陳麗媛 ，潘紅忠 ，王宇飛 ，姚華明 ，3

（1.長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430100；2.濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434000；3.中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

在我國由于水體適用標(biāo)準(zhǔn)差異或是功能界定不當(dāng)，即使實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放，納污水體仍然面臨較大的水質(zhì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)［1］，在不達(dá)標(biāo)排放或發(fā)生突發(fā)性水污染事件時(shí)更甚。在工程實(shí)際中，常采用應(yīng)急治理的方法來快速治理水污染，其中又以化學(xué)法最為普遍。以PAC絮凝劑為例，因其即時(shí)、高效，常作為水污染應(yīng)急治理的基本手段；但與此同時(shí)，其“治標(biāo)不治本”，且易造成二次污染的不足，也限制了其科研及實(shí)際中的應(yīng)用。毋庸置疑，應(yīng)急治理可快速打開局面，并為后續(xù)生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造條件。本文基于應(yīng)急治理與生態(tài)修復(fù)耦合的現(xiàn)實(shí)意義，探討應(yīng)急治理與生態(tài)修復(fù)耦合的理論體系，以期為工程實(shí)際和科學(xué)研究提供科學(xué)語境及研究思路。

1 應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合的組成要素及其關(guān)系

1.1 耦合的組成要素

應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合是圍繞水生態(tài)環(huán)境改善和生態(tài)系統(tǒng)再演化的研究。應(yīng)急治理主要以物理化學(xué)吸附、化學(xué)氧化分解、物理攔截、稀釋換水等技術(shù)手段為代表，是即時(shí)控制性的組成要素。生態(tài)修復(fù)主要對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整平衡、提高凈化能力，代表長期維護(hù)的組成要素。

耦合是一種外部環(huán)境和人為參與共同作用于水體的過程。水體背景指標(biāo)的變化體現(xiàn)了在一定環(huán)境條件下，人為活動和近岸改變、生物等作用的輸入信號變換，而水體環(huán)境內(nèi)部的水、營養(yǎng)元素、生物、水泥交界面的狀態(tài)則反映了輸入所產(chǎn)生的響應(yīng)。外部環(huán)境對水體的物質(zhì)輸入控制既為水生態(tài)系統(tǒng)提供了能量變化也激活了系統(tǒng)運(yùn)動方式［2］。應(yīng)急治理更多是通過直接控制外部環(huán)境的輸入信號發(fā)揮作用，而生態(tài)修復(fù)是鑒于環(huán)境因素的交互機(jī)制和連鎖響應(yīng)分析優(yōu)勢種生態(tài)位特征，調(diào)整水體中群落結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)水生態(tài)向著平衡穩(wěn)定方向演替。

1.2 要素間的關(guān)系

應(yīng)急治理往往以相對短暫的時(shí)間、高強(qiáng)度的輸入作用于水體生態(tài)系統(tǒng)，形成長久的影響。生態(tài)學(xué)和物質(zhì)循環(huán)的性質(zhì)決定了水體生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部響應(yīng)存在路程效應(yīng)，應(yīng)急治理與生態(tài)修復(fù)有效的基礎(chǔ)在于輸入能形成正疊加效應(yīng)足以使水體環(huán)境從惡性不可逆的穩(wěn)定態(tài)突變?yōu)榭梢詣?chuàng)造更多生境的臨界態(tài)，再漸變式地演化為可以消化系統(tǒng)內(nèi)部正常漲落的自組織系統(tǒng)。

目前對治理修復(fù)的關(guān)注多集中在技術(shù)上的作用方式、施用地點(diǎn)、因素改變、強(qiáng)度等方面，而對實(shí)施的時(shí)間繼起關(guān)系和排列次序考慮不足。應(yīng)急治理與生態(tài)修復(fù)的耦合在于水體環(huán)境宏觀上的整合協(xié)調(diào)與微觀的能動性相結(jié)合。

在耦合系統(tǒng)中，應(yīng)急治理的部分與生態(tài)修復(fù)部分是存在物理、化學(xué)和生物學(xué)的相互聯(lián)系的。如水生態(tài)系統(tǒng)中的水土作用、生物代謝積累等現(xiàn)象都需要基于這些聯(lián)系具體考量，因此，研究這些要素的耦合不能只是割裂的從采取的每項(xiàng)措施的成分分析，還應(yīng)該結(jié)合各組成要素的存在方式，也就是措施間的繼起關(guān)聯(lián)。

2 理論研究的基礎(chǔ)

2.1 可生化性是治理修復(fù)工作的重要參考指標(biāo)

可生化性對污染水體的處理效果和處理工藝的選擇有重要意義。應(yīng)急治理作為長期修復(fù)工作的預(yù)處理或前期階段，采取以物理、化學(xué)手段為主的技術(shù)作用以提高可生化性，削弱水體毒性和富營養(yǎng)化程度。提供給微生物或其他修復(fù)環(huán)境的生態(tài)手段一個(gè)適應(yīng)并發(fā)揮作用的環(huán)境。

2.2 目前的技術(shù)研究證明應(yīng)急治理可以無顯著副作用

以應(yīng)急治理手段中備受爭議的絮凝劑為例，目前研究表明在水系統(tǒng)自然環(huán)境中的轉(zhuǎn)移和降解沒有發(fā)現(xiàn)殘留AMD釋放的證據(jù)，另外發(fā)現(xiàn)多種能對高分子絮凝劑進(jìn)行生物降解的微生物。

2.3 應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合能實(shí)現(xiàn)1+1>2的效果

水體生態(tài)環(huán)境遭遇某類或某幾類污染物質(zhì)的突增，超過水環(huán)境容量，造成水環(huán)境系統(tǒng)失穩(wěn)。治理修復(fù)技術(shù)上的復(fù)合提高對于應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)靈活度，改變傳統(tǒng)采用單一技術(shù)治理的不足，解決實(shí)際推廣應(yīng)用中存在問題，形成達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)。應(yīng)急治理能適應(yīng)實(shí)際環(huán)境中水質(zhì)的波動，而耦合方式符合污染物成分復(fù)雜的情況。

2.4 有效的實(shí)際研究案例

有研究表明，利用生物菌劑、鎖磷劑及水生植物復(fù)合治理景觀水體后可由劣Ⅴ類水改善為Ⅴ類水體，根據(jù)其第二年所進(jìn)行的長達(dá)半年監(jiān)測結(jié)果顯示仍基本滿足Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)［3］。魯康橋等［4］利用水體快速凈化劑、微生物制劑和水體曝氣復(fù)氧這類應(yīng)急手段在60d內(nèi)消減的COD、氨氮、TP分別可達(dá)到2.18，2.53，0.3t，后續(xù)采取長效提質(zhì)的工程實(shí)踐說明應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)的耦合研究是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

3 應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合的優(yōu)勢

治理修復(fù)工作通常是面對流動性差、缺氧和濁度色度高的水體［5］。在這樣的初始項(xiàng)目環(huán)境下，生態(tài)修復(fù)往往難以得到好的治理效果，甚至?xí)又厮h(huán)境的污染。工程應(yīng)用中，前期進(jìn)行應(yīng)急治理的必要和優(yōu)勢突出，而對應(yīng)的修復(fù)水環(huán)境的長效性、生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)安全的一些原則，需要采用生態(tài)集成技術(shù)的優(yōu)勢，在對污染成因的詳盡了解后，采取有針對性的治理措施，完善生態(tài)修復(fù)過程。在治理修復(fù)過程中，需要考慮不同技術(shù)間的優(yōu)勢和適用范圍差異，根據(jù)對現(xiàn)場情況的詳盡調(diào)查了解，精準(zhǔn)找出實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)的阻礙。在應(yīng)急處理階段，采取底泥疏浚、投加絮凝劑、活水保質(zhì)等手段，達(dá)到快速增加水體透明度、減少內(nèi)源污染釋放和固定重金屬的效用。快速消除黑臭為進(jìn)一步的曝氣、利用水生動植物及微生物等改善水質(zhì)工作創(chuàng)造生境，形成穩(wěn)定的水體環(huán)境。

4 應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合的方法

結(jié)合主導(dǎo)水環(huán)境問題的點(diǎn)源、面源、內(nèi)源和突發(fā)事件污染的耦合情況，不同的污染水體采用不同的集成技術(shù)進(jìn)行綜合治理，同時(shí)能與主流的水質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)警的主要關(guān)注方面一致［6］。短效即時(shí)的應(yīng)急治理手段與貫穿全程的長效抑制污染修復(fù)生態(tài)的手段相結(jié)合，從污染物的排放、擴(kuò)散、累積的階段入手，因地制宜進(jìn)行治理。

由于不同水體項(xiàng)目具體情況和問題成因差異較大，通過比選分析各種治理修復(fù)方式的優(yōu)劣，根據(jù)水體污染的不同類型，主要劃分為四個(gè)方向的分析思路（如圖1）。

圖1 對于不同污染類型水體修復(fù)治理的分析思路

再通過整理修復(fù)治理的主次重點(diǎn)，采用適宜的集成技術(shù)進(jìn)行綜合治理是 “應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合”的技術(shù)路線方法，通過小試、中試等方式確定具體最適宜的耦合方案。

5 治理修復(fù)思路及技術(shù)工藝分類

針對污染情況的復(fù)雜性（污染類型、水體類型、區(qū)域氣候水文情況等），分析污染源類型、項(xiàng)目場地特點(diǎn)，采用不同的集成技術(shù)進(jìn)行治理。

5.1 針對點(diǎn)源污染為主的技術(shù)工藝

點(diǎn)源污染的討論通常分為工業(yè)污廢水和城市污水兩類，針對其固定的排污口或入河排污口采取措施進(jìn)行治理。弄清點(diǎn)源污染主體單位、排放點(diǎn)，明確治理責(zé)任，應(yīng)急措施以在源頭上減排為首要方式。城市排水管網(wǎng)點(diǎn)源污染的主要問題是合流制管網(wǎng)雨天溢流、合流制下游污水處理設(shè)施雨季超越溢流、混接管網(wǎng)直排［7，8］。主要的技術(shù)是截流和雨污分流、取締非法排污口及在污水口處建沉淀池并定期處理。

應(yīng)急治理耦合生態(tài)修復(fù)技術(shù)在李大河治理過程中取得了一定成效。根據(jù)水體污染的程度和治理目標(biāo)，將治理修復(fù)工作分為應(yīng)急治理、水質(zhì)改善和長效穩(wěn)定的3方面。根據(jù)需求目標(biāo)，考量輕重緩急，以改善水體感官效果為初步目標(biāo)，通過增氧曝氣、微生物絮凝沉淀、調(diào)藻改水3項(xiàng)措施，增加水體透明度，使水體顏色由黑變綠。在河水透明度、河流復(fù)氧條件優(yōu)化后，通過調(diào)整河流系統(tǒng)的微生物和浮游植物的生態(tài)位寬度及重疊程度，促成有益于河流恢復(fù)的優(yōu)勢種群，進(jìn)而改進(jìn)未來的生態(tài)環(huán)境，使得河流生態(tài)系統(tǒng)在不依靠人工治理的情況下維持穩(wěn)定。從水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果看，除磷和除氮工作效果顯著。全河段7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，總磷和化學(xué)需氧量這兩個(gè)指標(biāo)均已優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；總磷削減率可達(dá)60%，氨氮、總氮的變化趨勢基本一致，削減率可達(dá)52.6%。治理后，總銻有大幅度削減；苯胺類不再檢出，全河段各項(xiàng)指標(biāo)持續(xù)向好。

5.2 針對面源污染為主的技術(shù)工藝

面源污染具有排放路徑隨機(jī)、排放量大面廣，并且產(chǎn)匯流空間異質(zhì)性大等特點(diǎn)［15］。

技術(shù)耦合的主要措施分為三個(gè)方面：一是從源頭上減量和回用；二是從過程上控制，選擇動力需求小、可持續(xù)性高的技術(shù)手段。生態(tài)護(hù)坡形成污染緩沖帶，以攔截阻斷污染匯流并減少地表徑流流量，優(yōu)化土地利用格局，增加對城市地表清掃，減少污染物累積數(shù)量，增強(qiáng)地面的透水性能等；三是對受納水體進(jìn)行直接治理修復(fù)，如重建完整的河湖生態(tài)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水生態(tài)的穩(wěn)定性，利用物理、化學(xué)和生物聯(lián)合作用的方式使水體恢復(fù)功能。

5.3 針對內(nèi)源污染為主的技術(shù)工藝

沉積物和底質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)和重金屬在沉降累積和擾動釋放過程中成為上覆水的污染源。

目前的治理修復(fù)思路根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目限制條件的情況，可分為異位修復(fù)和原位修復(fù)兩個(gè)方向。異位修復(fù)以疏浚清淤為代表，在了解底泥的特征基礎(chǔ)上，選擇合適的清淤方法設(shè)備，進(jìn)行深度的清淤工作并對淤泥進(jìn)行處理處置，避免二次污染。原位修復(fù)則有鋪設(shè)材料對底泥覆蓋、投加化學(xué)藥劑對底泥進(jìn)行減害處理、通過微生物降解對底泥進(jìn)行減量減害及底部曝氣等方法。由于內(nèi)源污染作用的界面在水面以下，因此應(yīng)急治理和生態(tài)修復(fù)應(yīng)側(cè)重減少不必要的侵入擾動，在表征水體環(huán)境屬性變化的跟蹤監(jiān)測中，除了常規(guī)的水質(zhì)指標(biāo)，水體底質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的表現(xiàn)也應(yīng)該引起關(guān)注。

5.4 針對突發(fā)性水污染事件的技術(shù)工藝

對于水體突發(fā)污染事件的研究和治理修復(fù)，可分為有毒有機(jī)物污染事故、重金屬污染事故、溢油事故和生物性污染物污染。對于有毒有機(jī)物主要采取吸附和氧化分解等物理化學(xué)方法；而突發(fā)的重金屬污染事故則主要采用化學(xué)沉淀和吸附；突發(fā)性油類污染主要是通過建設(shè)圍欄、利用吸油材料物理回收的方式；微生物濃度超標(biāo)等生物性污染采取化學(xué)氧化和強(qiáng)化消毒技術(shù)等進(jìn)行處理。由于突發(fā)污染事件的特點(diǎn)，治理的技術(shù)路線突出對污染快速響應(yīng)和控制的關(guān)注。

6 結(jié)語

應(yīng)急治理+生態(tài)修復(fù)耦合的理論基礎(chǔ)是人為活動參與和自然相互作用下的響應(yīng)機(jī)制。但是，由于以往對應(yīng)急治理研究表現(xiàn)出的薄弱，加之作為交叉學(xué)科的理論整合不足，使應(yīng)急治理耦合生態(tài)修復(fù)在理論上的研究和工程應(yīng)用中的實(shí)踐往往是表現(xiàn)為一些主觀經(jīng)驗(yàn)，或是未提煉成系統(tǒng)概念。耦合人為主導(dǎo)的應(yīng)急措施與自然生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)的運(yùn)動，探索自然生態(tài)系統(tǒng)與人為活動在治理修復(fù)機(jī)制中的作用步驟，以及在這一過程中污染物質(zhì)（如富營養(yǎng)元素、重金屬等）是如何受到調(diào)節(jié)的還有待進(jìn)一步研究。耦合的主次關(guān)系、關(guān)鍵影響因子的定量分析有待更深入地開展。