细河生态修复技术应用研究

刘丽丽

(辽宁省闹德海水库管理局有限责任公司，辽宁 阜新 123000)

1 细河水质现状

1.1 水质现状

阜蒙县细河段生态治理工程位于新-老阿金大桥之间，总长度27.2km，河道水流历时短、上游植被差，属于典型的低山丘陵区，极易引起洪涝灾害。1984年，阜新市围绕防洪规划和城市规划，按50a一遇防洪标准设计完成细河治理规划说明书；1995年，建设完成阜新市城区段细河两岸防洪堤(50a一遇防洪标准)工程；2001-2003年，通过进一步治理达到100a年一遇，而上游阜蒙县段仍为20a一遇，其洪水隐患问题突出亟待彻底解决。近年来，随着经济建设的发展，沿河村屯居民对河道进行非法占地耕作，原宽阔的河滩地受到严重破坏；有不法商贩更是对河道进行不合理的挖沙、采石、取土、向河道倾倒垃圾，河流萎缩、违章建筑、河道侵占等问题日益突出，行洪能力逐步降低，河道生态环境系统遭受到严重破坏。此外，因土地用途的不断调整及城市建设规模的持续扩大，相关部门对细河先后实施了裁弯取直整治。

据调查，明确泄流、污水处理厂产生的中水和城区雨水为细河的主要补给来源，其来水条件比较复杂，此外，在降水冲刷作用下河道周边生活垃圾汇入河流，使得河道功能退化、水质污染加剧。阜蒙县细河段BOD、COD质量浓度严重超标，达到Ⅴ类水质的15.2倍、10.6倍，必须采取有效的措施切实改善河流水质。

1.2 污染机理

1)底泥污染。细河河道底泥污染程度随着有机污染物的持续积累不断增大，河道底泥中富集大量营养元素，这些营养元素随底泥的冲刷得以释放，为加速蓝藻、放线菌等微生物的繁殖创造了物质条件，而微生物分泌的土臭素、醇类物质等能够引起河流发黑发臭，代谢过程中此类微生物还会促使底泥甲烷化、反硝化[1-2]。同时，河道底泥还会受微生物、河道冲刷作用再悬浮，各类重金属在孔隙水与悬浮颗粒作用下被分解出来，该过程会导致大量溶解氧的消耗和水体缺氧，且重金属元素从底泥中释放出来，极易形成各类化合物，这将进一步使得水体变黑变臭[3]。

2)污染物入河。结合水质监测结果，阜蒙县细河段水质达到劣Ⅴ类，严重超标污染物有含磷化合物、有机污染源、总磷、COD和氨氮等，其中降雨冲刷携带生活垃圾入河、上游未处理来水是形成有机污染物的主要原因。一般地，需要消耗较大的溶解氧才能分解有机污染物，水体复氧量远远低于耗氧量使得水体缺氧，有机物在缺氧环境中发生厌氧分解反应，势必会产生有异味且易挥发的小分子气体，如NH3、H2S、CH4等[4]。此外，在水体中氨基酸等发生的脱羧酸、脱氨基等反应会生成硫醚类化合物，若水体负荷极限低于以上有机物含量，必将引起河流水体发黑发臭的现象。

2 河流生态修复技术

河流生态修复是以生物修复为基础，利用各种工程技术、化学以及物理措施的生态修复过程，逐步缓解或去除水生态系统受人类干扰的不利影响，实现水利工程的近自然化以及水生态功能价值的提升[5-8]。因生态修复效果、自然环境、控制目标等问题的差异，必须结合实际情况选择合理的技术措施。为彻底解决阜蒙县细河段水体黑臭的问题，应考虑流域实际情况构建水生态修复体系，通过采取生态水位、水生态修复、生态护岸、底泥清淤等措施加强生态系统维护和水系统的稳定性调节。

2.1 措施的实施

为构造行之有效的水生态修复体系，应先监测生态系统、生物数量、水质指标、排污量和河道底泥等参数，鉴于现阶段河道水质较差的实际情况，宜将生物治理与生态修复分阶段按步实施：

1)将河道两岸所有排污口，在雨季来临前两周全部封堵，并向城市污水管网抽排河道内的污水，以500kg/667m2的标准对留下80cm深的底水洒生石灰，持续2周消毒杀菌。

2)雨季来临，从最初80cm深的底水河道水位持续上升到1.5m，此时投放微生物制剂并将200套生物膜水体自净化设备放置于河道中央，使生物膜快速的覆盖自净化设备周边，从净化前的20cm河道水体透明度提高至50cm，由此完成初步净化。

3)在实现初步净化的情况下，将1200kg的金鱼藻、轮叶黑藻等沉水治污植物种植于河岸四周1-2m浅水区，同时投放300尾鳙鱼、600尾鲢鱼。通过安排生态措施，水体中的氮磷营养盐能够被浮游、沉水植物大量的吸收，而后浮游植物再被鳙鱼、鲢鱼等浮游动物食用，并且河底腐殖质也可被鳙鱼食用，最后对螺、鱼等桡足类或枝角类浮游动物的捕捞，从而形成一个小型食物链以实现水体中氮磷营养盐的去除。

2.2 水生态系统维护

通过一定的生态修复治理阜蒙县细河段取得了明显成效，随后周边居民将金鱼、鲤鱼等成鱼投入河内，并且当时正处于金鱼、鲤鱼繁殖期，过多的育苗和成鱼在很大程度上破坏了沉水植物，快速生长的河岸浮萍植物逐渐覆盖水面，因光照不足河内沉水植物开始死亡，所构建的生态系统受到极大的破坏。为维持水生态系统平衡，通过药饵投喂的方式将部分金鱼、鲤鱼捞除，采取投洒1kg微生物制剂和人工涝取浮萍的方式净化水质，将1000kg金鱼藻、轮叶黑藻等沉水治污植物补种于稀松部位，并结合实际情况投放100尾草金，逐步优化水生动植物比例。经过1个月后，河道水质得到改善，所构建的水生态系统相对稳定并达到较高的运行状态。

为防止阜蒙县细河段水生态系统再次遭到破坏，对水生态系统及水质变化必须加强跟踪监测，结合水生动植物和微生物所占比例、数量、种类等实行微调，保证生态系统稳定良性的运行。

3 生态修复效果评价

3.1 水质指标监测

为全面掌握生态修复后的阜蒙县细河段水质状况，将采样点设置于河道内，并连续监测水体水质。设置生态系统修复后、修复中、修复措施实施前1个月和5个月作为采样时间，各项水质指标在生态修复前后的监测值，如图1。

(a)叶绿素Chl-a质量浓度

(b)总磷TP质量浓度

(c)总氮TN质量浓度

(d)COD质量浓度

由图1(a)可知，生态修复前5个月的叶绿素质量浓度并不高、环境温度较低；生态修复前1个月正值环境温度快速上升的初春季节，叶绿素质量浓度增长至145.6μg/L且水体中藻类植物繁殖速度较快，蓝绿藻等浮游生物数量在投放滤食性鱼类生物作用下快速减少。生态修复措施实施后叶绿素质量浓度减少至61.5μg/L，随着生态系统的逐步稳固叶绿素质量浓度仅有11.2μg/L，并且水体透明度不断增加到1.4m。水体中的藻类数量随着叶绿素质量浓度的下降急剧减小，从而彻底的解决了河流水体因蓝绿藻引起的浓绿反黑的问题。

从图1(b)看出，总磷TP的质量浓度随水生态修复的推进不断增大，深入分析可知底泥中的氮磷成分随水温的升高被快速释放，此外沉水植物因浮萍的疯长而大量的死亡，并释放一定的氮磷，所以总磷TP的质量浓度在修复过程中、修复前1个月和5个月均呈上升之势。水体中总磷TP的质量浓度随着沉水植物的补种、浮萍被人工的打捞而快速减少，TP含量在生态系统稳定后只有0.072mg/L。

结合图1(c)可知，总氮TN质量浓度随水生态修复的推进不断减少，TN含量在生态系统稳定后只有1.628mg/L；

分析图1(d)发现，对减少COD质量浓度生态修复措施发挥着显著成效，COD含量从生态修复前1个月的21.5mg/L快速减少至修复后的5.06mg/L，生态系统稳定后基本位置在5.0mg/L的稳定状态。

总体而言，生态修复措施的实施明显降低了河道中COD、总氮TN、总磷TP的含量，修复后的阜蒙县细河段达到Ⅲ类水质标准[9]。

3.2 动植物多样性变化

阜蒙县细河段水质监测过程中，利用显微镜定量侧此功能和定性观察所采集样本中浮游动植物的密度、结构、数量(如表1)。结果显示，浮游动植物群落多样性在河道水体生态修复后有所增加，群落结构得到优化，可见生态修复措施的实施显著增强了水生态系统稳定性、水体生物链的平衡性，河流水质逐渐得以改善[10]。

此外，建立结构稳定、生物链平衡的水生态系统后，明显提高了细河水体透明度和景观效果，水草之间鱼群穿梭，河流两岸逐渐成为周边居民垂钓、游览、放生的重要场所。

表1 浮游动植物群落结构变化

4 结 论

采用微生物、水生动植物的生长代谢活动实现了水体内污染物的转化、分解和有效转移，通过构建可持续发展、健康的生态系统实现了水污染问题的有效解决。水体生物-生态修复技术较传统的工程治理措施，具有无需清淤、节省造价、能耗低等优点，从根源上修复受损河道的生态功能，比较适用于城市景观池、公园、河道等污染水体。