河道水环境治理工程中多方位生态修复技术分析

张鲁宁

济南市水利工程服务中心 山东 济南 250099

社会经济的高速发展不仅加大了保护河道水环境的工作压力，而且会对保护工作的实施造成一定影响。河道水环境出现不同程度的污染，城市生态环境问题日益凸显，直接降低居民生活质量，影响生态环境的可持续发展。河道污染状况复杂多变，单独应用物理、化学或生物等方法具有一定的局限性。为应对当前河道水环境治理现状，应在管理升级的同时引入和使用多方位生态修复技术。厘清技术特征和各自优势，从而充分发挥技术的优势，有效保障净化效果。

1 河道水环境治理现状

1.1 河道治理不到位

河道治理在人们以往认知中仅是对某段水体或是某条河道实施治理，因为治理模式的“碎片化”，难以满足提高水环境整体质量的现实要求，而且治理效果并不理想，加之居民未能感受到完成水环境治理之后带来的生活环境变化，在一定程度上阻碍生态文明建设的发展。

1.2 污水拦截不到位

当前仍有个别工厂出于压缩经济成本、没有意识到保护河道水环境的现实意义，同时执法层面环境违法处罚力度不够，致使生活污染与工业废水没有处理便直接排放，成为引发河道污染的关键污染源头。如果不能在源头上切断污染源，河道水环境污染问题难以彻底解决。

1.3 后续维护不到位

随着持续进行的防治行动计划，我国各地均加大了河道水环境整治力度，可实际上多数为短期治理，忽视后续的运营管理。若是仅在建设期大力治理河道水环境而未落实后期的运行管理，很容易陷入到“治反复，反复治”困境中。

2 河道污染主要原因

2.1 外源原因

随着我国工业产业的高速发展，环境污染问题加重，直接影响到河道原本的水环境健康。例如垃圾处理、污水排放等没有进行严格管理，没有进行科学处理的污水流入河道引发污染。再比如乱丢垃圾或是垃圾没有分类处理，在雨水冲刷后流进河道里，不仅导致河道原本的生态平衡被破坏，而且会出现刺激性气味。这些污染物无法在水环境中降解，在河道里长期堆积降低氧气含量，出现富营养化、黑臭等问题，造成水体破坏[1]。

2.2 内源原因

河道环境中的水生植物经过自我降解,能够排出大量有机质进而污染水底土壤环境。在养分资源丰富时藻类大量生长，导致水环境内部生态失衡。大量生长的水生植物在水中浮游，但由于空气与水体环境之间被隔离，在河道内就会出现大量污染物，与此同时也会放出难闻的腥臭气，进而对城市环境产生危害。

3 技术基本概述

多方位生态修复技术兼具了统筹管理、综合治理以及长效运行等观念，能够在不同方面、利用多种手段达成治理河道水环境的最终目标，是一套具备联动性且全面化的综合性治理体系。该技术拥有较为广泛的涉及范围，并非仅拘泥于某一技术领域中，主要是联合应用多方技术。基于此，和单一传统的修复技术对比，这项技术体现的主要优势有：①理想的截污效果。因为其中一项技术为拦截污染，所以能控制污染物流进河道，一方面能够降低水体富养化程度，另一方面可以在源头上有效控制污染源。②快速改善环境问题。若是由突发原因水体加剧恶化，能通过人工净化相关技术实现紧急治理，从而提升河道水环境质量。③周期清淤。可有效清除长期在河道运行过程中堆积的污泥、杂质以及腐殖物，有效解决河道污染问题。④构建良好水生态系统。以构建水生态系统防止反复发生水体污染并保障净化效果，在水体实现自然的生态循环基础上美化河道景观。

4 常见技术

4.1 微生物强化修复技术

微生物强化修复技术是通过调节控制河道中微生物的数量和组成，增加水体生物多样性，以微生物的新陈代谢实现河道污染物的生物降解，恢复水体自净能力，从而实现净化河道的效果，是对普通微生物技术的强化。主要技术环节为选育出菌体并对其进行培育、富集至一定的菌群规模，技术核心是保证微生物的数量及活性，加速污染物质降解及转化[2]。主要有土著微生物活化技术和投加外源微生物菌剂两种方法。

土著微生物因长期与环境共存而逐步形成了适应环境的微生物区系或群落，但对污染物的降解效果受环境影响大、不稳定，需对其进行活化促生。土著微生物活化技术，即基于生态学原理，以水体土著微生物菌群结构调节为核心，培育河道的生物多样性，进而逐步建立起健康、合理的水生生态循环系统，利用水生生物吸收污染物中的碳、氮、磷等元素进行代谢活动的过程，达到去除污染物以及净水的目的。微生物促生剂是一种含有机酸、营养物质、微量元素等多种组分的复合营养剂，能刺激受污染水体中土著微生物的生长繁殖，从而快速高效降解污染物，实现水体净化。

当污染程度超过水体的自净能力时，仅靠河道中本身所含有的土著微生物已经无法维持基本的生态系统平衡，这时就需要人工投加外源微生物菌种来进行调节。外源微生物菌剂是从自然界筛选菌种按适当比例组合配置而成的高效菌种或利用生物工程技术处理后的菌株制成的具有特殊功能的生物制剂。这些菌株中的微生物可经驯化后大量繁殖，代谢降解水体中的污染物质。目前微生物投加技术中微生物种类多样，得到了广泛应用。投加外源微生物菌剂操作简单，处理成本比较低。在实际运用中单独使用投加微生物菌剂的方法处理效果不够明显，常辅以人工曝气方式，来提高水体修复效果[3]。

4.2 微孔曝气增氧

好氧微生物需要足够的溶解氧维持生存，而曝气能增加溶解氧含量。因而依据河道水质以及污水排放量，可结合生态修复要求通过微孔曝气的手段实现河道复氧。通过在水底安装微孔曝气设备，对水体进行微曝气复氧，利用氧气对内部有机物氧化，让其转化成水、二氧化碳等其他无机物质，在优化好氧环境，促进微生物群落恢复的同时，依托这项技术具备的机械功能，改善以往水体环境，让氧气更为均匀的分布在水体中，降低发生水体污染的概率，同时还可以通过曝气形成的溶解氧氧化水底污泥。该技术以对溶解氧的注入修复发生断裂的水体生物链，在此基础上促进生态系统的逐步修复，属于重要的生态修复手段。

微纳米曝气与普通曝气相比，首先，具备较高传质效率。因为传质速率较高加之比表面积小，气泡上升时表面因为液相压力而进一步收缩以及增压。一旦压力进入极限状态，大量气体依托两相界面在水体环境中溶解，在相界面增强传质能力。其次，自身增压溶解。气泡的球形界面，利用表面张力可将气泡内部气体压缩，让大量气泡内部气体在水中被溶解。在水中微纳米气泡的溶解属于气泡渐渐缩小的一个过程，伴随上升的压力而提高溶解气体的速度，逐渐增加比表面积提高缩小气泡的速度，进而最终在水中溶解，从理论角度来讲，气泡在马上消失时能承受无限大的压力。产生微纳米气泡有诸多方法，基本原理为通过高速旋转的液体与气体，产生气液混合相然后由高压喷口将其喷出，这样会有微纳米气泡大量产生。另外，两相混合还能游离出液相所含的羟基自由基等，在气泡表面能够带上一定量的电荷，对水中微小粒子具有强力吸附作用，在增强氧化还原作用的同时有效净化水质[4]。

4.3 建造“水下森林”

以这项技术实现生态修复，其核心在于构建依托沉水植物的水生态系统。由于高等水生植物和水体各方面因素息息相关，因此在此生态系统中沉水以及浮水植物起到十分重要的作用，不仅具备巨大的环境价值还是水体生物维持多样性的重要基础，同时起到水体净化的作用[5]。沉水植物可将水体含有的磷、氮等物质消除，强化水体原有的自净能力。并且还可以为水生植物创造栖息及营养环境，因此对沉水植物的利用与保护，属于维持水生态系统平衡的一个关键节点。从某种角度来讲，沉水植物属于衡量水体恶化的一个重要标志。如果水体出现恶化会导致沉水植物消失，而在水体健康情况下沉水植物会更加丰富。基于此，河道水环境生态恢复的关键在于沉水植被的修复，通过构建起主要是沉水植物的水生植物系统，才会最终实现生态恢复。当该系统被重新建立之后应投放适量的水生动物用于对生态平衡的调整，确保系统可以长时间稳定维持。

对沉水植物繁殖的影响因素比较多，具体包括：一是光照强度。由于大部分沉水植物都是以光合作用完成新陈代谢，所以光线条件也会影响沉水植物的繁殖生长。二是水体透明度。水体很难恢复的原因主要在于其过低的透明度，投放大量食藻虫就是促进这项指标改善的关键手段。在进入雨季之后由于接触地表污染物,导致水体污染，增加大量的悬浮物，从而明显降低透明度，应严密监测和采用针对性的改善举措。三是悬浮物。通过对透明度的影响而限制沉水植物繁殖生长，可以在修复期间放入食藻虫或者以水体曝气的形式降低负面影响。四是温度[6]。水体温度自身敏感性主要受限于沉水植物，如果环境温度发生变化，虽然基本不会对沉水植物带来影响，可会影响沉水植物的季节性生长。

5 技术应用

5.1 外源污染控制

当外源污染超过河道本身具备的净化能力，会在一定程度上加剧河道污染。为此，应重点控制外源污染保障水体质量。据相关研究表明，受暴雨影响被冲落泥沙较之生活污水，不仅污染严重而且影响更大，仅控制点源污染无法满足水环境治理现实要求。通过这项技术，借助自动膜滤装置着重对雨水污染进行处理，内部的过滤系统能在提高过水性能、防止堵塞的同时将径流污染有效解决。另外，过滤系统配置的贮水池，在发生暴雨也仍可进行反复自动冲洗，防止长期的污染物质累积，进一步延长系统使用时间的同时降低运维成本。同时，还可利用驳岸生态滞留技术创新驳岸系统，雨水通过该系统渗透到地面，一方面植物能够吸收地面与雨水中含有的营养物质，另一方面水会由土壤逐渐渗透到河流。除此之外，结合工程要求修建生态驳岸，例如生态走廊、栖息地等，可以使驳岸系统更具生态性并强化水体自身净化能力。因驳岸具备的渗透性，滞留系统能把驳岸、水和陆地相连为整体，植物间隙、孔洞与空隙是能量和物质之间的交换途径，有利于更好地发挥水体净化功能[7]。

5.2 内源污染控制

如不能及时有效处理外来污染源，污染物很容易渐渐累积，和底部淤泥相结合最后变为污泥。产生的污泥会严重污染河道水体并且会降低河道水质。外来污染物质即便能够被及时处理，但是底部污泥所含的大量重金属与氮磷物质，在满足条件时污染物被会重新释放而再次污染河道水体。而利用这项技术，以机械化模式清理河流底部淤泥结合生物酶修复技术，实现有效控制，通过物理和生物有机融合的方式可以提升处理污染物的质量与效果，从而促进生态河道的良性发展。通过机械清淤可以改善河道底泥功能，该技术的成本投入较高，因此经常应用在面积有限且污染较重的区域。对于较大修复范围且较低污染负荷的河道，可以通过生物酶对底泥进行修复，将底泥含有的微生物激活，通过微生物对有害物质进行降解。

5.3 人工净化

河道水环境污染将引起水体生态失衡，人工净化措施可提升水体净化速率，增强河道防污能力。超微净化水处理工艺是当前应用较为成熟的处理技术，可迅速净化水体。该工艺利用大面积气液结合技术，以超高压气水混合方式，产生大量微米和亚微米级氧气泡，降低水体中的氮、磷含量，消除藻类、重金属、胶体等污染物[8]。该技术可在短期内消除河道内因藻类引起的水体污染，使水体颜色恢复正常，在提升水体透明度的同时净化河道环境。同时微米级气泡中含有的少量电荷可对水体中的污染物进行沉淀吸附，有助于消除河道内的黑臭现象。

5.4 水体自净化

水体自净化，指的是增强河道所具备的自然性能，生物控制是其主要使用方法，例如挺水、沉水以及浮叶植物等。通过水生植物优化水体生态环境，其中种植的浮叶、挺水植物能在美化河道的同时改善河道水质；通过栽种沉水植物增加生物多样性。这项技术重点在于对河道生态的修复，发挥其自净能力且让污染增量不会高出自净化效率，保障生态系统进入到良性循环中。例如，可以在潜水区铺设水下草皮，在深水区修造水下森林。突出优势体现在以下几方面：首先，沉水植物将其根系深深扎入底泥，吸收其含有的营养物质；其次，加快水体的反硝化及硝化速度；最后，提高水面悬浮物质沉降率，有效抑制底部物质悬浮。除此之外通过光合放氧，帮助河道水体快速沉积重金属及营养物质，利用化感作用，在水中生长的沉水植物能产出酚类化合物，从而对藻类的繁殖生长加以抑制[9]。

6 结束语

河道水环境是城乡经济发展的基础，是地球整个水环境系统中的关键组成。随着水环境污染的加剧，水资源短缺问题日益凸显，城市河道水环境治理迫在眉睫。治理河道水环境属于一项系统性、长期性工程，通过有效运用多方位生态修复技术从多方面对水体进行综合治理，从而改善河道水环境。具体工作中应立足现状、结合需求，在做好全面分析的基础上选用合适的修复技术，科学制定治理方案，进而将河道水环境的效用功能尽快恢复。