城市景观河道的生态混凝土与硬质护坡对水质净化的对比研究

薛黎铭

（上海市静安区河道水政管理所，上海市 200072）

0 引言

生态混凝土是指由胶凝材料、骨料和水按适当比例配置，再经过一定时间硬化而成的人工石材。生态混凝土有广义和狭义概念上的区分[1]。广义生态混凝土定义为具有一定生态效应或特定生态功能的混凝土，这类混凝土与传统混凝土相比，一般减少了水泥用量，具有除尘降噪、透水透气、净水储热等功能，具有环境友好性或生物相容性。狭义生态混凝土简而言之就是具有生物相容性和生态效应的混凝土，其中生态效应可以表述为混凝土成品可以生长生物、影响生物，附着在混凝土上的生物和混凝土有依存关系，专指具有良好生物相容性的混凝土、混凝土结构以及混凝土制品等[2]。目前生态混凝土护坡因为具有较好的生态效益而受到广泛关注[3]。

生态混凝土护坡是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统技术[4]。开挖边坡形成以后，通过种植植物，利用植物与岩、土体的相互作用（根系锚固作用）对边坡表层进行防护、加固，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡、固坡手段。生态混凝土护坡的应用，满足了混凝土护坡强度的要求，在坡面上种植作物，美化环境，还使硬化和绿化、景观化完美结合起来[5]。

该研究基于上海市静安区走马塘河道的生态混凝土护坡的工程应用，通过研究对比传统硬质混凝土护坡与生态混凝土护坡对水体中污染物的降解规律来比较其对城市景观河流生态净化与修复能力。

1 城市景观河道整治工程

走马塘位于静安区西北部，河道长约4.36 km。2005年之前，走马塘河道两岸除部分低标准防汛墙外，其余均是自然土坡，或杂草丛生，或违章搭建遍布，沿河各种污水和垃圾直排河道，造成河道淤积严重、河水发黑发臭、水质恶化，防汛蓄涝能力降低。部分河段有堵塞，河岸冲刷较严重。2017年6月对河道内两个断面进行三次取样分析以获得河道中的水污染现状：河道内水质低于地表水劣Ⅴ类标准；水体中的DO浓度较低，COD、TN、TP等含量均超标。

2017年12 月至次年2月对该河道进行了整治，整治措施包括增加上游补水、对底泥进行清淤、使用生态混凝土护坡修葺河道两岸（见图1）。整治完成后河道水质转好，COD与TP到达地表水Ⅴ类标准。

图1 静安区走马塘河道整治效果图

2 试验方法与测试

为验证生态混凝土护坡对河道水质的净化效能，采用静水试验方法进行验证。分别利用硬质混凝土构件与生态混凝土护坡混凝土（构件尺寸均为150 mm×150 mm×150 mm；硬质混凝土为C20混凝土；生态混凝土护坡的设计孔隙率为30%，水泥含量为95%，污泥掺量为5%，外加剂掺量为1.2，水灰比为0.28）作为试验对象，将其放置于废水水箱中（30 L），废水水质与修整前河道水质相同，模拟自然光照射，并定期检测水质指标。

分析测试的主要指标有COD、TN和TP。其中，COD使用测定采用重铬酸钾法测定，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，TP采用钼锑抗分光光度法测定。

3 试验结果

利用生态混凝土与硬质混凝土护坡对原水中COD、TN和TP的净化研究结果如图 2～图4所示。

图2 硬质混凝土与生态混凝土对COD的去除对比

由图中可以看出，在为期12 d的测试阶段中，COD、TN和TP在生态混凝土样品中的变化规律基本呈现出逐步下降的趋势。分别由进水中的15.24 mg/L、0.79 mg/L和0.39 mg/L下降至出水时的5.45 mg/L、0.24 mg/L和0.22 mg/L。试验期间，硬质混凝土护坡中的COD浓度较为稳定，大致维持在11 mg/L；对氮磷则实现了去除，特别是对TP的去除特征与生态混凝土的去除规律较为类似。综上，相比于硬质混凝土护坡，利用生态混凝土护坡可以获得对COD和TN较好的去除效果。

图3 硬质混凝土与生态混凝土对TN的去除对比

图4 硬质混凝土与生态混凝土对TP的去除对比

进一步计算硬质混凝土与生态混凝土护坡对COD、TN和TP的去除率，结果如图5所示。图中，生态混凝土对COD、TN和TP的去除率分别为64.26%、73.50%和48.99%，高于硬质混凝土的26.41%、46.42%和37.22%。

图5 硬质混凝土与生态混凝土对COD、TN和TP的去除效果

出现上述结果的原因主要如下：一方面，生态混凝土具有更大的孔隙率，可以为微生物提供合适的生存空间，微生物在细小空间内易形成生物膜强化对污染物的去除效果。其中在生态混凝土中的COD与TN浓度变化规律就证实了上述观点。另一方面，生态混凝土材料内较大的比表面积可以增强材料对污染物的吸附作用；在迁移中呈现出污染物初期被快速吸附，随后所吸附的污染物被微生物氧化降解的变化规律[6]。

值得注意的是，尽管生态混凝土可与通过增大孔隙率的方式来强化微生物-材料协同作用强化污染物去除。但这种方式并不会对TP的去除起到较好的效果。可能是因为微生物在空隙内形成的基团或生物膜的尺寸并不是很大，无法在其内部形成严格的好氧-厌氧环境，限制了释磷与过量吸磷过程，使得聚磷菌无法对磷进行高效去除。

4 结语

本文通过对上海市静安区走马塘河道的硬质混凝土护坡与生态混凝土护坡为研究对象，分别考察其对整治前河水水质中污染物的去除效果。结论如下：

（1）原有硬质护坡对河水中的COD、TN与TP的去除率分别为26.41%、46.42%和37.22%。

（2）生态混凝土护坡对河水中的COD、TN与TP的去除率分别为64.26%、73.50%和48.99%。

（3）总体上来看，生态混凝土护坡对COD与TN有着较好的去除效果，优于硬质护坡；但对TP的去除效果一般，与硬质护坡去除效果接近。