城市緩流水體環(huán)境修復(fù)技術(shù)及維護(hù)對(duì)策

1、PAGE PAGE 9城市緩流水體環(huán)境修復(fù)技術(shù)及維護(hù)對(duì)策 朱 亮 隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，水體資源的功能及作用不斷被弱化。城市緩流水體的環(huán)境質(zhì)量逐漸下降，削弱了緩流水體的利用價(jià)值。城市人口和城市數(shù)量不斷膨脹，在局部地區(qū)已對(duì)自然水循環(huán)，尤其對(duì)城市緩流水體的資源價(jià)值產(chǎn)生了深刻影響。資料表明，在我國(guó)90%以上城市水體污染嚴(yán)重，50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)水源地不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)城市緩流水體沒有真正得到保護(hù)，尤其是那些不作為城市供水水源的水體更沒有得到妥善的保護(hù)，很多城市內(nèi)河道、城市湖泊已經(jīng)成了排污河道及污水的長(zhǎng)期滯留地。因此，城市緩流水體環(huán)境保護(hù)已經(jīng)迫在眉捷，其保護(hù)成功與否直接影響我國(guó)城市

2、的整體形象及城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 1. 城市緩流水體污染成因 城市污水處理僅靠二級(jí)處理不能有效控制水體惡化。據(jù)報(bào)道，東京都污水處理率達(dá)95%以上，河川水質(zhì)雖明顯改善，但東京灣富營(yíng)養(yǎng)化仍有增長(zhǎng)趨勢(shì)。我國(guó)到2010、2030年全國(guó)污水處理率分別可達(dá)到50%和80%，但城市污水對(duì)環(huán)境的污染負(fù)荷仍不能明顯減弱。這不僅僅是由于污水排放量逐年增加，而且現(xiàn)有二級(jí)處理對(duì)N、P去除不大。雖然深度處理是防止富營(yíng)養(yǎng)化和恢復(fù)水體功能的重要措施，但從我國(guó)目前及今后若干年的經(jīng)濟(jì)實(shí)力來(lái)看，全面進(jìn)行三級(jí)處理是不可能的。二級(jí)處理的尾水排放、雨水徑流、底泥等將成為污染水體環(huán)境的主要誘因。植物性營(yíng)養(yǎng)物（N、P）的輸入及溶解氧

3、狀況對(duì)水質(zhì)的影響巨大，并逐漸成為緩流水體不斷惡化的重要原因。 1.1 城市雨水徑流污染 據(jù)研究，美國(guó)湖泊中氮磷沉積物有76%來(lái)自非點(diǎn)源污染。大多數(shù)情況下，氮通過(guò)面源進(jìn)入水體。湖泊中磷的80%來(lái)源于污水，其中50%來(lái)自于家庭洗滌劑。對(duì)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)二級(jí)污水處理的城市，BOD年負(fù)荷4080%來(lái)自暴雨所產(chǎn)生的徑流，在強(qiáng)暴雨期間，有9495% BOD直接來(lái)自雨水徑流，雨水徑流將是城市水體的主要面源之一。英國(guó)水研究中心研究表明：分流制排水系統(tǒng)中，地表徑流所引起的污染總體上與合流制排水系統(tǒng)溢流所帶來(lái)的污染相當(dāng)。英國(guó)全年河流排放污染物中，35%是來(lái)自合流制系統(tǒng)暴雨溢流。在北安普敦、布拉德福德和布里格豪斯地區(qū)暴雨

4、污水溢流水質(zhì)達(dá)到BOD 80mg/L 、SS 400mg/L。表1、表2（如圖）是不同地表雨水徑流中污染物含量。 城市生活垃圾、建筑施工、車輛輪胎磨損，街道撒鹽融雪等措施都是潛在污染來(lái)源。此外，氣載污染物包括工業(yè)廢氣，煙塵排放及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中NH3-N逸出等均可以通過(guò)降塵、降雨或徑流而直接進(jìn)入水體。污染負(fù)荷從大到小依次是建筑工地，鬧市區(qū)，工業(yè)區(qū)，低密度住宅區(qū)，公園和旅游區(qū)。 1.2 水體底泥氮磷污染 底泥的污染是導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化的另一重要原因，表3是日本某些水體底泥總氮及總磷含量。 水體中底泥表層及其上面新生堆積物中的氮磷直接或間接通過(guò)底泥粒子間的間隙水溶入水中，形成氮磷二次污染。底泥污染物含量直

5、接與外源污染源排放特征及強(qiáng)度有關(guān)。氮磷的溶出在機(jī)理上有所不同，氮以氧化分解程度的不同影響其溶出，磷則以化學(xué)沉淀的形態(tài)成為影響溶出的主要因素，并與底泥表層溶解氧含量及攪動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。在厭氧及攪動(dòng)狀態(tài)下，水體底泥中N、P溶出大于好氧狀況下的溶出。隨著溶解氧的變化，加快了底泥積累的營(yíng)養(yǎng)物釋放，造成水體營(yíng)養(yǎng)物的高負(fù)荷，形成富營(yíng)養(yǎng)化水體的惡性循環(huán)。 有關(guān)研究表明，上海蘇州河不同河段底泥主要污染物（有機(jī)物和重金屬）的垂直變化有典型的峰值分布特征：底部灰黃色泥層為自然沉積層，污染物含量低；中部為黑色粉砂質(zhì)泥層，污染物含量高；頂部為灰色淤泥層污染物含量有所降低。 2. 城市緩流水體的污染特征及水化學(xué)過(guò)程 2.1

6、 城市緩流水體的污染特征 城市緩流水體由于流動(dòng)性小，自凈能力差，形成了一個(gè)具有內(nèi)在動(dòng)力學(xué)的密閉系統(tǒng)，通過(guò)此系統(tǒng)控制物質(zhì)轉(zhuǎn)化的各種過(guò)程。季節(jié)的變化，通過(guò)風(fēng)力和水溫的影響使得水體的動(dòng)力學(xué)特征明顯不同：夏季水體表面在風(fēng)力的作用下，能迅速吸收新鮮氧氣，處于好氧狀態(tài)。與此同時(shí)，水體下層與有氧氣的變溫水層完全分離而處于厭氧狀態(tài)。秋季水層水溫變冷，水體的循環(huán)可以發(fā)生到水底，氧氣可以進(jìn)入底部，底層沉積物可溶解并輸送的變溫層的表層。停滯分層水體變?yōu)橥耆h(huán)水體的連續(xù)交替現(xiàn)象對(duì)水體的各種生物代謝作用非常重要。淺層水體雖然沒有熱的分層現(xiàn)象，整個(gè)四季水體都可以全部循環(huán)，雖然促進(jìn)了氧的輸送，但另一方面也使得藻類的繁殖加

7、快。此外，緩流水體在枯水期進(jìn)水量少，水體置換速度慢，淤結(jié)嚴(yán)重，也減弱了水體的自凈功能。 2.2 城市緩流水體的水化學(xué)過(guò)程 緩流水體的污染物質(zhì)包括水體沉積物、溶解性有機(jī)物及氮磷等溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽。研究表明，磷可能是控制自養(yǎng)生物的生長(zhǎng)限制因子，磷的濃度和藻發(fā)育的程度存在直接關(guān)系。某些條件下氮也可能成為自養(yǎng)生物的選擇因子。在磷濃度高的水體中（P ：N 1 ：10），自養(yǎng)生物的生長(zhǎng)將受到輸入的氮所控制。 水體營(yíng)養(yǎng)物含量和溶解氧狀況影響水體的初級(jí)生產(chǎn)和生物化學(xué)過(guò)程。磷的進(jìn)入會(huì)加速水體從貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)到富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，而且在整個(gè)水層均會(huì)發(fā)生。輸入一毫克磷大約產(chǎn)生一百毫克的藻類干物質(zhì)，藻類干物質(zhì)沉到水底，通過(guò)生物的氧化

8、分解作用可消耗一百四十克溶解氧。如果城市污水的磷濃度約15mg/L，則需要消耗氧濃度為2100mg/L。因此，水體中的磷酸鹽對(duì)水體的有害影響超過(guò)了代表有機(jī)污染的BOD的影響。 水體表面藻類的光合作用，不僅使氧的變化在白天和黑夜較大，而且也使水體底層由于藻類密集使光合作用受抑制，水體溶解氧減少。藻類死亡后不斷沉積，腐爛分解，也消耗了水體底層大量的溶解氧，甚至使水體出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，尤其在夏季處于停滯期的底層可能導(dǎo)致溶解氧的完全消失。 3. 城市緩流水體環(huán)境修復(fù)技術(shù)及維護(hù)對(duì)策 3.1 城市緩流水體的環(huán)境修復(fù)技術(shù) 3.1.1 污染源處理技術(shù) 城市環(huán)境水體的污染的一個(gè)重要來(lái)源是生活污染源的直接排放，尤其是

9、分散生活污染源的排放，已經(jīng)成為部分地區(qū)城市環(huán)境水體污染的重要原因。因此，研究開發(fā)小型的具有脫氮除磷功能的生活污水處理裝置尤為重要。生活污水就地處理凈化槽、土地溝渠凈化系統(tǒng)等成為城市污水處理系統(tǒng)的重要配套設(shè)施。固定微生物技術(shù)、微生物載體技術(shù)、電解技術(shù)、厭氧好氧技術(shù)、水解技術(shù)及磷資源的回收技術(shù)成為上述裝置的重要組成。尤其是發(fā)展新型磷資源回收利用系統(tǒng)技術(shù)為恢復(fù)有限磷資源奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。日本在Kasumigaura湖治理中規(guī)定小型處理裝置的BOD、TN、TP的排放濃度分別為10mg/L 、10mg/L、0.5mg/L。 3.1.2 水體水質(zhì)強(qiáng)化凈化技術(shù) 河網(wǎng)溝渠一方面是主要的納污系統(tǒng)，另一方面又是河道

10、及湖泊的重要污染途徑。研究納污支流在流入干流和湖泊以前減少自身污染的技術(shù)是非常重要的。河網(wǎng)溝渠在流速、污染程度、尺寸依地域而有所不同，因此凈化技術(shù)必須適合不同的地區(qū)情況。水體強(qiáng)化凈化技術(shù)包括水體微生物修復(fù)技術(shù)、水生養(yǎng)殖（包括植物、魚類、淡水蚌）凈化系統(tǒng)及其它物理化學(xué)凈化系統(tǒng)。目前研究的主要領(lǐng)域包括植物的篩選、水生生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建、植物的資源恢復(fù)和循環(huán)等方面。在日本的Kasumigaura湖治理研究計(jì)劃中，通過(guò)利用可食用植物和淡水蚌來(lái)凈化水體，并免費(fèi)向公眾開發(fā)，鼓勵(lì)他們收割植物和淡水蚌。該系統(tǒng)一方面凈化了水體環(huán)境，另一方面提高了公眾的環(huán)境意識(shí)。3.13 水體生物修復(fù)技術(shù) 水體生物修復(fù)是新近發(fā)展起來(lái)

11、的一項(xiàng)清潔環(huán)境的低投資，高效益，便于運(yùn)用，發(fā)展?jié)摿^大的新興技術(shù)。生物修復(fù)是利用特定的生物（包括微生物-土著或外源微生物以及植物等）在一定的條件下進(jìn)行消除或富集環(huán)境污染物，從而達(dá)到對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)的生物過(guò)程。生物修復(fù)技術(shù)目前已經(jīng)成為一種新的可靠的環(huán)保技術(shù)，其不僅應(yīng)用于土壤、水體的污染治理，還被應(yīng)用到海灘以及固體廢棄物等的污染物處理。污染物不僅包括各種易降解物質(zhì)，還包括殺蟲劑、PAH、苯、甲苯、二甲苯、防腐劑、氯代烴類等難降解污染物，已經(jīng)得到世界環(huán)保部門的認(rèn)可。植物的修復(fù)技術(shù)主要是使生態(tài)系統(tǒng)的退化得到遏止，生態(tài)系統(tǒng)的基本功能得到恢復(fù)。研究包括河流廊道、河網(wǎng)及岸坡的植物培育及生物群落的構(gòu)建（水生

12、仿生生物群落、坡面仿生生物群落及河岸仿生生物群落）。 3.2 城市緩流水體的維護(hù)對(duì)策 3.2.1 建立科學(xué)的城市水務(wù)管理體制 目前，我國(guó)的水資源管理涉及到水利、航運(yùn)、漁業(yè)、礦產(chǎn)、城建、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和海洋，但沒有一個(gè)真正的權(quán)力機(jī)構(gòu)來(lái)統(tǒng)一管理水資源。長(zhǎng)期以來(lái)在防洪減災(zāi)、城市供水、防止污染、保護(hù)水體生態(tài)環(huán)境等具體工作上都存在許多矛盾，嚴(yán)重妨礙了水資源的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)配和統(tǒng)籌兼顧。不少地區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的啟動(dòng)階段，城市水體不僅得不到重視相反卻遭到了嚴(yán)重的破壞，如填埋、堵塞、污染。 新的城市水務(wù)管理應(yīng)具有對(duì)城市防洪、除澇、需水、供水、節(jié)水、排水、水資源保護(hù)、污水處理及回用、地下水回灌等統(tǒng)一管理的職能。通過(guò)建

13、立統(tǒng)一的水資源管理體制實(shí)現(xiàn)城市水體規(guī)劃、調(diào)度和水量水質(zhì)的統(tǒng)一管理，進(jìn)一步確保地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。 3.2.2 城市水利工程與生態(tài)工程建設(shè)相協(xié)調(diào) 城市水體按其水質(zhì)質(zhì)量及用水特征可分為兩大水體：一是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)用水，二是維護(hù)自然生態(tài)平衡用水。將城市水利工程和生態(tài)工程建設(shè)相結(jié)合，在發(fā)展人工生物凈化技術(shù)同時(shí)，充分利用水體的自然凈化能力，合理處理污水廠尾水和城市雨水徑流。合理利用自然凈化能力不僅符合生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)及能量流動(dòng)規(guī)律，也節(jié)省大量財(cái)力和綜合利用水肥資源。例如，結(jié)合城市建設(shè)，建立大型觀賞水生植物魚底棲經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)品等集雨水截留、污水凈化、觀賞與一體的人工生態(tài)系統(tǒng)已有成功的先例。195

14、9年加州Santee回用系統(tǒng)已發(fā)展為農(nóng)業(yè)回用及娛樂(lè)回用相結(jié)合的系統(tǒng)，包括供游泳、釣魚及劃船之用。密執(zhí)安洲利用回用廢水，形成試驗(yàn)性蘆葦?shù)丶八锵到y(tǒng)的觀賞性湖泊，并證實(shí)蘆葦內(nèi)部吸收營(yíng)養(yǎng)物并將其轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)物的循環(huán)速率極高。城市水利工程和城市生態(tài)工程建設(shè)相結(jié)合的辦法，尤其在干旱半干旱地區(qū)利用自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污、雨水資源利用，改善城市生態(tài)環(huán)境，涵養(yǎng)水源，固沙育林更有積極意義。3.2.3 發(fā)揮水利工程在城市水體環(huán)境保護(hù)中的作用 城市緩流水體是城市的重要組成部分，我國(guó)及全世界各國(guó)城市形成與發(fā)展都離不開城市水體。城市水體賦有供水、防洪排澇、旅游娛樂(lè)及維護(hù)環(huán)境生態(tài)平衡的重要作用。因此，在城市規(guī)劃、區(qū)域流域規(guī)

15、劃及水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、調(diào)度中應(yīng)充分考慮這一特殊水體的作用與功能。通過(guò)建設(shè)調(diào)節(jié)水庫(kù)、污水庫(kù)、引水沖污水道或通過(guò)湖泊河道清淤減少水體污染源等，以達(dá)到保護(hù)和改善城市緩流水體的作用。 國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)引水來(lái)增加河道流量，是改善城市緩流水體質(zhì)量的有效方法。目前國(guó)內(nèi)基本上采用生物處理工藝為主，輔之以曝氣氧化的方法。利用天然河道和水工建筑物，按照污水處理要求加以人工曝氣，攔污沉渣等措施，達(dá)到處理要求?；蛲ㄟ^(guò)人工投放生物菌種的方法對(duì)河道水體和底泥進(jìn)行生物降解，以恢復(fù)水體生態(tài)環(huán)境。 此外，研究適合當(dāng)?shù)氐某鞘卸?jí)污水處理廠尾水排放通道，是防止城市環(huán)境水體污染的重要方法。 3.2.4 完善暴雨污水綜

16、合治理方法 隨著城市化進(jìn)程的加快，城市雨洪控制與利用顯得尤為重要，一方面可以減少雨水資源的浪費(fèi)，另一方面可以減少初雨徑流對(duì)城市水體的污染。20世紀(jì)60年代，日本就開始收集利用雨水，收集的雨洪水可直接用于消防、綠化和城市清潔，經(jīng)處理后的水可用于工業(yè)及回灌地下等。 通過(guò)城市生態(tài)建設(shè)如綠化園林建設(shè)等措施減少城市雨水徑流污染：一方面應(yīng)盡快引排暴雨以免局部泛洪，另一方面要有足夠時(shí)間存留雨水以改善水質(zhì)。在美國(guó)西雅圖就裝有一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的“在線存貯控制系統(tǒng)”以減少暴雨污水對(duì)周圍地表水體的影響。對(duì)暴雨污水存貯后，固體懸浮物去除率均在80%以上，BOD5去除亦在80%以上。 上海和北京均在著手研究雨洪水的控制與利用方法，通過(guò)對(duì)降雨強(qiáng)度、降雨徑流和初雨水質(zhì)的變化規(guī)律的研究，建立后續(xù)雨水收集、傳輸、調(diào)蓄、處理及利用系統(tǒng)。在工程措施上，可以結(jié)