耿 桐

（赤峰水文水資源分中心，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

引 言

水域生態(tài)環(huán)境是全球進(jìn)行水資源循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是人類生產(chǎn)生活的重要資源。隨著人類生活和工業(yè)化生產(chǎn)的影響，人們的生活環(huán)境呈現(xiàn)出不斷惡化的發(fā)展趨勢，其中水環(huán)境的污染問題尤其嚴(yán)重。當(dāng)前，在城市化與工業(yè)化進(jìn)程中，對水資源的需求越來越大，污染也逐漸加劇，不僅直接對水體環(huán)境造成污染，而且還破壞了水域生態(tài)環(huán)境。為保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，需要重視水域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，合理利用各種水生植物，增強(qiáng)水域生態(tài)環(huán)境的自我凈化和修復(fù)能力。

2010年全國第一次區(qū)域水環(huán)境污染情況調(diào)查顯示，城市區(qū)域水環(huán)境中所含有的總氮、總磷、硫、鎂等污染物含量嚴(yán)重超標(biāo)，區(qū)域水環(huán)境污染物中硫排放為155.26萬t，鎂排放為141.23萬t，總氮排放為246.23萬t，總磷排放為248.34萬t，總氮、總磷、硫、鎂分別占污染物排放總量的45.26%、48.16%、53.14%、59.36%，區(qū)域水環(huán)境污染物排放具有范圍廣、量大、路徑隨機(jī)等特點(diǎn)，已經(jīng)嚴(yán)重影響到水環(huán)境中生物的生長質(zhì)量。水體富營養(yǎng)化是全球性的水環(huán)境問題之一，我國37個具有代表性的湖泊中有79.3%的湖泊存在富養(yǎng)化的問題，其中55.8%為中型營養(yǎng)型、14.7%為營養(yǎng)型、8.8%為重營養(yǎng)型。我國90%以上的水體污染都是由于水中微量元素過多導(dǎo)致的，而水生植物生長的主要條件就是需要豐富的微量元素。造成水環(huán)境污染的主要原因是不合理開發(fā)利用，以及工業(yè)污染物隨意排放，導(dǎo)致區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化。近幾年，全世界倡導(dǎo)生態(tài)環(huán)保，為了改善水環(huán)境污染情況，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，有必要對區(qū)域水環(huán)境進(jìn)行整治。區(qū)域水環(huán)境整治技術(shù)是區(qū)域水環(huán)境治理技術(shù)體系中的最后一環(huán)，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)具有十分重要的現(xiàn)實意義，但是目前國內(nèi)關(guān)于區(qū)域水環(huán)境整治相關(guān)研究有限，現(xiàn)行的整治技術(shù)還不夠成熟，主要是以過程阻斷、源頭減量為原則，整治技術(shù)的實施容易受到場地、季節(jié)等客觀因素影響，對區(qū)域水環(huán)境整治效果比較差，在實際中區(qū)域水環(huán)境污染物含量仍舊比較高，為此提出生態(tài)環(huán)保理念下區(qū)域水環(huán)境整治技術(shù)研究。

1 基于生態(tài)浮床凈化水體

結(jié)合生態(tài)環(huán)保理念，采用生態(tài)浮床技術(shù)對區(qū)域水環(huán)境進(jìn)行凈化，生態(tài)浮床技術(shù)以無土栽培為理論依據(jù)，在生態(tài)浮床上種植具有吸附作用和降解作用的水生植物，將生態(tài)浮床設(shè)置在區(qū)域水環(huán)境中，利用水生植物將水環(huán)境中的污染物進(jìn)行吸附和降解，再經(jīng)過自身的循環(huán)作用將其轉(zhuǎn)化成有機(jī)蛋白質(zhì)，并隨著對水生植物的收割等從水域生態(tài)體系中脫離，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的作用[1]。首先需要根據(jù)區(qū)域水環(huán)境實際情況對生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，浮床的形狀為長方形，結(jié)合區(qū)域水環(huán)境深度確定生態(tài)浮床床體厚度，其計算公式如下：

式中 h——生態(tài)浮床床體厚度；

s——區(qū)域水環(huán)境水深；

d——區(qū)域河床厚度[2]。

結(jié)合區(qū)域水環(huán)境河床寬度確定生態(tài)浮床長度，其計算公式如下：

式中 e——生態(tài)浮床床體長度；

w——區(qū)域河床兩側(cè)坡度。

最后根據(jù)實際情況確定相鄰生態(tài)河床間隔長度，其計算公式如下：

式中 b——相鄰生態(tài)河床間隔長度；

l——區(qū)域河流長度[3]。

根據(jù)計算的河床長度、床體厚度以及間隔長度設(shè)計生態(tài)浮床整體構(gòu)造，生態(tài)浮床主要包括浮床植物、框體、床體、基質(zhì)四部分組成，具體構(gòu)造如圖1所示。

圖1 生態(tài)浮床構(gòu)造圖

如圖1，浮床框體與床體連接構(gòu)成生態(tài)浮床的整體框架，由于生態(tài)浮床是漂浮在區(qū)域水環(huán)境表面，需要具備堅固、耐用以及抗風(fēng)浪特點(diǎn)，因此生態(tài)浮床框體和床體采用聚苯乙烯泡沫板材料制作，采用聚苯乙烯泡沫板制作的生態(tài)浮床浮力比較大，并且這種材料具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠更好地吸附區(qū)域水環(huán)境中的污染物[4]。浮床植物的選擇非常關(guān)鍵，直接關(guān)系到生態(tài)浮床對區(qū)域水環(huán)境凈化效果。選擇浮床植物要遵循耐水、耐污、吸附性強(qiáng)、根系表面積大、具有季節(jié)性等原則，同時還要結(jié)合區(qū)域氣候水文特點(diǎn)，根據(jù)以上要求可以選水稻、水芹、蘆葦、蘭花草等作為生態(tài)浮床植物?？紤]到生態(tài)浮床的污水凈化功能需求，選擇具有吸附功能的生物炭作為生態(tài)浮床的基質(zhì)，搭配浮床植物有效吸收區(qū)域水環(huán)境中的污染物。

將植物逐行種植在生態(tài)浮床的基質(zhì)上，相鄰植物間隔30～40 cm，植物間距過小不利于浮床植物生長，間距過大會降低浮床的凈化效果[5]。將種植好植物的生態(tài)浮床放置在區(qū)域水環(huán)境中心區(qū)域或者污染物含量較高的區(qū)域，每日觀察浮床生物的生長情況，如果發(fā)現(xiàn)有壞死的植物需要及時進(jìn)行更換，確保浮床植物的存活率，以浮床植物的生長周期作為區(qū)域水環(huán)境凈化周期，根據(jù)需求確定生態(tài)浮床凈化周期數(shù)量。浮床植物在生長過程中利用根莖將水環(huán)境中污染物進(jìn)行吸附和降解，會使得膠體中的有機(jī)質(zhì)也跟著沉淀下來，為水中的微生物提供生活的環(huán)境，從而改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。

2 水生植物恢復(fù)

研究表明，水生植物在生長過程中能夠與自然水體相互協(xié)調(diào)，通過吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)，提高水體的含氧量，保證水體清澈無污染。此外，水生植物還能夠抑制藻類的生長，保護(hù)水體。水生植物作為生態(tài)系統(tǒng)核心構(gòu)成，對改善生態(tài)環(huán)境具有積極作用，有助于水生態(tài)修復(fù)，改善水體質(zhì)量。水生態(tài)修復(fù)治理過程中，主要應(yīng)用枝葉形成較大的過濾網(wǎng)，將水體中雜質(zhì)分解，保證水體質(zhì)量達(dá)標(biāo)。不同種類水生植物自身凈化功效存在較大差異性，需明確污水自身性質(zhì)，合理配置最佳水生植物。水環(huán)境的自然生態(tài)主要依靠原有的水生植物，水生植物具有生態(tài)修復(fù)和恢復(fù)作用，在保證整體生態(tài)平衡的基礎(chǔ)下，合理地引入水生植物，推廣立體綠化模式，創(chuàng)造出生態(tài)效益的最大化。隨著水環(huán)境污染程度的不斷加重，原有的水生植物會有一部分死掉，從而導(dǎo)致區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量逐漸惡化，水環(huán)境的生態(tài)恢復(fù)功能逐漸喪失[6]?？紤]到生態(tài)環(huán)保理念，在原有基礎(chǔ)上對區(qū)域水環(huán)境中的水生植物進(jìn)行重新種植和恢復(fù)，種植的水生植物主要以區(qū)域水環(huán)境原有植物為主，種植面積要結(jié)合水污染程度，對于水環(huán)境污染比較嚴(yán)重的區(qū)域要加大水生植物種植面積。其次對區(qū)域水環(huán)境營養(yǎng)化程度較高的區(qū)域進(jìn)行水藻修復(fù)，該區(qū)域種植的水藻可以選擇金魚藻、輪葉黑藻等浮游藻類，浮游藻類水生植物對水環(huán)境中的氮、磷、鎂、鉛等污染物具有良好的去除效果，降低水環(huán)境營養(yǎng)化程度，穩(wěn)定區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。

科學(xué)恢復(fù)和利用水生植物的過程包括對污染后的水域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行凈化，達(dá)到調(diào)節(jié)水域生態(tài)環(huán)境的作用；對水域生態(tài)環(huán)境的成分組成進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，加強(qiáng)水域生態(tài)環(huán)境的自我凈化能力，為保證水域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)；減少水環(huán)境中氮、磷等微量元素，為水域生態(tài)環(huán)境的發(fā)展減輕壓力；盡可能減少污染物對水域生態(tài)環(huán)境的破壞，對尚未被污染的區(qū)域也要加大保護(hù)力度。

3 修建生態(tài)護(hù)坡

水域生態(tài)環(huán)境修復(fù)指的是通過工程、物理、化學(xué)、生物和管理等技術(shù)，進(jìn)行重建、改進(jìn)、修補(bǔ)、更新、再植等。根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，采用有關(guān)技術(shù)手段對受損、退化或被破壞的水域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行部分或全部恢復(fù)過程，能夠起到減緩水生態(tài)系統(tǒng)退化，對已退化的水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)并使其能達(dá)到可以接受的且能進(jìn)行自我調(diào)節(jié)并穩(wěn)定發(fā)展的狀態(tài)。在上述基礎(chǔ)上，在區(qū)域水環(huán)境四周修建生態(tài)護(hù)坡，利用生態(tài)護(hù)坡將區(qū)域水環(huán)境與陸地隔離開，將其作為區(qū)域水環(huán)境與陸地之間的過渡帶，對水環(huán)境凈化的同時還能保持水土。根據(jù)實際情況確定生態(tài)護(hù)坡坡度，其計算公式如下：

式中 r——區(qū)域水環(huán)境生態(tài)護(hù)坡的坡度；

q——區(qū)域水環(huán)境河岸兩側(cè)土層厚度。

生態(tài)護(hù)坡是以活性炭作為護(hù)坡基底，利用活性炭吸附區(qū)域水環(huán)境兩側(cè)污染物，在活性炭上面覆蓋一層復(fù)合材料網(wǎng)，并且在上面鋪蓋一層砂石，在生態(tài)護(hù)坡上種植三白草、千屈菜、黃菖蒲等植物，這類植物生存能力較強(qiáng)。生態(tài)護(hù)坡植物種植間距要小一些，形成一個緊密的生物帶，以此提升區(qū)域水環(huán)境兩側(cè)土壤緊密度和濕度，利用生態(tài)護(hù)坡去除掉區(qū)域水環(huán)境中的懸浮物，同時保護(hù)水環(huán)境中的土壤不被流失掉，從而達(dá)到水環(huán)境整治作用。

4 實驗論證分析

實驗以某區(qū)域水環(huán)境為實驗對象，該區(qū)域水環(huán)境中氮、磷、鎂、硫、汞、鉛等污染物含量超標(biāo)，并且耗氧污染物含量也比較高，其中含氮污染物含量為56.124 mg/L，含磷污染物含量為52.162 mg/L，含鎂污染物含量為56.154 mg/L，含硫污染物含量為38.486 mg/L，含汞污染物含量為54.171 mg/L，含鉛污染物含量為58.147 mg/L，耗氧污染物含量為56.376 mg/L，實驗利用此次設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對該區(qū)域水環(huán)境進(jìn)行整治。根據(jù)該區(qū)域水環(huán)境實際情況，設(shè)計的生態(tài)浮床床體厚度為75 cm，床體長度為165 cm，相鄰生態(tài)浮床間隔距離為35 cm，選擇的浮床生物為水稻，浮床生物間隔距離為35 cm。通過對區(qū)域水環(huán)境進(jìn)行生態(tài)浮床凈化、水生植物恢復(fù)以及修建生態(tài)護(hù)坡，改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。經(jīng)過30天的環(huán)境整治，利用SFHAI檢測儀對該區(qū)域水環(huán)境污染物含量進(jìn)行檢測，分別在該區(qū)域水環(huán)境上游、中游、下游設(shè)置10個采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)采取3份水樣，測量區(qū)域水環(huán)境中含氮污染物、含磷污染物、含鎂污染物、含硫污染物、耗氧污染物、含汞污染物以及含鉛污染物含量，每種污染物最終檢測結(jié)果為采集水樣的平均值，具體如表1所示。

表1 兩種技術(shù)應(yīng)用下區(qū)域水環(huán)境污染物含量對比mg/L

從表1可以看出，應(yīng)用本設(shè)計技術(shù)治理的區(qū)域水環(huán)境中污染物含量比較低，各類污染物含量均能控制在10 mg/L以內(nèi)，符合區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量要求；而應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)治理的區(qū)域水環(huán)境中各類污染物含量比較高，其中含氮污染物質(zhì)含量最高，已經(jīng)達(dá)到35.162 mg/L，僅僅比整治前減小了8.161 mg/L，污染物去除率比較低，整治作用比較差，實驗結(jié)果證明了此次提出的生態(tài)環(huán)保理念下區(qū)域水環(huán)境整治技術(shù)能夠有效解決區(qū)域水環(huán)境污染問題，具有良好的區(qū)域水環(huán)境污染物去除效果，相較于傳統(tǒng)技術(shù)更貼合生態(tài)環(huán)保理念，更適用于區(qū)域水環(huán)境整治。

5 結(jié) 語

在生態(tài)環(huán)保理念下，提出一種新的區(qū)域水環(huán)境整治技術(shù)思路，并通過實驗驗證了該技術(shù)具有一定的可行性和可靠性，不僅有助于改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，同時還有助于解決區(qū)域水環(huán)境污染問題，具有良好的建設(shè)性，在今后生態(tài)環(huán)保理念下區(qū)域水環(huán)境整治技術(shù)將具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用空間。