河流水污染治理及修复技术 [复制链接]

城市的社会经济系统依赖于城市河流所提供的各种功能，例如受纳功能、生态功能、景观与美化功能等，因此，健康的城市水环境是城市可持续发展的重要保障。但随着我国经济的快速发展，以及人民生活水平的不断提高，工农业废水和生活污水的排放量逐年增加，使得城市河流受到了严重的污染。

据有关资料统计，在年我国十大水系干流的个国控断面中，劣V类水质的断面占13．7%。城市河流严重污染带来的水环境恶化问题不仅影响着城市的正常发展，对城市居民的健康和城市生态安全也构成了严重威胁。解决城市河流水质污染问题，恢复河流的生态功能和社会功能，已成为确保城市可持续发展的关键。

为此，本文逐步分析了城市河流污染的原因，综述了城市河流水污染治理及修复技术的研究进展，以期为我国城市河流治理及修复提供借鉴。

1、城市河流污染产生的原因

城市河流污染主要来源于生活污水、工业废水、农业废水及雨水4个方面。

（1）随着城市人口的增加，城市生活污水排放量逐年增加，如安徽省年生活污水排放量为11．亿t，年为17．亿t，增加了51．57%，生活污水COD排放量占总排放量的30．08%。而污水处理率并没有同步增加，导致大量生活污水排入城市河流，严重影响了城市河流的水质，破坏了城市的生态环境，威胁了居民的健康。

（2）工业废水是城市河流最主要的污染源，工业水污染一方面来自于造纸、冶金、化学工业以及采矿等行业的排水，另一方面来自于以其它形式排放最终进入水体的污染，如大气污染导致的酸雨。这些废水中除含有大量有机污染物外，往往还含有大量有*有害重金属及污染物，如果不经处理直接排放到自然水体中，将会对生态环境造成不可估量的危害。虽然大型企业、工业园区对废水采取了有效的治理，国家也对污染严重的工业企业采取了关停、搬迁等措施，但由于一些中小型企业和乡镇企业的废水处理设施不完善，超标排放现象仍时有发生，导致河流受污染严重。

（3）随着畜禽养殖业的规模化发展，畜禽粪便排放量急剧增加，已成为城市河流的主要污染来源之一，目前我国畜禽粪便还田率仅为30%~50%，未经安全处理的畜禽粪便直接排放会造成氮、磷污染，导致水体富营养化；另一方面，农药化肥的使用也会造成城市河流的污染，我国单位耕地面积农药化肥的投放量为发达国家的10倍左右，大量的农药化肥经冲刷后进入城市河流，严重污染了城市河流的水质。

（4）雨水污染主要是指初期雨水污染，初期雨水淋洗大气后，再经冲刷道路、建筑物以及废弃物等，常含有NOx、重金属、有机物以及病原体等污染物，径流至水体，会加重城市河流的污染。

截污是治理城市河流污染的重要方法之一，其原理是通过建设雨、污水管网，将原本直接排入城市河流的污水收集至城市污水处理厂或者人工湿地，经处理达标后再排放，从而削减了排入河流的污染物总量。截污分流法可以从根本上解决城市河流水污染的问题，但实施难度较大，涉及到水利、市*、道路等多个部门，因此一般需要通过行*手段辅助。

（2）引水冲污

引水冲污实际上是通过清洁江河水置换河道的污染河水，将原污染河道中的污染物稀释或带入下游，从而降低河道的污染负荷，提高河水的自净能力。我国在~年通过“引江济太”工程改善了太湖水质。高程程等构建了一维河网水动力水质模型，结果表明通过东大盈泵站增加排水动力能有效解决上海市青松水利片的污染问题。但引水冲污只能稀释或转移污染物，不能从根本上降低污染物总量，在当地水源不足时，需要外购清净水，成本较高。

（3）底泥疏浚

底泥是河流污染的内源因素之一，底泥中的有机物在细菌作用下发生分解，会降低水中的溶解氧浓度，同时产生硫化氢、磷化氢等恶臭气体，使河水变黑变臭。底泥疏浚是通过底泥的疏挖减少底泥中污染物向水体的释放。目前最先进的环保式底泥疏浚设备是绞吸式挖泥船，该设备是直接由管道在泥泵的作用下吸起表层沉积物并远距离输送到陆地上的堆场，疏浚船上安装自动控制和监视系统，大大提高了疏浚精度。

底泥疏浚能永久去除底泥中的污染物，有效减少内源污染，对改善河流水质有较好的作用，但该法工程量大，而且淤泥清除力度过大，会将大量的底栖生物、水生植物同时带出水体，破坏原有的生物链系统。而且疏浚过程中会产生大量的淤泥，如处理不善，会造成严重的二次污染。

（4）曝气复氧

曝气复氧技术主要用于应对河道的突发污染，即在适当的位置针对河水进行人工复氧，提高水体的溶解氧水平，恢复水体中好氧生物的活力，使水体自净能力增强，从而改善河流的水质状况。

曝气复氧法操作简单，有利于污泥絮凝和水质混合，但该过程无法迁出、转移、输出污染物的分解产物，可能导致河水中有机污染物浓度的反弹。

2.2化学法治理河流技术

（1）化学除藻。化学除藻是通过投加化学药品破坏水体中的胶原体，从而达到除藻的目的，根据添加剂的不同可分为除藻剂除藻、混凝沉淀剂除藻、化学氧化剂除藻。常用的除藻剂有铜盐、高锰酸钾、纳米TiO2等；常用的混凝沉淀剂有聚合三氯化铝、聚合三氯化铁等，最近几年天然絮凝剂也得到广泛研究；用于除藻的化学氧化剂有O3、H2O2、氯气、二氧化氯等。

化学除藻的工艺简单，除藻速度快，可操作性强，但添加剂的使用量对除藻效果影响较大，如控制不当，会导致严重的二次污染。

（2）重金属的化学固定。河流底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体，但通过加入碱性物质，调高河水的pH值，重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物，固定在底泥中。常用的碱性物质有石灰、硅酸钙炉渣等。该法见效快，操作简单，可有效抑制重金属以溶解态进入水体，但使用量不应太多，否则会对水生生态系统产生不良的影响。

2.3生物法治理、修复河流技术

（1）生物接触氧化。

生物接触氧化工艺主要依据天然河床、人工填充滤料等载体上附着的生物膜，在人工辅助曝气或者直接利用水中溶解氧的条件下，通过吸附、降解及过滤作用去除河水中的污染物。生物接触氧化法具有有机负荷高、载体比表面积大、处理效率高等特点。王曼等用砾石和火山岩填料作微生物载体，对模拟河道污水进行生物接触氧化处理，结果表明该法对有机物和总氮有较好的去除效果。

（2）生态修复。

河流生态修复是指利用生态系统原理，采取各种方法修复受损的水体生态系统，恢复河流中生态群体及结构，使河流生态系统具有合理的组织结构和良好的运转功能，在长期或突发的扰动下能保持稳定。一般通过岸线工程和水体系统中生物多样性的修复来实现。

河流岸线的设计应在确保河道安全的前提下，采取生态系统修复和人工辅助相结合的措施，使城市河流在保持河岸生态系统合理的内部结构和良好的生态功能的同时，也能满足景观要求。吴健等研究了百慕大、杞柳、女贞的不同配置模式，构建了上海市青浦区东风港滨岸缓冲带试验基地，研究结果表明，百慕大、杞柳、女贞的合理配置能够有效提高滨岸缓冲带抗面源污染能力和土壤的抗侵蚀能力。

河流的生态修复包括生态系统的恢复和重建，主要利用培育的动植物对河流水体中的污染物进行转移、转化和降解，从而使水体得到净化，目前使用最为广泛的河流生态修复技术是人工湿地技术，该技术可以提高河水的自净能力，同时对污水中的污染物，尤其是COD、总氮和总磷有着良好的处理效果。

3、结论

城市河流治理及修复是个复杂的工程，涉及到水利、环境、生态等多个学科，修复过程受到河流流量、污染物成分及含量、环境条件等多因素影响，且治理、修复工艺均有一定的使用范围。在实际工程中需统筹考虑、合理配置以实现城市河流的治理及修复。对于污染严重的城市河流，需结合物理法、化学法对其水质进行改善，然后以生物法进行水质净化，恢复其中的生态系统，最终实现对该河流的治理及修复。

地表水水生态修复就是通过一系列措施，将已经退化或损坏的水生态系统恢复、修复，使其基本达到原有水平或超过原有水平，并保持其长久稳定。水生态修复一般分为人工修复、自然修复两类。生态缺损较大的区域，以人工修复为主，并与自然修复相结合，以人工修复促进自然修复；现状生态较好的区域，以保护和自然修复为主，人工修复主要是为自然修复创造更良好环境，加快生态修复进程，促进稳定化过程。

下面简要介绍一下地表水（河湖）常用生态修复技术。

精准清淤技术及分离技术

采用水底土砂原位分级净化工艺，能够实现仅对底泥表层污染物质含量大的微粒薄层实施回收，对于残留在水底原位的污染度低粗粒砂石，在经过超声波和空压喷射等的清洗后重新回归水底原位，实现减少陆上土方处理量的目的。清洗工序，不使用药剂等的添加物。河道底泥封闭式无干扰原位分级精准疏浚。

河岸生态修复—河滨缓冲带

结合河道断面构造，将影响行洪或淤积严重的河底淤泥通过底泥清淤技术疏浚清理，清理后的淤泥可堆积在合适的浅坡堤岸，合理选择湿地植物对堆积的淤泥坡岸构建河滨缓冲带。

护岸植物配置模式

乔木：毛白杨、旱柳、垂柳、栎树等；

灌木：*栌、山桃、山杏、胡枝子、紫穗槐、金银花、紫丁香、珍珠梅、连翘、*刺玫等；

地被：芨芨草、苇状羊茅、二月兰、紫花地丁、五叶地锦、地被菊、波斯菊等；

河滩植物配置模式

灌木：*栌、山桃、山杏、胡枝子等；

地被：芨芨草、紫花苜蓿、苇状羊茅；

水生植物：水生鸢尾、千屈菜、水葱等。

河湖生态修复—“水下森林”

“水下森林”生态修复是通过在河床种植抗污染沉水植物及观赏挺水（浮叶）植物，建立生态平衡系统，吸附降解有机污染物，提高水体自净能力。植物净化机理见比见表1-1。

表1-1常见生态修复植物净化机理

植物种类

净化机理

净化效率

挺水植物

主要靠根系吸收部分淤泥中的营养物质，光合所需碳源来自空气中二氧化碳，产生空气直接排入大气，对水体本身没有直接的净化力

50~55%

浮水植物

从根系和浮叶背面吸收水体和淤泥中营养物质，碳源也主要来自空气，产生具备净化力的空气通过浮叶背部分进入水体；对上层水体有一定净化力。

55~60%

沉水植物

根系和整个叶面直接吸收水体和淤泥中营养物质，所需碳源直接从水体中吸收，产生的空气直接对从下而上整个水体产生巨大净化力。

60~70%

水下森林植物配置模式：

挺水植物：千屈菜、*菖蒲、马蔺、水葱、芦苇、香蒲等；

浮叶植物：睡莲、荷花等；

沉水植物：苦草、黑藻、菹草、金鱼藻、穗状狐尾藻、微齿眼子菜、竹叶眼子菜等。

曝气复氧

通过一定的增氧设备来增加水体溶解氧，加速河道水体和底泥微生物对污染物的分解。增氧设备可分移动式曝气船，固定式微孔曝气盘等。

生物膜复合生态浮床

生物膜复合生态浮床由浮载植物系统、微曝气充氧系统和人造生物膜处理系统三部分组成。浮载植物系统中水生植物以浮床作为载体种植在富营养化水体的水面，通过植物根部吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，消减富营养化水体中的氮磷及有机物物质，从而达到净化水质的效果。微曝气充氧系统为水生植物和微生物创造更易生存的环境。人造生物膜处理系统，是通过植物浮载系统下挂人造生物膜片，生物膜片接种固定化高效脱氮、脱磷菌，通过微生物的作用降解有机污染物质。生物膜复合生态浮床同时能在一定程度上重建并恢复水生生态系统，创造生物的生息空间；改善景观；并且具有一定的消波效果，可对岸边构成保护。

水生态修复12招

小课堂

水生态修复是一项理论复杂、因素众多、操作困难的工作，既要因地制宜，又要符合科学，更要讲究实效。按照水生态系统的理论，下面介绍修复水生态系统、创造水边和水中生物多样性环境的12种方法。

TOP1

两岸造树林

河岸上应尽可能留出空间，种植树冠较大的树木，逐步形成林带，地面则铺上草坪，贴岸的树冠还可以伸向河道上空。这样可以起到以下作用：（1）大树扎在土壤里深而密的根须与草坪能够形成一个土壤生物体系，可以增强生态功能；（2）岸边的林带草坪与河道组合，可以有效地改善地区的温度、湿度与舒适度，形成一道独特的风景线。

TOP2

河坡植草坪（或灌木）

传统的做法往往忽视生态，把河坡搞成直立式，或用块石和水泥板覆盖河坡并勾缝，其实这样在不知不觉中已经破坏了生物的生长环境。从修复水生态系统出发，有条件的河坡都应植上草坪或灌木。护坡上的草坪和灌木所起的作用很大：（1）草坪和灌木与土壤形成的土壤生物体系，同样可以像两岸的树林与草坪一样，起到减少有机物对河道、湖泊的冲击和营养化程度的作用，有些灌木的根须还能够直接伸到水体中吸收水中的营养成分；（2）河坡是水域向陆域的自然过渡带，草坪和灌木与土壤的结合，改善了温度、湿度，提供了食物；（3）在稳定边坡、防止水土流失的同时，改变了护坡硬、直、光的形象，给人们以绿色、柔和、多彩的享受。

TOP3

墙上攀绿藤

城市化地区的部分河道，由于整个地区水面积的严重不足，为了确保水安全，提高河道汛期的蓄水量，不得已加高加固了防汛墙。弥补的办法是，在墙的陆域一侧种植绿色的爬藤植物，从下爬到上，到了顶以后从上爬到下，一直到水面；有条件的地区，可在防汛墙的两面依墙分层建一些条式和点式的花坛，种上灌木或花草；硬质结构的直立或斜坡式护坡，宜种植一些垂枝灌木。

TOP4

水边栽植物

水边是水生态系统里一个非常重要的组成部分，要尽可能构建挺水植物多样性的环境。在种植方法上，一般可以直接栽在河边的滩地上、斜坡上，也可栽在盆、缸及竹木框之类的容器做成的定床上；直立式防汛墙的下面，在不影响河道断面的基础上，利用河底淤泥在墙边构筑一定宽度并有斜坡的湿地带，创造挺水植物生长的条件。

TOP5

水流多样化

新的河道治理理念，要求在基本满足行洪需求的基础上，宜宽则宽、宜弯则弯、宜深则深、宜浅则浅，形成河道的多形态、水流的多样性。其作用有两条：（1）水流的多样性，能够满足不同生物在不同阶段对水流的需要；(2)河道的多形态、水流的多样性本身是水系景观的一个重要组成部分。

TOP6

水中建湿地

河流、湖泊中的湿地，是修复水生态系统的一个重要手段，也可以称为土壤生物工程，国内外有些中、小城市甚至用来处理城市的生活污水。河道与湖泊的治理中，在基本不影响行洪和槽蓄功能的前提下，应尽可能保留和建设一些湿地，一切都要因地制宜。另外，湿地也是水景观中不可多得的重要一笔，它充满了野趣、野味和自然气息，是人们回归自然的一种象征。

TOP7

水面养萍草

水面上的植物有两种，一种是根在水里的浮水植物，如水葫芦、水葫狸等；另一种是根在河、湖底泥里的浮叶植物，如荷花、水鳖等。

TOP8

水下种水草

实践证明，水草茂盛的水体，往往水质很好，而且清澈见底。人工种植水草，也是修复河道、湖泊水生态系统的重要一环。

TOP9

水里养鱼虾

在放养鱼虾时，要注意食草性、食杂性、食肉性之间的搭配。鱼虾在的水里自由洄游，在水面泛起阵阵涟漪，使河道、湖泊显得生机蓬勃。

TOP10

水底爬螺蚌

螺蚌等贝壳类动物和大量的底栖动物，在水底形成了另一个世界，它们是名副其实的水底清道夫，其作用不可小看。

TOP11

曝氧放细菌

人们肉眼看不到的细菌、真菌、放线菌、土壤原生动物等生物种群的生存和繁衍，不断地将水中的有机物质分解成无机物质和水，它们需要充足的氧气，所以，应尽量用各种方法和手段进行曝氧，通过增加水体中氧气的方法来促使好氧细菌的生长繁殖，以达到增强和加快分解水中有机污染物的目的。

TOP12

管理经常化

修复水生态系统，就是要通过人的努力，连接河道、湖泊中产生者―消费者―还原者的生物链，并积极地、经常不断地进行必要的干预，促使其达到平衡。