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1概述 城市河道污染的特点一般是水体富营养化严重，氮磷含量超标；水体滞流，多处于厌氧状态，复氧能力差；淤积严重，透明度低，甚至出现黑臭现象；河道生态系统退化严重，自净能力差等。城市河道往往需要进行综合整治，如调整产业结构、提高污水处理率和废水回用率、控源截污、清淤、水系沟通、护岸整修、完善调水设施、沿河绿化、水质修复等等，以达到标本兼治的目的。城市河道的治理受到地形、周围建筑物等空间限制以及防洪泄洪、行船、休闲等功能需要的限制，因此有必要从河道特点和污染特征出发，构建水污染控制和水环境改善的综合技术体系，从而达到流域水环境质量改善的最终目的。具体到河道水体修复方法来讲，主要包括物理法、化学法与生态修复法，其中生态修复技术由于具有安全、经济、实用、系统等诸多优点而成为河流污染治理的主要技术手段。本文将重点讨论此类技术在河道治理中的应用。 2微生物修复技术 微生物是生态系统中的分解者。生物修复（Biore-mediation）是利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下将环境中的污染物彻底降解，或转化为无毒无害的物质，从而达到对污染环境进行治理的目的。受污染的环境中有机物少部分是通过物理、化学作用被稀释、扩散、挥发及氧化、还原、中和而迁移转化外，主要是通过微生物的代谢活动将其降解转化。因此，对于有机污染严重的城市河道来说，微生物修复具有独特的优势。 在生物修复中首先考虑适宜微生物的来源及其应用技术，创造适于微生物作用的条件，以强化微生物对污染物的修复作用。在我国城市水环境治理中，目前常用的微生物修复技术有两类。一类是直接向污染河道水体投加经过培养筛选的一种或多种微生物菌种。应用的微生物制剂主要包括美国的Clear-Flo系列菌剂、LLMO生物活性液、日本的有效微生物菌群、中国的光合细菌、硝化细菌等，并取得了一定的治理效果[1]。上海市水务部门应用水底曝氧和投放微生物相结合的办法治理西双泾河道，实现全面消除黑臭[2]。上海玉垒环境生物技术有限公司使用“东江放线菌”对苏州河底泥进行了修复，对皂河黑臭水体也有较好的处理效果[3]。庞金钊等[4]投加光合细菌、硝化细菌、复合菌的混合液对水体浊度的去除率达到88%，且CODMn、氨氮、叶绿素a等均明显降低。唐玉斌等[5]采用2种生物激活剂对上海景观湖水进行修复，结果发现它们对水体COD、BOD、TP、浊度等均有显著的去除效果，并可显著提升水体DO。方一丰等[6]用由酵母膏、氨基酸和维生素等组成的生物激活剂对实际景观水体进行修复，结果表明投加生物激活剂的水样CODCr去除率比空白增加了27.3%，DO提升21.2%，浊度的去除率增加了23.6%，氨氮的去除率增加了11.5%。用生物复合酶污水净化剂对黑臭水体进行修复实验，其对水体致黑臭污染物等有较高的去除率，并能提高水体的复氧功能，消除水体黑臭[7]。美国绿净公司FL0-1200菌种在河水曝气的条件下治理纽约中央公园的湖泊取得了成功，并在印度也取得了成功[8]。将光合细菌包埋固定后处理府南河水样，CODCr去除率可达90%以上[9]。 另一类是向污染河道水体投加微生物促生剂（营养物质），促进“土著”微生物的生长和对污染物的代谢作用，达到净化水质的目的。普罗生物技术（上海）有限公司、华东师范大学环境科学与技术系与上海市徐汇区环保局应用美国ProbidicSolution公司的Bioenergizer水体净化促生剂在徐汇区上澳塘的一段河道内进行了试验[10]，结果表明，投放促生剂对于消除水体黑臭、增加水体DO作用明显且迅速，BOD5、CODCr迅速下降，黑臭消除。多数情况下，微生物修复技术往往与曝气技术、植物修复技术、生物膜技术等复合运用。对于重污染河道来说，微生物往往不能正常生长或发挥作用，一般需要先经过物理化学修复到一定是阶段后再使用微生物修复。目前的产品种类丰富，除了常见的微生物菌剂外，也开发了固定化酶、固定化微生物、激活剂等产品，也有的把底质改良剂、氧化剂、钝化剂、抑藻剂等与微生物菌剂复合在一起，使之同时具有降解、氧化、钝化、除磷、抑藻等多种功能。 3水生植物净化技术 3.1常用的水生植物 水生植物主要包括水生维管束植物和高等藻类组成。其中水生维管束植物包括：①挺水植物（根茎生于底泥中，植物上部挺出水面，如芦苇、香蒲等）；②浮叶植物（根茎生于底泥，叶漂浮于水面，如睡莲、荇菜等）；③漂浮植物（植物体完全漂浮于水面，具有特化的适应漂浮生活的组织结构，如凤眼莲、浮萍等）；④沉水植物（植物体完全沉于水气界面以下，根扎于底泥或漂浮于水中，如狐尾藻、金鱼藻等）。吴建强等[11]统计了污染水体净化和修复研究中的常用水生植物及其研究频度，其中水芋、荸荠、轮藻、水浮莲等研究频度较高。近些年有些陆生植物也被用于水污染治理，如水稻[12]、香根草[13]、蕹菜[14]。应注意选取经济价值高的陆生植物，如蔬菜类或花卉类植物等等，而且生长快，养分需求量大的物种。 3.2水生植物净化机理 水生植物的净化作用主要包括植物吸收、微生物代谢以及植物根部的微环境中的吸附、过滤、沉淀等作用。①植物的吸收利用和富集作用。水生植物可以直接吸收水体中的营养物质，尤其是无机态的N、P等，合成机体的有机组分。同时，植物也可以吸收富集某些重金属元素。大型水生植物的生物量大，生长速度较快，对N、P吸收能力强，通过收割植物可以达到有效去除这些物质的目的。某些水生植物同时也是经济植物、景观植物，在治理水体污染的同时也能带来经济效益或具有景观功能。②微生物降解。细菌的硝化和反硝化以及微生物在好氧、兼氧及厌氧状态下的各种代谢活动，可以有效去除水体中的氮。有机氮被微生物分解与转化，植物对N有一定的吸收，但是硝化和反硝化作用是去除N的主要机理[15]。③过滤沉淀作用。水生植物发达的根系与水体接触面积大，形成天然的过滤层，可以过滤、截留水体中的污染物，在其表面进行离子交换、吸附、沉淀等，使周围水体变清。#p#分页标题#e# 3.3水生植物的净化效果 由于N、P是植物的必需营养元素，水生植物对于富营养化水体中N、P的去除作用尤为突出[12，16，17]。室内研究发现水芹菜3天内对TN、TP的吸收率分别达到66.7%、73.7%[18]，水蕹菜对TN、TP、COD也有明显的去除效果[19]。刘淑媛等[20]利用人工基质无土栽培多花黑麦草净化富营养水体，发现其对TN、NH3-N、NO3-N、TP、PO4-P等的去除率均达80%以上。宋祥莆等[12]采用水域浮床无土种植水稻的方法，通过水稻的吸收和富集作用，去除水体中的N、P元素。袁东海等[21]研究了潜流人工湿地系统对污水氮的净化效果，发现石菖蒲（Acorusgramineus）、灯芯草和蝴蝶花（Irisjaponica）3个植物系统的TN平均去除率为77.7%、71.2%和66.4%，而无植物系统的去除率仅为55.8%。 王超等[22]利用黄花水龙修复太湖水体，室内试验结果显示，夏季对TN去除率约为60%，对TP去除率约为25%，冬季对TN和TP去除率分别约为23%和20%。肖兴富等[23]利用金鱼藻、黑藻和马来眼子菜等沉水植物修复洋河水库，50天后，水体中TN、NH4+-N、TP、PO43--P和CODMn平均去除率分别为36.3%、70.5%、54.6%、65.4%和43.1%；植物体内氮、磷等营养物质的含量升高使水体中营养物质减少,间接影响了水体中浮游藻类的生长。 植物对降低工业废水中的COD、SS、有机氮、有机磷等指标有明显效果。诸惠昌和Stevens[24]采用种植已达4年之久的芦苇床对进水COD为400～800mg/L的乳制品厂废水进行处理，COD去除率达97%-98%，BOD去除率达98%-99%。 人工浮床利用植物直接吸收水体中的氮、磷等营养元素，同时植物根系生物膜中的微生物可以通过分解代谢作用有效去除水中的有机污染物和其他营养元素。陈荷生等[25]利用粮油、蔬菜、花卉等各种适宜的陆生植物构建人工浮床，对杭州市南应加河进行了5个月的治理，全河的水体感官性状和水质均取得了较大改善，异臭味得到了有效控制，围隔河段的水质发生了根本性好转。李英杰等[26]发现在生态浮床植物（水芹菜、美人蕉）的生长茂盛期，浮床对河口水体有很强的净化能力，经过浮床段后，水体中TN、TP和NH4+-N浓度均得到明显降低。杨婷婷等[27]结果表明，高羊茅浮床对重污染河道富营养化水体中的TN、TP、COD等均具有极强的去除能力，并能有效提高水体的透明度。 不同的水生植物之间净化效率不一样[28-30]。李芳柏和吴启堂[30]采用漂浮栽培美人蕉、蕹菜、水稻、野生稻4种植物对废水中COD、BOD5、TN、TP等的净化效果进行研究，综合评价结果为美人蕉>蕹菜>水稻>野生稻。 不同水生植物的净化优势不同，多种植物组合比单种植物能更有效的净化水体，目前有越来越多的试验研究和修复工程采用了多种植物的组合。 3.4水生植物净化技术的优点和问题 水生植物净化技术的优点是成本低、能耗小、治理效果较好，对环境没有二次污染，有利于整体生态环境的改善，同时具有一定经济效益和环境效益。水生植物净化技术的问题主要有以下几个方面。①净化效果问题。由于植物自身一般不能对有机污染物进行代谢作用，净化效果不能完全达到要求。②季节性问题。水生植物的生长易受季节的影响，在冬季往往净化效果不好，这就要求选择出喜温及耐寒的水生植物种类，在不同的季节用于净化。③应用范围问题。在重污染水体中，植物往往不能正常生长。④入侵植物问题。某些水生植物（如水葫芦）繁殖能力强，可能影响土著植物群落的稳定性，在利用过程需要加以控制。⑤后续处置问题。水生植物生长过程中可能会吸收某些风险物，收获后如何有效的进行资源化回收利用缺乏实际操作。 4河道曝气技术 河道曝气的目的是增加水体中的溶氧水平，加速有机污染物的降解，消除黑臭，同时改善河道生态系统，提高河道自净能力。在采用曝气生态净化系统的河道内形成了多种微生物和水生动物共存的复杂生态系统，通过物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各类微生物和水生生物之间功能上的协同作用去除污染物，并形成食物链，达到去除污染物的目的。也可以采用不同形式水工建筑物、水土建筑物进行溢流坝面加糙、接触氧化透水堤、跌水曝气充氧等水力学方法对城市河道水体进行复氧修复[29]，但是对于城市河道来说，这些措施往往受到各种限制。目前最常用的还是利用曝气机等直接向河水中曝气，一般包括空气曝气和纯氧曝气。 该技术自20世纪60年代在一些国家得到应用，英国的泰晤士河、特伦特河，德国的鲁尔河、Sanr河、Emseher河、Teltow运河等，美国的Hamewood河、密西西比河、帕塞伊克河等都安装了曝气复氧装置，水质得到明显改善[1]。上海苏州河、上澳塘、北京清河、重庆桃花溪等河道在治理过程中也安装了曝气设备。河道曝气是改善重有机污染型中小河流水质的一种经济、有效的方法，对COD和BOD5有较好的去除效率[30]。通过河道曝气技术使DO浓度提高，消除了水体中的致黑臭物质，有效改善或缓解黑臭现象[31]。王文林等[32]在张家港市重污染河道花园浜河中引入了太阳能曝气治理技术，运行一段时间后，水体透明度得到明显改善，COD、TN、NH3-N、TP浓度则显著降低，最大去除率分别达到37.2%，16.9%，45.6%和33.5%。河道曝气一般应用解决河道水体的有机污染问题，同时可以作为应急措施处理突发性河道污染，如突发性事故排放废水造成的污染。也有助于解决景观河道在夏季因水温较高，有机物降解速率和耗氧速率加快，造成水体的DO降低的问题。 5人工湿地技术 人工湿地（Constructedwetlands）主要是通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由基质、植物、微生物和水体组成的复合体，利用生态系统中基质-水生植物和微生物的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。影响因素主要包括湿地的水力负荷的比率、滞留时间、填料的选用、种植植物的类型和数量等。 人工湿地的主要作用机理包括以下几个方面。①基质的作用。基质如沙砾、沙土、土壤、石块等，既可以为水生植物提供了载体和营养物质，也为微生物的生长提供稳定的依附表面。通过一些物理、化学途径（如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等）以及生物作用来净化除去N、P等营养物质以及污染物。②水生植物。水生植物不仅具有较强的营养物质吸附富集功能，而且还能为其周围环境的各种原生动物、微生物提供良好环境，如植物根际可为微生物的吸附和代谢提供良好的生化环境，形成特殊的根际微生态环境，具有典型的活性生物膜的功能，对多种污染物有很强的吸收、分解、富集能力。③微生物。基质、植物根区微生物是湿地降解有机污染物的主要执行者。在氧化区域，水中的大部分有机物可被好氧微生物分解成CO2和水，有机氮化物等则被硝化细菌硝化。在还原状态区域，则是有机物被厌氧细菌分解发酵。#p#分页标题#e# 吴振斌等[33]采用复合垂直流人工湿地系统研究了对污水磷的净化效果，发现3个有植物的系统的去除率分别为61%、65%和59%，而无植物系统的去除率仅为28%。邓辅唐等[34]在江川县渔村大街河建立人工湿地，监测结果显示运行1a后其对主要污染物的去除取得了良好效果。赵建等[35]采用人工湿地系统净化镇江市内污染较为严重的古运河河水，结果表明COD去除率约为50%～60%，TN去除率约为40%～50%，TP去除率约为30%～40%，能够将劣V类水处理为Ⅳ类水甚至Ⅲ类水。 人工湿地中的景观水生植物同时具有景观功能和生态美学价值，发挥美化、绿化环境的作用。当然，收获的植物可以进行资源化利用，产生有一定的经济价值。 6生物膜技术 生物膜技术的主要原理是利用附着在某些天然载体和人工载体上面形成的生物聚集层，与水体接触后，可以通过微生物的代谢作用达到去除水体中污染物的目的。如砾间接触氧化、人工填料接触氧化等等均属于此类技术。生物膜的生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫等等。 周勇等[36]将生物填料应用于城市重污染河道治理，发现该生物填料在挂膜进行到第40天、悬挂密度为24根/m时，对水质的改善效果达到最佳，对TN、TP、COD、叶绿素a、浊度的去除率分别为53%、35%、50%、5%、44%。李璐等[37]选择滇池入湖污染负荷最高的大清河为研究对象，结果表明，生物接触氧化工艺对水质变化具有较好的适应性，通过调整运行参数，可以使对COD的去除率稳定在50%左右；对TP的去除率从冬季的20%逐渐上升至春季的50%以上；对TN的去除受水温及DO的影响较大，冬季的去除率为5%左右，春季上升至18%以上，夏季进一步提高至30%以上。陈书玉等[38]在闸北区夏长浦河道运用生物接触氧化工艺技术治理水质，探索出一套适合上海中心城区中、小黑臭河道就地处理的经济合理技术。肖羽堂等[39]采用弹性立体填料、微孔曝气富氧生物接触氧化法修复上海市受污染的川杨河水时，观察到膜上的生物相丰富，生物膜较薄，污染物氨、氮的生物降解速率很快，污染的去除主要是填料上的好氧生物膜在起作用。张宝娣等[40]采用多级接触氧化渠，以经活化处理的多孔异形填料（聚丙烯/维尼龙/不定型聚氯乙烯）为生物载体，通过适当添加经就地驯化的优势微生物使城镇污染严重的中小河道得到了较好的净化。黄廷林等[40]在原位进行了强化生物接触氧化技术改善滦河水源水质的试验研究后认为，扬水曝气加原位生物接触氧化组合用于水源水质改善是可行的。 7生物操纵技术生物操纵技术，也称食物网操纵，主要是利用水生动物的摄食作用完善食物链和水生态系统。水生底栖动物及滤食性鱼类能增加藻类滤食量，减少藻类含量，提高水体质量。螺、蚌等底栖动物可过滤悬浮质，摄食生物碎屑，其分泌物有絮凝作用，虾和部分鱼类可摄食藻类、碎屑、浮游动物。水生动物是水生态系统的重要一员，这些动物作为健康水生态系统的补充组成，投放数量合适、物种配比合理的水生动物，可延长生态系统的食物链、提高生物净化效果。 许明等[42]通过在苏州重污染河道里放养黄尾密鲴进行静态试验，并在苗家河开展了示范区研究，结果表明，黄尾密鲴在浮圈中主要摄食悬浮有机物，其占食物总量的79.74%；黄尾密鲴24h都在摄食，日食率可达到50%以上[即1kg（空壳重）的黄尾密鲴每天摄入食物量为0.5kg以上]。石岩等[43]研究了草食性浮游动物水潘、蚌和螺类及养殖草食性鱼类净化富营养化水体的效果。韩士群等[44]研究了在每升水体中放养长肢秀体溞600个以上，即可对水体中浮游动物、藻类的数量、生物量、群落结构产生显著影响，同时降低水体中TN、TP和CODMn的浓度，增加水体的透明度。Songsangjinda等[45]研究了牡蛎对水体中氮的去除。Gifford等[46]研究了牡蛎对水体中的营养物质和重金属的去除。结果表明，这些水生动物对TN、氨氮、TP等几种指标都有很明显的降低作用。 8氧化塘技术氧化塘是一种自然的水处理净化工艺，排入到城市周围土塘中的污水，在塘内经过较长时间的缓慢流动、稀释和扩散，并经过微生物的代谢活动，使污水中的有机污染物被降解和去除，使污水得以净化。 江栋等[47]在对广州黑臭河道古廖涌的治理中，将废弃的鱼塘改造成氧化塘，对上游污水进行预处理，研究表明，生物氧化塘对上游黑臭水体具有较高的处理效率，在污水进水量为4320t/d以内［即污水停留时间在1.4d以上，容积负荷（CODCr）为0.11kg/(d•m3)以下］，增氧（增氧量为15.6kg/h）曝气的条件下，CODCr去除率在50%以上，NH3-N的去除率在40%以上，经处理的黑臭水体在氧化塘出水口已形成藻类、原生动物、浮游动物、鱼类等参与的多级食物链组成的复杂生态系统。在黑臭水体预处理基础上，通过底泥生物氧化、水体增氧、水体生态恢复等技术手段对河道进行生物修复，能有效地消除水体黑臭现象，提高河涌水体自净能力，为城市黑臭河涌治理和养护提供了切实可行的方法。 9小结 城市河道污染状况复杂，周围环境条件往往限制了某项技术和工程的实施。因此，在河道的实际治理工程中，需要因地制宜，结合实际需要，选择高效经济并长期稳定的净化河流的技术方案。例如，在利用人工浮床时，应该考虑到通行、行洪、泄洪等需要，以及植物的管理和后续处理；在实施人工曝气技术时，要考虑到噪音、气味等因素对周围居民的影响，以及防盗措施。 城市河道一般污染源复杂、富营养化严重。生态修复技术将在城市河流的污染防治以及生态恢复中发挥重要的作用。但任何一项技术都有其局限性，单一方法与技术很难达到治理的要求。近年来，先进国家在河流水污染治理技术方面，已由单纯的“污染控制”技术发展为“水生态的修复与恢复”，实现由以“水污染控制”为目标向以“流域水生态系统健康保护”为目标的转变。因此，必须根据待修复水体环境现状，综合考虑生物生态技术，并配合以合适的物理、化学方法，同时采用多种方法或技术的组合，在流域内的社会、经济能力所能承受的前提下开展生态修复工作。#p#分页标题#e#