系列文件，對我省各地的污染水體整治提出了明確的目標(biāo)要求。

城市黑臭水體整治已成為地方各級人民政府改善城市人居環(huán)境工作的重要內(nèi)容，然而，城市水體黑臭成因復(fù)雜、影響因素眾多，治理工作困難。本文重點分析了黑臭水體的成因、總結(jié)了現(xiàn)有植物修復(fù)技術(shù)、闡述了植物組合技術(shù)在四川省都江堰市某河道黑臭水體中的應(yīng)用。

1 黑臭水體的成因

水體黑臭現(xiàn)象的產(chǎn)生是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物過程，涉及因素較多[1]，主要成因分為有外源污染、內(nèi)源污染和其他因素。

1.1 外源污染

外源污染是指大量污染物直接進入水體，造成水體變黑、變臭，這是導(dǎo)致水體黑臭的最根本原因[2]。外來污染物中的有機物、N、P以及部分 Fe、Mn等污染物進入水體后，微生物分解時水中溶解氧消耗速度大于恢復(fù)速度，導(dǎo)致水中溶解氧含量降低，使水體處于厭氧或缺氧狀態(tài)[3]，厭氧微生物經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)產(chǎn)生黑色和有氫味的物質(zhì)，使水變黑和變臭。

1.2 內(nèi)源污染

底泥是河道中必不可少的組成部分，底泥再懸浮是導(dǎo)致水體黑臭的重要因素之一。有機污染物進入水體后，部分經(jīng)微生物消解，部分通過沉淀形成底泥，當(dāng)遇到水力沖刷或人為擾動時，底泥再懸浮，向水體中釋放污染物，大量懸浮顆粒漂浮在水中，導(dǎo)致水體變黑、發(fā)臭，形成二次污染。

1.3 其他原因

水體熱污染也是造成水體黑臭的重要因素。溫度較高的廢水進入水體，導(dǎo)致水體局部甚至整個水體溫度升高，增加微生物和藻類活性，使水中溶解氧含量降低，造成水體黑臭[4]。

城鎮(zhèn)水體多呈流速慢、河道彎曲，這種特性導(dǎo)致水體動力不足，易產(chǎn)生垃圾、污泥等固體的滯留和淤積。水動力學(xué)條件不足，水循環(huán)不暢也是引起河道水體黑臭的原因之一，諸如河道水量不足、流速低緩以及河道渠道化、硬質(zhì)化等都有可能導(dǎo)致河道黑臭[5]。

2 黑臭水體植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)是指利用綠色植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物。目前，國內(nèi)外河道生態(tài)修復(fù)的主要技術(shù)有河道形態(tài)修復(fù)技術(shù)、生態(tài)河堤修復(fù)技術(shù)、生態(tài)河床修復(fù)技術(shù)、生態(tài)護坡修復(fù)技術(shù)和生態(tài)水體修復(fù)技術(shù)以及人工濕地處理技術(shù)等[6]。植物修復(fù)技術(shù)因其應(yīng)用成本較低、效果好、簡單易行、對水體水質(zhì)的改善有著重要的作用，在河道生態(tài)修復(fù)工程中得到廣泛的應(yīng)用。隨著不斷的工程實踐和經(jīng)驗總結(jié)，水生植物在河道生態(tài)修復(fù)工程的應(yīng)用技術(shù)不斷成熟。

2.1 人工濕地處理技術(shù)

人工濕地處理技術(shù)是利用生態(tài)工程的方法，在一定的填料上種植特定的濕地植物，建立起人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)水通過系統(tǒng)時，其中的污染物質(zhì)和有機物被系統(tǒng)吸收或分解，使水質(zhì)得到凈化。

污水中不溶性有機物通過沉淀、過濾，很快地被人工濕地系統(tǒng)截留并被微生物利用；可溶性有機物通過植物根系的吸附、吸收及代謝降解等過程被分解去除。隨著處理過程的不斷進行，濕地中的微生物也繁殖生長，通過對填料的定期更換及對植物的收割而將新生的有機體從濕地生態(tài)系統(tǒng)中去除[6]。該技術(shù)建造和運行成本低、操作簡單、出水水質(zhì)好，同時有兼顧美化環(huán)境的作用，成為近年來迅速發(fā)展的生態(tài)污染處理系統(tǒng)。

不同類型人工濕地對有機物都有較高的去除率，COD的去除率達70%～75%，BOD5的去除率達88%～90%[7]。丁玲[8]等選取苦草和伊樂藻研究其對營養(yǎng)物質(zhì)的凈化效果，研究表明：其植物組合對PO43--P的凈化率為42.3%±13.9%，對NH4+-N、NO3--N、TN、TP的凈化率分別為17.5%±5.1%、11.0%±3.9%、8.2%±3.7%和18.1%±4.1%。孫瑞蓮[9]等研究了寬葉香蒲、茭白及黃花鳶尾對污染水體中COD、TN和TP的凈化能力，研究表明：同一濃度污水處理下，各植物對COD的去除效果無顯著差異，黃花鳶尾對TP的去除效果最好，茭白對TN的去除效果表現(xiàn)最佳。

2.2 生態(tài)浮床修復(fù)技術(shù)

生態(tài)浮床，又稱人工浮床、生態(tài)浮島等。針對富營養(yǎng)化的水質(zhì)，利用生態(tài)工學(xué)原理，降解水中的COD、氮和磷的含量。生態(tài)浮床是作為生物方法改善水體水質(zhì)的重要手段之一，由于其可移動性、無二次污染、凈化效果好、易操作管理、充分利用水面空間、生態(tài)效益顯著等特點，備受關(guān)注。

生態(tài)浮床設(shè)計靈活，把具有凈水、觀賞及經(jīng)濟價值的高等水生植物或經(jīng)改良馴化后的陸生草本、木本植物移栽到污水水面種植，通過植物強大根系的吸收、吸附、截留以及微生物的生化降解等作用，削減水體中的N、P及有機物，并以收割植物的形式將其搬離水體，從而達到凈化水質(zhì)的效果，是一種行之有效的原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)[10]。

生態(tài)浮床技術(shù)在水體的治理與修復(fù)中發(fā)揮了重要作用。眾多研究均表明，生態(tài)浮床對于水體水質(zhì)具有較好的凈化效果。上海白蓮涇世博園河段采用了由鰱鳙魚、三角帆蚌和植物組合的生態(tài)浮島技術(shù)，大大改善了河段綜合水質(zhì)，菖蒲、血草等浮島區(qū)水質(zhì)達到了Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，有效地改善了河道水質(zhì)[11]；將生態(tài)浮床應(yīng)用在上海新角浦河、匯豐河黑臭河段，研究表明，對COD、NH3-N、TN和TP的去除效果明顯，治理后出水濃度透明度增加，河道生物多樣性顯著提高，水體富營養(yǎng)化明顯改善[12]。將豆瓣菜浮床應(yīng)用在養(yǎng)殖廢水凈化中，結(jié)果顯示，在低溫條件下豆瓣菜浮床能夠降低水體pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、氮磷營養(yǎng)鹽濃度、高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素a濃度[13]；將多種浮床植物作為研究對象，研究發(fā)現(xiàn)其吸收氮磷的能力顯著[14、15]。

2.3 生態(tài)護坡修復(fù)技術(shù)

黑臭水體整治的關(guān)鍵是“控源截污”，沒有截污不可能從根本上改善水質(zhì)。生態(tài)護坡技術(shù)是在綜合多學(xué)科的基礎(chǔ)上對斜坡或邊坡進行支護，形成由植物或工程和植物組成的綜合護坡系統(tǒng)的護坡技術(shù)。

生態(tài)護坡可以增強坡面的穩(wěn)定性、防止水土流失、發(fā)揮緩沖功能，有效地防止污染物質(zhì)進入水體，改善水體情況，同時恢復(fù)和重建退化的護坡生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)河道生態(tài)環(huán)境。生態(tài)護坡技術(shù)在河道綜合治理中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了明顯的效果。

包頭市城市水生態(tài)提升綜合利用項目中，在完善植物生態(tài)建設(shè)的基礎(chǔ)上，配合蜂巢防護和混凝土水工砌塊等多種方式，顯著改善土體性能，同時播撒草種，形成“生態(tài)袋”，發(fā)揮生態(tài)植物對環(huán)境的維護作用[16]。天津市區(qū)河道采用的生態(tài)護坡技術(shù)實踐證明，生態(tài)護坡既能滿足河岸的護坡功能，又對保持和恢復(fù)河流的生態(tài)環(huán)境具有良好的效果[17]。

3 應(yīng)用實例分析

將“人工濕地+生態(tài)浮床+植物護坡”等植物組合技術(shù)應(yīng)用于四川省都江堰市某河道黑臭水體修復(fù)中，通過生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與系統(tǒng)構(gòu)建，持續(xù)去除水體污染物，改善水生態(tài)環(huán)境和景觀。

3.1 河道現(xiàn)狀

受當(dāng)?shù)氐貏莸挠绊?，河道附近的集中式居民社區(qū)生活污水無法接入市政管網(wǎng)，經(jīng)過社區(qū)污水處理設(shè)施處理后直接排入該河道。因污水處理系統(tǒng)疏于管理，無法發(fā)揮正常的功能，且河道兩岸岸坡裸露，垃圾遍布，致使河道散發(fā)惡臭，蚊蠅滋生，附近居民生活受到嚴(yán)重影響。生活污水處理工藝流程見圖1。按照《城市黑臭水體整治工作指南》中黑臭水體分級與判定(分級評價指標(biāo)見表1)，該河道屬于輕度黑臭水體。

圖1 社區(qū)生活污水處理工藝流程

表1 黑臭水體污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)

3.2 水體修復(fù)措施

3.2.1 濕地植物

在人工濕地植物配置方面，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形和人文景觀條件，優(yōu)先選用了成本低廉、易于管理的本地植物。根據(jù)濕地進出水水質(zhì)和植物抗污染負(fù)荷能力，首選了有一定觀賞價值且成活率較高、耐污力較強、根系發(fā)達的3種濕地植物，即菖蒲、美人蕉和再力花。根據(jù)濕地管網(wǎng)推流特征，濕地前1/3段種植菖蒲，中部1/3段種植美人蕉，后1/3段種植再力花，種植時平均株高為40cm～50cm，種植間距均為20cm×20cm。

3.2.2 生態(tài)浮床

在岸線設(shè)置生態(tài)浮床，設(shè)計規(guī)格為33cm×33cm，將單個浮床連接在一起形成99cm×330cm的生態(tài)浮床，并在生態(tài)浮床上種植傘草、美人蕉、菖蒲等水生植物，將生態(tài)浮床放置河道淺水區(qū)，在增強景觀效果的同時，改善水質(zhì)理化指標(biāo)，調(diào)節(jié)水體中生物種群結(jié)構(gòu)。

3.2.3 構(gòu)建植物護坡

植物護坡起到隔離(阻斷)的作用。首先對河道進行清淤和垃圾打撈；其次清除岸邊雜草并種植固土植物，選取了美人蕉和梔子花兩種“走根”較快且具觀賞性的植物，形成生態(tài)屏障區(qū)，一方面攔截消納、阻斷垃圾和面源污染進入河道；另一方面兼顧美化環(huán)境、增加景觀效果的目的。

經(jīng)過半年的運行，效果良好，基本消除了該河道的黑臭現(xiàn)象。河道水體評價指標(biāo)值見表2。

表2 河道水體評價指標(biāo)值

4 結(jié)語

植物組合修復(fù)技術(shù)在遵循自然、生態(tài)的前提下消除了水體黑臭，恢復(fù)水體生態(tài)功能，具有成本低、效果好、簡單易行的特點，在恢復(fù)水體水質(zhì)的同時，兼顧生態(tài)景觀，在黑臭水體的修復(fù)中具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。但水生植物如果后期管理不善，可能造成二次水體污染，因此，植物組合技術(shù)修復(fù)黑臭水體應(yīng)強化管理、維護。