徐 巖 李一冰 李鳳銀 紀(jì) 寧

（1 中持水務(wù)股份有限公司 北京 100192 2 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 河北保定 071000）

引言

河道水環(huán)境是一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)，在排澇、補(bǔ)給地下水、改善局部氣候、保護(hù)生物多樣性等方面具有重要作用。近年來，伴隨著城市化進(jìn)程的加快，人口與環(huán)境之間的矛盾越來越突出，河道水環(huán)境污染問題頻發(fā)，不但嚴(yán)重影響了城市景觀，而且水中的病原體還危害著水生物和人類的健康。因此，為了防治水污染，采用綜合技術(shù)手段恢復(fù)水生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的生態(tài)治理理念應(yīng)運(yùn)而生。以下結(jié)合筆者實(shí)踐，探討了河道水環(huán)境污染的生態(tài)治理措施，為同業(yè)人員提供參考。

1 河道水環(huán)境及污染現(xiàn)狀

1.1 河道水環(huán)境

某地河流總長度約1220km，其中劣Ⅴ類河流的總長度為301km，占比24.7%。2021 年1 月，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示黑臭水體總長約50km，污染面積達(dá)到18km2。其中，X 河道是當(dāng)?shù)厮档囊粭l支流，總長度為1.5km，因水環(huán)境建設(shè)落后于城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，導(dǎo)致河道水環(huán)境污染嚴(yán)重。檢測結(jié)果顯示，該河道符合劣Ⅴ類地表水標(biāo)準(zhǔn)，TP 平均值為4.6mg/L，COD 平均值為83.6mg/L，NH3-N 平均值為44.2mg/L，屬于重度黑臭水體。

1.2 污染來源

1.2.1 雨水污染

人們的日常工作和生活中會(huì)產(chǎn)生很多垃圾廢物，而且往往會(huì)被隨意丟棄或堆放，在雨水地表徑流的作用下，這些垃圾廢物會(huì)移至河道內(nèi)污染水體。另外，周圍農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水與河道水匯合后，導(dǎo)致河道水質(zhì)失衡，出現(xiàn)富營養(yǎng)化情況，從而降低水體自身的凈化能力。

1.2.2 河道水源補(bǔ)給不足

城市河道多是當(dāng)?shù)厮档闹Я?，由于水流量小?dǎo)致水體循環(huán)速度慢，而且還具有季節(jié)性特征。一些河道在雨季容易發(fā)生雨水污染，在非雨季又會(huì)造成斷流?？傮w來看，河道內(nèi)水量不足，水位變化不大，水體無法實(shí)現(xiàn)自凈，久而久之形成污染。

1.2.3 河道淤積

造成河道淤積的主要原因有3 個(gè)，即雨水?dāng)y帶、水土流失和廢水排放。在這3 個(gè)因素的共同作用下，水體變得渾濁、富營養(yǎng)化，水中雜質(zhì)、病原菌數(shù)量增多，在夏季還會(huì)產(chǎn)生腐質(zhì)性的臭味。

1.2.4 截污不徹底

一方面，進(jìn)入河道中的水體成分復(fù)雜，既包括自然水，又包括生活用水和工業(yè)廢水；另一方面，城市水系統(tǒng)截污不徹底，單純采用雨污分流模式已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求[1]。一旦混雜污染物的水體進(jìn)入河道內(nèi)，就會(huì)加重水體的污染程度，最終形成黑臭水體。

1.2.5 河道管理不到位

河道水污染的形成還有一定人為因素。城市建設(shè)過程中，一般會(huì)對(duì)河道水體進(jìn)行保護(hù)和適度開發(fā)，如沿岸綠化，為人們提供休閑場所，然而往往由于日常管理不到位，亂丟垃圾、隨意排放廢水污水，導(dǎo)致河道水體污染。

本項(xiàng)目中，實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)河道水污染來源包括4 個(gè)方面，即①河道兩岸植被稀疏，出現(xiàn)土壤侵蝕和水土流失；②河道內(nèi)長期未清理，大量泥沙淤積，導(dǎo)致水流緩慢；③水生植物少、種類單一，削弱了水體的自凈能力；④存在生活污水、工業(yè)廢水排放的情況。

2 離子色譜技術(shù)在水環(huán)境污染檢測中的應(yīng)用

對(duì)于常見的親水性分子，離子色譜檢測的靈敏度高、檢測效率高、適用范圍廣，目前在大氣檢測、土壤檢測、水質(zhì)檢測中普遍應(yīng)用。

2.1 檢測流程

河道水體中的離子種類多，采用離子色譜法進(jìn)行檢測的工藝流程見圖1。采集水樣后置于輸液泵中，經(jīng)離子色譜選擇閥對(duì)分離柱樣本進(jìn)行離析，檢測酸堿度，劃分離子成分，再經(jīng)電導(dǎo)裝置析出廢液，對(duì)不同成分進(jìn)行定量檢測，最終生成檢測報(bào)告。本項(xiàng)目中，采用離子色譜法對(duì)河道水體進(jìn)行檢測，主要用于劃分水體的陰陽離子、測定水體的酸堿度，并與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相配合。

圖1 離子色譜法對(duì)河道水環(huán)境污染檢測的流程圖

2.2 劃分水體的陰陽離子

采用離子色譜法，將水體中的離子分離出來，如負(fù)一價(jià)的氟離子、負(fù)二價(jià)的氮氧離子、負(fù)四價(jià)的磷硫離子等，有助于判斷陰離子的濃度。然后使用相同濃度的淋洗裝置，對(duì)樣本加熱處理，采用元素梯度分離法，抑制陽離子與陰離子交換。實(shí)際操作時(shí)，使用低濃度鹽酸、DAP 作為清洗液，對(duì)水體中的氮?dú)潆x子、鉀離子、鈣離子等進(jìn)行分離，并交換鹽酸和疏水性離子。淋洗樣本后，一次性進(jìn)樣檢測，引入陽離子分離柱，使析出的陰離子依附在分離柱上。一般情況下，只需15min就能完成陰陽離子的分離。相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，離子色譜法操作簡單，不需使用昂貴的檢測裝置，而且整個(gè)檢測過程消耗少，有助于控制成本。

2.3 測定水體的酸堿度

河道水體污染離不開有機(jī)酸，劃分水體的陰陽離子后，可進(jìn)一步檢測酸堿度。傳統(tǒng)檢測技術(shù)需對(duì)水樣進(jìn)行稀釋，利用pH 試紙直接檢測，若結(jié)果＞7，說明水中含有堿性物質(zhì)；若結(jié)果＜7，說明水中含有酸性物質(zhì)。采用離子色譜法，先獲取乳酸、檸檬酸、丁甲酸、酒石酸等常見的酸，控制酸基中的空基生成氣相色譜，建立新的離子團(tuán)，用樣本填充離子團(tuán)的空隙，兩者融合后形成具有強(qiáng)陽性酸基[2]。通過檢測，可以明確水中酸性離子的游離形式，判斷是否具有腐蝕性。結(jié)果顯示，傳統(tǒng)檢測技術(shù)得到水樣的pH 為6.5，離子色譜法得到水樣的pH 為6.3，2 種方法的檢測結(jié)果接近。

3 河道水環(huán)境污染的生態(tài)治理措施

3.1 截污清淤

對(duì)河道沿線仔細(xì)檢查，對(duì)生活污水直排口進(jìn)行封堵，同時(shí)清理河道底部的淤泥。當(dāng)前常用清淤方法有3 種，即①干水作業(yè)，如干土挖掘、水力充填；②帶水作業(yè)，如抓斗式、鏈斗式、絞吸式；③環(huán)保清淤。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，采用環(huán)保清淤法，配置環(huán)保絞吸式清淤船，使用專用的環(huán)保鉸刀頭具，1 次挖泥厚度達(dá)到20～110cm，清除率達(dá)到95%。另外，在現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)、高精度定位技術(shù)的支持下，利用模擬動(dòng)畫觀察淤泥的清理過程，并對(duì)絞刀進(jìn)行重新定位或調(diào)整，提高清淤效率和質(zhì)量。

3.2 行洪提升

3.2.1 延長水體的駐停時(shí)間

從上游起點(diǎn)向下游計(jì)算，分別在300m、450m、870m、1150m 處設(shè)置生態(tài)跌水，來延長水體的駐停時(shí)間，增強(qiáng)水體的凈化能力。同時(shí)，在河道底部埋設(shè)管道，將污水處理廠的出水口改至400m 處。

3.2.2 改善水動(dòng)力

改善水動(dòng)力的主要方式有3 種，即①引水稀釋沖刷；②人工曝氣；③人工循環(huán)。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，采用第3 種方案，在河道上游建設(shè)循環(huán)水泵站、導(dǎo)流堤等設(shè)施，加快水體的循環(huán)流動(dòng)速度，增強(qiáng)水體的交換能力、復(fù)氧能力和自凈能力，在雨季還能有效排洪，避免出現(xiàn)城市內(nèi)澇。

3.3 設(shè)置生態(tài)濾床

從上游起點(diǎn)向下游計(jì)算，在400m 處沿河道橫斷方向設(shè)置生態(tài)濾床，每間隔1m 設(shè)置1 道，規(guī)格為16m×1m×0.5m，共設(shè)置40 道。濾床內(nèi)部填充過濾性材料，陶粒與礫石的比例為1:3。生態(tài)濾床的設(shè)置，對(duì)水體中污染物的去除效果好，不易堵塞，容易管理，既能實(shí)現(xiàn)污水廢水的資源化與無害化，又能促進(jìn)植物生長。

3.4 駁岸改造

對(duì)河道兩岸進(jìn)行改造，采用生態(tài)式河道斷面，河底是清淤后的土質(zhì)河床，兩岸采用漿砌片石+生態(tài)袋護(hù)坡，超高部位進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)。漿砌片石施工期間，砌體勾縫采用凹縫，勾縫前清除表面粘結(jié)的砂漿、灰塵、雜物，保持濕潤。勾縫砂漿為1:3 的水泥砂漿，勾縫嵌入砌縫內(nèi)2cm。生態(tài)袋護(hù)坡具有抗潮濕、抗腐蝕、抗生物降解、抗紫高分子等功能[3]。施工技術(shù)要點(diǎn)為碼放生態(tài)袋時(shí)，相鄰部位留出3～5cm 的空隙，保證壓實(shí)后的袋尾與袋頭相接，注意不要相互搭接，外側(cè)平面要平順圓滑，整體厚度為14～15cm。

3.5 重建生物系統(tǒng)

3.5.1 水生植物系統(tǒng)

從上游起點(diǎn)向下游計(jì)算，在420～1150m 處栽植大型水生植物，包括香蒲、水蔥、千屈菜、黃菖蒲、睡蓮、輪葉黑藻等，栽植密度平均為9.5 株/m2。

3.5.2 微生物系統(tǒng)

從上游起點(diǎn)向下游計(jì)算，在870m 處投放復(fù)合微生物制劑，濃度為1g/m3，平均活菌含量為2.0×1010CFU/g，投放復(fù)合生物酶，濃度為0.3g/m3，平均酶活性＞10000 U，投放時(shí)間共計(jì)60d。此外，在950m 處沿河道橫斷方向設(shè)置水下水草，每間隔1.5m 布置1 組，長度為8～10m，共布置30 組。

3.5.3 水生動(dòng)物系統(tǒng)

以上治理措施均完成且水體運(yùn)行穩(wěn)定后，在870～1150m 處放養(yǎng)水生動(dòng)物，包括鯉、鰱、鳙、田螺等。

3.6 完善管理體系

3.6.1 生活垃圾處理

對(duì)河道周圍居民的生活垃圾進(jìn)行分類、收集、運(yùn)輸，建立垃圾處理廠，禁止在河道及周圍隨意丟棄、堆放垃圾。

3.6.2 開展宣傳教育

充分利用電視、廣播、宣傳欄、政府官網(wǎng)、短視頻平臺(tái)等媒介，介紹河道水環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，宣傳本次生態(tài)治理方案措施，提高居民的環(huán)保意識(shí)。同時(shí)，在河道顯眼處設(shè)置管理公示牌，明確負(fù)責(zé)人的姓名、聯(lián)系方式、管理范圍。

3.6.3 加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)管

嚴(yán)格落實(shí)“河長制”，明確執(zhí)法監(jiān)管單位、負(fù)責(zé)人，設(shè)置合理的管理目標(biāo)，建立部門溝通、協(xié)調(diào)與聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)河道水環(huán)境監(jiān)管的常態(tài)化，嚴(yán)厲打擊破壞水環(huán)境的行為[4]。

3.6.4 進(jìn)行輿論監(jiān)督

發(fā)動(dòng)群眾的力量進(jìn)行監(jiān)督，打造信息化管理平臺(tái)，設(shè)立監(jiān)督舉報(bào)電話。同時(shí)，發(fā)揮出媒體的作用，對(duì)于破壞水環(huán)境、造成水污染的企業(yè)或個(gè)人，及時(shí)進(jìn)行曝光，實(shí)現(xiàn)輿論監(jiān)督的效果。

4 河道水環(huán)境污染的生態(tài)治理效果

2021 年3 月，生態(tài)治理設(shè)施施工完成，河道水環(huán)境進(jìn)入修復(fù)期，為了評(píng)價(jià)治理效果，采用離子色譜技術(shù)、水質(zhì)分析儀、pH 檢測儀等進(jìn)行監(jiān)測，包括水溫、pH、溶解氧、水生植物生物量，以及TP、COD、NH3-N 去除率。

4.1 水環(huán)境檢測結(jié)果

水環(huán)境檢測參考《淡水生物資源調(diào)查技術(shù)規(guī)范》（DB43/T 432-2009），時(shí)間范圍為2021 年3 月至8 月，于每月20 日進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。分析可知，生態(tài)治理后，河道水體的水溫回升至27～29℃，pH 維持在8 左右，溶解氧含量在4.6～4.9mg/L，水生植物生物量達(dá)到3.1kg/m2，水環(huán)境整體改善明顯。

表1 生態(tài)治理后河道水環(huán)境檢測結(jié)果

4.2 污染物去除率

水體污染物檢測依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002），時(shí)間范圍為2021 年3 月至8 月，于每月20 日進(jìn)行檢測，結(jié)果見表2。

表2 生態(tài)治理后河道水體污染物去除率

以TP 去除情況為例，研究段內(nèi)河道水環(huán)境中的TP 去除率平均為38.96%，定量檢測值從治理前的4.6mg/L 降低至治理后的2.2mg/L，從二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)橐患?jí)B 標(biāo)準(zhǔn)。TP 去除主要依賴3 點(diǎn)，即①生物濾床中的濾料（具有攔截、吸附作用）；②微生物系統(tǒng)（具有分解、吸收、轉(zhuǎn)化作用）；③水生植物（具有分解、吸收作用）。如，聚磷菌在好氧條件下吸收水體中的正磷酸鹽，合成聚磷酸鹽并將其存儲(chǔ)在細(xì)胞內(nèi)；水生植物的根系周圍是好氧環(huán)境，能增強(qiáng)除磷菌的活性，提高TP 去除率。

4.3 河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情況

本河道治理前后生態(tài)系統(tǒng)對(duì)比結(jié)果見表3，生態(tài)治理完成后，河道水環(huán)境的表觀特征、水文特征、河道形態(tài)、水質(zhì)、生物豐度均有明顯改善。一方面，河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)，有助于污染的防治、降解，提高水體的凈化能力；另一方面，河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)后，有助于水生動(dòng)物、水生植物的生存繁殖，提高生態(tài)穩(wěn)定性。

表3 治理前后河道的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)比結(jié)果

結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了河道水環(huán)境污染的原因，從截污清淤、行洪提升、設(shè)置生態(tài)濾床、駁岸改造、重建生物系統(tǒng)、完善管理體系6 個(gè)方面介紹了生態(tài)治理措施，結(jié)果表明取得了良好的治理效果。希望本文能為類似污染水環(huán)境的防治工作提供借鑒，助于恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，改善城市河道景觀。