水環(huán)境整治水體修復(fù)技術(shù)及發(fā)展與實踐

1、.城市水環(huán)境整治水體修復(fù)技術(shù)的發(fā)展與實踐我國城市河流有90%左右受到污染，出現(xiàn)水體滯流、多處于厭氧狀態(tài)、復(fù)氧能力差、淤積嚴重、透明度低、甚至發(fā)生黑臭等現(xiàn)象。由于城市水體污染負荷遠遠超過城市有限受納水體的環(huán)境容量和自凈能力，導(dǎo)致河水中COD、NH3N等污染物嚴重超標，水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞，生物多樣性銳減，城市水體的生態(tài)功能和使用功能日益衰退，水體修復(fù)和水生態(tài)功能恢復(fù)的難度明顯加大，城市河流水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)處于失衡狀態(tài)。同時，城市污水中氮磷污染物未經(jīng)有效去除，又成為城市水體發(fā)生富營養(yǎng)化的重要誘因，造成水體生態(tài)功能的衰退甚至喪失，水生生態(tài)環(huán)境的破壞已經(jīng)成為城市生態(tài)文明建設(shè)的主要障礙?！坝兴晕邸?、“河

2、道黑臭”已經(jīng)成為許多城市面臨亟待解決的環(huán)境頑疾。城市水環(huán)境綜合整治和水體修復(fù)技術(shù)是破解上述難題的有效方法，國家重大水專項城市主題在“十一五”期間重點針對城市水體修復(fù)技術(shù)開展了研究集成和示范應(yīng)用，突破了44項關(guān)鍵技術(shù)，建立了25項示范工程，取得了良好的效果，為我國水體修復(fù)積累了技術(shù)集成方案和工程實踐經(jīng)驗。1、城市水體修復(fù)的科學(xué)原理與技術(shù)思路城市水體修復(fù)技術(shù)是指根據(jù)生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)的原理，綜合運用水生生物和微生物的方法，使污染水體得到改善或恢復(fù)所采用的技術(shù)。其特點是充分發(fā)揮現(xiàn)有水環(huán)境工程的作用，綜合利用流域內(nèi)的濕地、灘涂、水塘、堤坡及水生生物等自然資源及人工合成材料，對城市水域自恢復(fù)能力和自凈能力進

3、行強化恢復(fù)或提升。生態(tài)修復(fù)是相對于生態(tài)破壞而言的，生態(tài)破壞就是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的破壞，因而生態(tài)修復(fù)就是恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)合理的結(jié)構(gòu)、高效的功能和協(xié)調(diào)的關(guān)系，就是重建受損生態(tài)系統(tǒng)的功能以及相關(guān)的物理、化學(xué)和生物特性。其本質(zhì)是恢復(fù)系統(tǒng)的必要功能并使系統(tǒng)達到自我維持的狀態(tài)。修復(fù)的目的就是要再現(xiàn)一個自然的、能自我調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)，使它與它所在的生態(tài)景觀形成一個完整的統(tǒng)一體。但要將一個受損的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能恢復(fù)到受損前的水平是一項艱巨、困難和漫長的工作。從一定意義上講，修復(fù)又可定義為使受損的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能最大限度地接近受損前的水平。就是針對具體受損的生態(tài)系統(tǒng)，找出目前環(huán)境條件的限制性因素，根據(jù)生態(tài)工

4、程學(xué)原理，對該系統(tǒng)實施種群組建或重建，恢復(fù)其原有的生物多樣性，使其達到具備自我維持與自我調(diào)節(jié)的能力。因此，要從生態(tài)、社會需求出發(fā)，實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)所期望達到的生態(tài)-社會-經(jīng)濟效益；恢復(fù)能夠達到上述效益的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能;通過對系統(tǒng)物理、化學(xué)、生物甚至社會文化要素的控制，帶動生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，達到自我維持的狀態(tài)?；谏鲜鲈?，城市水體修復(fù)的總體技術(shù)思路為：控源為本，調(diào)配優(yōu)先，多元為輔，強化應(yīng)急，景觀共建。控源為本：城市水體的水質(zhì)改善應(yīng)以污染源控制為根本，控源以水環(huán)境容量為目標，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)水體收納污染負荷的總量和濃度控制。調(diào)控優(yōu)先：大多數(shù)城市水體最主要的問題是由于生態(tài)基流不足而引起的水流緩滯，導(dǎo)

5、致水體的自凈能力退化甚至喪失，進而引發(fā)一系列的水環(huán)境問題。因而水質(zhì)改善最有效的方法就是通過水系調(diào)配或是引入其他水源（例如滿足補水水質(zhì)要求的再生水和城市雨水徑流），改善水動力流態(tài)，實現(xiàn)水體的良性循環(huán)。多元輔助：在實現(xiàn)控源和調(diào)配目標的基礎(chǔ)上，可以通過多元生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、河水充氧、底質(zhì)控制等輔助技術(shù)促進和提升水質(zhì)改善和生態(tài)修復(fù)的效果。強化應(yīng)急：人工強化處理方法是針對河水（包括循環(huán)和旁路）的人工處理技術(shù)，通常投資和成本較高，一般常用于需要緊急應(yīng)對的場合（例如污染事故，黑臭河道等）。景觀共建：城市水體大多具有一定城市景觀功能，在采用生態(tài)處理技術(shù)時，可考慮與景觀建設(shè)相結(jié)合，起到良好的感官效果。2、水體修復(fù)技

6、術(shù)的研究進展城市水體修復(fù)技術(shù)按照治理對象可以分為河道底質(zhì)改善、河道生態(tài)修復(fù)、河流水動力調(diào)控和河水強化處理等4類技術(shù)，整體技術(shù)體系構(gòu)成如圖1所示。2.1、城市河流水動力調(diào)控技術(shù)自然狀況下，河流具有一定的自凈能力，水體中的溶解氧足以滿足自凈過程中微生物分解有機物需要的氧量。但是當(dāng)水體受到嚴重污染或超負荷污染時，過量的有機物排入水中，大氣復(fù)氧不能及時補充消耗的溶解氧，溶解氧含量大幅降低，出現(xiàn)缺氧或無氧的河段，從而威脅好氧生物的生存。另外，水體中溶解氧過低，導(dǎo)致厭氧細菌繁殖，形成厭氧分解，產(chǎn)生甲烷、硫化氫等氣體，發(fā)生黑臭問題。此時，必須采取必要的措施以改善水質(zhì)。該類技術(shù)包括水量水質(zhì)調(diào)配和曝氣復(fù)氧，見圖

7、2。在污染嚴重的水體中，單靠自然復(fù)氧作用，河水的自凈過程非常緩慢。故需要采用人工曝氣彌補自然復(fù)氧的不足。河道人工曝氣技術(shù)作為一種投資少、見效快、無二次污染的河流污染治理技術(shù)在很多場合被優(yōu)先采用。河道人工曝氣技術(shù)能在較短的時間內(nèi)提高水體的溶解氧水平，增強水體的凈化功能，消除黑臭，減少水體污染負荷，促進河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)；另外，河道曝氣技術(shù)因地制宜，占地面積相對較小，投資省、運行成本低，對周圍環(huán)境無不良影響，如果與綜合利用相結(jié)合，還可實現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的統(tǒng)一，有利于工程的長效管理。但是要真正發(fā)揮河流水體人工曝氣復(fù)氧技術(shù)的實際效益，還必須制訂應(yīng)用該技術(shù)的具體方案，得出可行的增氧量、曝氣方式、季節(jié)

8、最優(yōu)化組合，并充分考慮城市景觀和經(jīng)濟性原則。常用曝氣技術(shù)特點見表1。2.2、城市河道底質(zhì)改善技術(shù)在城市河道中，底泥是陸源性入河污染物（營養(yǎng)物、重金屬、有機毒物等）的主要蓄積場所。在不同的環(huán)境影響（溫度、風(fēng)浪和溶氧等）條件下，底泥既可以凈化湖泊水體，也可以因富含污染物而成為潛在的內(nèi)源性污染源污染水體，增加上層水體污染負荷。底質(zhì)改善技術(shù)則是有效遏制這類內(nèi)源污染物釋放的有效手段，常用的有底質(zhì)清淤及原位修復(fù)技術(shù)、景觀河道生態(tài)修復(fù)型底泥疏竣與處理處置技術(shù)等。（1）底質(zhì)清淤及原位修復(fù)技術(shù)。底泥生態(tài)清淤采用生態(tài)清淤工程將污染最重、釋放量最大的上層污染底泥依據(jù)環(huán)保要求移出水體，避免因河流、湖泊內(nèi)的底泥釋放和動

9、力作用下的再懸浮和溶出后可能造成的河水富營養(yǎng)化和藻類產(chǎn)生和發(fā)展問題，從而達到控制底泥釋放二次污染的目的。它是控制內(nèi)源污染效果較為明顯的工程技術(shù)措施之一。在采用原位修復(fù)技術(shù)，利用研發(fā)的環(huán)境友好型雙固定化功能載體及篩選的具有高效凈化性能的功能生物，通過河道底質(zhì)良性生境的構(gòu)建、定向強化凈化及底質(zhì)基質(zhì)促進劑的使用，進行污染底質(zhì)原位生態(tài)固化覆蓋聯(lián)合修復(fù)。（2）景觀河道生態(tài)修復(fù)型底泥疏竣與處理處置技術(shù)。底泥也是水生態(tài)系統(tǒng)重要的環(huán)境要素之一，其理化特性直接影響水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能；可以考慮河湖底泥疏浚與底棲生態(tài)重建的優(yōu)化協(xié)同，避免過量疏浚造成的河湖底泥生態(tài)支持力下降、疏浚底泥易地處理的環(huán)境和經(jīng)濟成本問題，

10、發(fā)展可實施精準疏浚的河湖底泥生態(tài)修復(fù)型疏浚技術(shù)。（3）底質(zhì)基改造與污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)。從單一的清淤、硬底化、引水沖污、曝氣增氧等治理技術(shù)研究轉(zhuǎn)為對多項治理技術(shù)的集成應(yīng)用研究，以降低河道治理的投資、運行成本和保證持續(xù)穩(wěn)定的治理效果。對底泥治理技術(shù)的研究和應(yīng)用表明，相對于物理、化學(xué)修復(fù)，對目前以有機物含量高、Eh偏低的重污染為特點的城市河道底泥，在改善基底理化環(huán)境基礎(chǔ)上，采用生物修復(fù)，特別是植物修復(fù)方法可能更加適宜。（4）疏浚底泥與處理處置技術(shù)。根據(jù)疏浚底泥自然沉降速率設(shè)計水力疏浚底泥排泥場，避免水力清淤污泥隨自然澄清液回流再次排入水體。針對清淤污泥，開發(fā)了高效脫水以及制建材、制陶粒等資源化利用技術(shù)

11、，實現(xiàn)了疏浚底泥的可持續(xù)管理。（5）底泥污染抑制劑技術(shù)。針對底泥在厭氧條件下釋放污染物導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化的問題，開發(fā)出具有強氧化作用、高效釋氧作用、物理阻隔作用和化學(xué)固化作用等的底質(zhì)抑制劑（材料），對抑制黑臭、應(yīng)對突發(fā)污染事故等具有顯著、快速的控制效果。2.3、城市河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)（1）復(fù)合型生態(tài)浮島水質(zhì)改善技術(shù)。以水生植物的優(yōu)選和可修復(fù)水體生物多樣性的生態(tài)草植入為主要組成部分，對氮、磷營養(yǎng)物和有機物等均有一定的去除效果，可改善水體水質(zhì)，提高水體透明度，控制水體富營養(yǎng)化（減緩藻類的增長速率、減弱藻類暴發(fā)程度），減少以再生水為補給水源的景觀水體換水頻率。無外部水源補充條件下，夏季可延緩藻類暴發(fā)時間

12、12d，暴發(fā)峰值也可降低約30。該技術(shù)尤其適合北方地區(qū)以再生水為主要補給水源的滯流/緩流景觀水體水質(zhì)的保持與改善。（2）多級復(fù)合流人工濕地異位修復(fù)技術(shù)。通過多級復(fù)合流人工濕地的構(gòu)建，解決了傳統(tǒng)人工濕地的運行效果不穩(wěn)定、脫氮效果一般、填料易堵及冬季處理效果差等多項難題，使其出水主要水質(zhì)指標穩(wěn)定達到地表水類標準。該技術(shù)對COD、總氮、總磷具有較好去除效果，在進水水質(zhì)波動較大，水質(zhì)較差的條件下，出水水質(zhì)仍可穩(wěn)定達到地表水類要求，多級潛流濕地示范工程在穩(wěn)定運行階段對COD、TN和TP的去除率可達到70%90%。該技術(shù)主要用于景觀水體的水質(zhì)改善及長期保持，適用于征地方便的地區(qū)。（3）城市黑臭河道原位生態(tài)

13、凈化集成技術(shù)。包括底泥污染控釋與底質(zhì)生境改善、黑臭河水生物柵凈化與控藻、黑臭河水生態(tài)接觸氧化等。形成了城市黑臭河道原位生態(tài)凈化集成技術(shù)體系，將浮船式增氧機作為混凝藥劑的投加、溶解、攪拌、反應(yīng)的動力設(shè)備，從而把增氧和混凝有效地結(jié)合起來；科學(xué)控制增氧機與生態(tài)浮床之間的距離，消除增氧機對生態(tài)浮床上植物生長及其凈化污染物的負面影響；利用生態(tài)浮床水下部分的接觸沉淀和物理吸附作用，促進化學(xué)混凝后水體的加速和穩(wěn)定澄清，防止增氧機工作及水流攪動引起的絮體再懸浮，保障工程效果的長效性。按該方法設(shè)計的技術(shù)系統(tǒng)具有集成化程度高、投資和能耗低、易于操作、便于管護、快速長效等優(yōu)點。（4）景觀河道生態(tài)攔截與旁道濾床技術(shù)。

14、生態(tài)濾床是在自然濕地結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上通過人工設(shè)計的污水處理生態(tài)工程技術(shù)，利用系統(tǒng)中的基質(zhì)、水生植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，來實現(xiàn)對污染物的高效降解，以達到凈化水質(zhì)的目的，具有投資少、運行維護費用低、管理簡單、景觀生態(tài)相容性好、自然社會效益好等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于處理各類型污水。生態(tài)濾床一般通過旁河的形式，將河水引入濾床中，系統(tǒng)內(nèi)填充具有脫氮除磷功能較強，且比表面積大的多孔介質(zhì)，使其具備了良好的水力學(xué)性能，能較好地截留河水中的顆粒物。通過植物選擇、碳源調(diào)控、溶解氧調(diào)控、前置或后置強化除磷等手段，提高其脫氮除磷效率。（5）生態(tài)護坡技術(shù)。生態(tài)護坡工程是一項建立在可靠的土壤工程基礎(chǔ)上

15、的生物工程，是實現(xiàn)穩(wěn)定邊坡、減少水土流失和改善棲息地生態(tài)等功能的集成工程技術(shù)。其目的是為了重建受破壞的河岸生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)固坡、截污等生態(tài)功能。2.4、城市河水強化處理技術(shù)（1）城市河湖水系原位強化處理關(guān)鍵技術(shù)。開發(fā)緩流水體強化循環(huán)流動和生物接觸氧化技術(shù)，強化水體流動，削減水中污染物和營養(yǎng)鹽含量，改善水質(zhì)。提出了不同流速對常見水華藻類和混合藻類的影響，并提出了水華控制流速；對不同填料進行了接觸氧化試驗，篩選了最佳填料，對主要污染物的去除效果進行了研究，主要污染物去除率為葉綠素40%、COD50%、TN20%、TP40%、NH3_N60%。（2）河道水體側(cè)溝強化治理集成技術(shù)。針對生活污水、含有大量

16、的工業(yè)廢水、難以生物降解成分含量高、底泥污染嚴重、河道水體黑臭、油類物質(zhì)濃度偏高現(xiàn)象顯著等，提出以側(cè)溝化學(xué)絮凝（即一級強化處理）和接觸氧化修復(fù)相結(jié)合的方式，對黑臭水體進行處理，可有效抑制黑臭現(xiàn)象。（3）景觀水體化學(xué)-微生物-水生植物復(fù)合強化凈化與藻類過度生長控制技術(shù)。針對景觀河道水體自凈能力差、富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重、藻類過度生長等現(xiàn)狀，通過微生物、化學(xué)、水生植物復(fù)合強化集成技術(shù)進行水質(zhì)凈化及控制的原位修復(fù)技術(shù)研究，已研發(fā)出“改善景觀水體水質(zhì)的藥劑投加方法及設(shè)備”和“富營養(yǎng)化水體治理的方法和設(shè)備”，可有效改善水體富營養(yǎng)化狀態(tài)。（4）污水處理廠尾水人工濕地深度處理技術(shù)。技術(shù)從工藝創(chuàng)新、碳源補充、填料選

17、擇、防堵塞等研究，保證反硝化反應(yīng)的順利進行必須有充足的碳源提供，添加PHA聚羥基脂肪酸酯、PBS聚丁二酸丁二醇酯等五種有機物作為碳源，研究了各種碳源的反硝化速率以及硝酸鹽氮的去除情況，得到麥稈、PBS和PHA添加后出水符合一級A的標準；在城市污水處理廠尾水達到一級A標準時，出水水質(zhì)可達到：COD為1832mg/L，氨氮低于0.5mg/L，總氮為1.53.5mg/L，總磷為0.10.3mg/L，除總氮偶爾較高外，達到地表水體V類標準。（5）污水處理廠尾水多點放流生態(tài)攔截技術(shù)。選取最優(yōu)填料組合，通過生態(tài)攔截填料的攔截吸附降低尾水中的污染負荷，尾水長期流過填料后填料表面的生物膜可以進一步降解尾水中的

18、污染物質(zhì)。污水處理廠尾水排放后由大阻力配水系統(tǒng)將尾水均勻分布到第一級生態(tài)填料區(qū)上，經(jīng)過底部布水廊道升流至第二級生態(tài)填料區(qū)，通過二級填料的尾水最終通過生態(tài)透水磚實現(xiàn)污水處理廠尾水深度凈化后的分散排放。該方法可有效降低污水處理廠尾水排放對河流水質(zhì)產(chǎn)生的不利影響。3、城市水體修復(fù)技術(shù)的實踐與成效3.1城市水體修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用水專項城市主題“十一五”期間建立了示范工程25項，修復(fù)城市河流超過50km，水體總面積超過7km2，所涉及的流域分布以及所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)類型分布如圖3所示。3.2城市水體修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果（1）太湖流域示范區(qū)主要水質(zhì)指標提高一個等級，滿足V類水標準。水體黑臭現(xiàn)象消除，水質(zhì)好轉(zhuǎn)，COD

19、、氨氮、總氮、總磷均有明顯降低，溶解氧有所提高。生態(tài)修復(fù)時氮、磷的年去除能力分別達到0.1kg/m2和0.02kg/m2。水生生物中浮游植物多樣性及清潔水體指示種增加，浮游動物由原生動物為主轉(zhuǎn)為輪蟲為主,魚類、底棲生物數(shù)量明顯增多。黑臭河道治理效果：溶解氧由0.5mg/L提高至6mg/L(平均)，濁度下降80%，總磷下降60%，COD和氨氮去除50%60%，氧化還原電位、透明度大幅提高，黑臭得以遏制，原本爆發(fā)性生長的藻類得到有效控制。（2）海河流域示范區(qū)水質(zhì)均滿足IV類水體標準，水體臭味消失、透明度明顯改善，河道浮萍及藻類生長得到有效抑制，沉水植物開始自我恢復(fù)，示范段河道內(nèi)水生動物（如魚類、底

20、棲動物）數(shù)量也明顯增多。示范工程中集成了噴泉曝氣、潛流濕地及其他幾項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了各單項技術(shù)的優(yōu)勢互補。經(jīng)過實際運行，對COD、TN、TP年均去除率分別可達80%、90%和75%左右，出水水質(zhì)達到了地表水類要求，優(yōu)勢顯著。（3）三峽庫區(qū)示范區(qū)污染物減排量（COD）約占2010年三峽庫區(qū)重慶段城鎮(zhèn)污染物排放量的15.1%。庫區(qū)內(nèi)城市水體水質(zhì)提升了一個等級，基本達到了水體功能水質(zhì)要求，水系基本暢通，流速提高近一倍，消除黑臭，與修復(fù)前水體表面較臟亂現(xiàn)象對比，修復(fù)后，水體清澈，表面無污物。（4）巢湖流域示范區(qū)水質(zhì)達地表V類標準，水生濕生植物種類由14種增加到60種，浮游藻類多樣性增加，原生動物的生物量和密度都明顯高于恢復(fù)前，底棲動物種類數(shù)量也有較大提升，水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能逐漸得到恢復(fù)。水體COD、TN和TP分別下降了49.4%、7.5%和66.8%，經(jīng)過生態(tài)工程