生物生態(tài)技術(shù)在城市景觀河道水環(huán)境改善中的應(yīng)用研究

　　摘要：簡(jiǎn)要介紹了生物---生態(tài)水體修復(fù)技術(shù)的原理和工藝方法，受污染水體的生物---生態(tài)修復(fù)技術(shù)是利用人工培育、篩選出來的植物和微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到恢復(fù)。從本質(zhì)上說，該技術(shù)是人們遵循生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律、并強(qiáng)化其水質(zhì)凈化能力、達(dá)到治污目的的一種嘗試，其生態(tài)系統(tǒng)中的生物種類多種多樣，高效去除氮、磷、COD 等污染物，并處于人為的控制之下。利用生物---生態(tài)技術(shù)治理城市水環(huán)境，恢復(fù)自然水體生態(tài)系統(tǒng)的功能，在國內(nèi)外都是一種新的探索，特別是在城市景觀水域，將水質(zhì)改善、水體富營養(yǎng)化防治與城市景觀功能有機(jī)結(jié)合，更是處于技術(shù)的前沿。

　　開展以潛流濕地為代表的濕生生態(tài)修復(fù)技術(shù)，以投菌法、曝氣為代表的水體強(qiáng)化自凈技術(shù)，以浮床沉床為代表的水生生物修復(fù)技術(shù)的研究，利用多項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)化組合、技術(shù)集成，構(gòu)成一個(gè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，為城市景觀河道水環(huán)境治理和水生態(tài)修復(fù)提供一種新的思路和探索。

　　 主要處理工藝方法

　　水環(huán)境生態(tài)修復(fù)是一門新興的學(xué)科，許多內(nèi)容還處于發(fā)展之中，近年來的研究更是方興未艾。鑒于天津市城區(qū)河湖水質(zhì)污染的特點(diǎn)和規(guī)律，本項(xiàng)目采用的城市水環(huán)境生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)由下列方法構(gòu)成一個(gè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系：以潛流濕地為代表的濕生生態(tài)修復(fù)技術(shù)；以投菌法、噴泉曝氣為代表的水體強(qiáng)化自凈技術(shù)；以浮床沉床為代表的水生生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

　　1.潛流濕地技術(shù)

　　潛流濕地是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統(tǒng)。它由3個(gè)關(guān)鍵組成部分：植物、微生物、基質(zhì)。耐水的植物扎根于土壤或砂礫基質(zhì)床，床體內(nèi)浸滿了水體，機(jī)質(zhì)支持著這些植物，而植物的根系則為各種微生物提供生存家園。潛流濕地通過自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合來完成對(duì)水體的凈化。該技術(shù)能夠克服天然濕地比較脆弱的缺點(diǎn)，具有負(fù)荷率高、占地面積小、效果可靠、耐沖擊負(fù)荷和不易滋生蚊蠅等優(yōu)點(diǎn)，充分利用了濕地的空間，發(fā)揮了系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)作用，在相同面積情況下處理能力大幅度提高。由于水體基本上在地面以下流動(dòng)，保溫效果好，衛(wèi)生條件好，可以和城市景觀建設(shè)緊密結(jié)合，可起到美化環(huán)境作用，改善相鄰地區(qū)的景觀，并利用與其他技術(shù)的有機(jī)合成，以減少或減緩?fù)饨缫蛩貙?duì)處理效果的影響。

　　 2人工浮床水質(zhì)改善技術(shù)

　　人工浮床利用無土栽培技術(shù)在河湖水面種植景觀植物以控制富營養(yǎng)化水質(zhì)。人工浮床對(duì)河道水質(zhì)有凈化作用，包括兩個(gè)方面：一是合理選用人工填料，通過浮床基質(zhì)對(duì)水體的過濾、吸附作用去除部分水污染物；二是通過人工浮床植物的篩選和培育，利用浮床植物的吸收、生物降解作用去除水中氮、磷等污染物，達(dá)到凈化水質(zhì)、抑制水體中藻類的生長、防止水體富營養(yǎng)化，最終修復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)、提高水體自凈能力的目的，并通過人工植物的合理選取和人工浮床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也可起到美化城市景觀的作用。

　　3人工沉床水質(zhì)凈化技術(shù)

　　人工沉床水質(zhì)凈化技術(shù)是利用沉床介質(zhì)培育挺水植物和沉水植物，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解，從而使水體得到凈化，最終修復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)。其凈化作用包括以下幾方面：一是合理選用人工填料，通過沉床基質(zhì)對(duì)水體的過濾、吸附作用去除部分水污染物；二是通過人工沉床植物的篩選和培育，利用沉床植物的吸收、生物降解作用去除水體及底泥中的污染物，降低氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，并抑制水體中藻類的生長；三是沉床植物為河道底棲動(dòng)物及微生物提供良好的棲息和附著環(huán)境，改善水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水生生態(tài)系統(tǒng)的功能。許多水生植物不僅對(duì)水質(zhì)有較好的凈化能力，同時(shí)也有非常好的觀賞效果。因此，通過合理的沉床設(shè)計(jì)，將挺水植物和沉水植物進(jìn)行立體組合，不僅可以強(qiáng)化對(duì)水質(zhì)的凈化作用，也能與周圍景觀進(jìn)行有機(jī)融合，起到良好的景觀效果。

　　4投菌法水質(zhì)凈化技術(shù)

　　投菌法是一種生物增殖技術(shù), 又稱生物操縱法。它是向被處理體系中人為投加對(duì)目標(biāo)污染物高效去除的優(yōu)勢(shì)菌株，以提高生化反應(yīng)速度。城市景觀河道、湖泊護(hù)岸多為人工鋪砌的砌石和混凝土砌塊，采用水生植物的修復(fù)受到嚴(yán)格限制。根據(jù)我國城市這一現(xiàn)狀，許多科學(xué)家建議解決城市水體的富營養(yǎng)化問題必須謀求新的途徑。投菌法由于人們的誤解和片面認(rèn)識(shí)在水環(huán)境治理中一直沒有得到應(yīng)有的重視，因此無論從功能要求和原理分析，投菌法生物修復(fù)技術(shù)是一種處理富營養(yǎng)化景觀水體的最為適宜有效手段之一，可能成為處理水質(zhì)惡化突發(fā)事件最為有效的、快速的技術(shù)措施。

　　5噴泉曝氣水質(zhì)凈化技術(shù)

　　通過噴泉曝氣技術(shù)使水體流動(dòng)、循環(huán)及曝氣，使噴泉景觀和水體凈化融為一體。噴泉曝氣的結(jié)構(gòu)形式，既要使噴泉水景美化城市，又要促進(jìn)水體的局部循環(huán)，增加曝氣復(fù)氧的功能，為好氧微生物提供良好的生存條件，結(jié)合潛流濕地、沉床、浮床以及生物投菌等技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用，最終達(dá)到水體自凈能力的目的。

　　根據(jù)北方氣候特點(diǎn)和天津市的河道特征，示范工程以潛流濕地處理為核心技術(shù)，并與沉床技術(shù)、浮床技術(shù)、投菌技術(shù)和噴泉曝氣技術(shù)進(jìn)行有機(jī)集成。五項(xiàng)技術(shù)布局見圖1 。

　　沉床植物和浮床植物設(shè)在外環(huán)河河道內(nèi)，浮床植物以水質(zhì)凈化好、耐寒、景觀價(jià)值高的浮水植物為主，沉床植物以挺水植物、浮葉植物和沉水植物為主。挺水及浮葉植物有澤蘭、斑葉水蔥、花葉魚腥草、荷花、香蒲、白花水萍、東亞黑三棱、蓮花、扇葉水毛蓖、睡蓮等。沉水植物有金魚藻、光葉眼子菜、角果藻、苦草、馬來眼子菜、水蘊(yùn)草、線葉眼子菜、范草等。

　　潛流濕地采用下行流---上行流垂直流結(jié)構(gòu)。整體處理系統(tǒng)設(shè)預(yù)處理池和3個(gè)植物處理單元，植物處理池選用頁巖、礫石材料為床體，上部種植蘆葦、梭魚草、再力花、黃花鶯尾、香蒲等濕地植物，連續(xù)布水。工藝流程見圖2 。

　　噴泉曝氣系統(tǒng)設(shè)在潛流濕地預(yù)處理池內(nèi)，主要作用有以下3個(gè)方面：一是結(jié)合周圍景觀要求，起到美化景觀的效果；二是當(dāng)水體中污染物濃度較高、溶解氧較低時(shí)，通過曝氣方式增加水體溶解氧的含量，為好氧微生物提供生存環(huán)境；三是通過噴泉的機(jī)械作用，增加上下層水體的交換強(qiáng)度，增強(qiáng)水質(zhì)凈化的整體效果。

　　投菌法安排在示范區(qū)的入口段，其主要優(yōu)點(diǎn)是見效快、受冬季影響相對(duì)較小，主要用于處理突發(fā)性的水污染事故，確保植物處理系統(tǒng)（沉床、浮床和潛流濕地）進(jìn)水水質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定。
根據(jù)外環(huán)河水體污染以有機(jī)污染為主而且氮、磷污染較為突出的特點(diǎn)，示范工程進(jìn)水水質(zhì)參照外環(huán)河現(xiàn)狀水質(zhì)確定，出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》( GB3838---2002 ) Ⅳ類水體的要求。

　　結(jié)語

　　通過以上五大關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化組合和空間結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)微生物系統(tǒng)、濕生植物系統(tǒng)、浮水植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的生物生態(tài)凈化體系。本項(xiàng)目利用5 種技術(shù)的優(yōu)化組合，較大程度地增加示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，從而使整個(gè)系統(tǒng)具有更大的抗污染負(fù)荷沖擊能力，其水質(zhì)凈化的效果也較高。
　　
　　另一方面，由于不同種類的植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的需求存在差異，同種植物在不同的生長周期所需要的營養(yǎng)物質(zhì)也不相同，通過對(duì)植物種類的科學(xué)篩選和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用不同植物群落（濕生植物、沉水植物、浮水植物和挺水植物）對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)需求差異和生長周期差異，發(fā)揮各子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并相互彌補(bǔ)各自的不足，從而使示范區(qū)生態(tài)處理系統(tǒng)發(fā)揮最佳的整體效益，保證示范區(qū)具有高效、穩(wěn)定的水質(zhì)凈化效果。