污染河流修复的可行技术路线的认识

1、污染河流修复的可行技术路线的认识河流是水文循环中最重要的环节，河流系统是自然界最重要的生态系统之一。人类不仅依傍河流而生，而且利用和开发河流，谋求社会经济的发展。在远古时代，人类对河流的利用仅为简单的农业灌溉和日常生活取水，河流系统的许多功能尚未被人类认识、开发和利用，人类与河流基本和谐相处。随着生产力的发展，人类开始采用工程方法控制河流，修筑了水库、堤防等与防洪相关的工程，此外还有防洪、发电等工程措施。现阶段人类对河流的改造能力已大大增强。随着人类经济、社会的发展，对河流的索取不断增加，不合理的开发利用和污染更使人类赖以生存的生命之河屡遭劫难，造成了目前全世界的绝大多数河流均处于“病态”之中

2、，有些甚至已“病入膏肓”，河流目前生态系统的健康状况正面临前所未有的考验。根据国家有关部门的统计, 我国90%以上的城市河流受到了不同程度的污染。同时由于资源的不当利用和气候等因素, 部分河流的生态环境严重退化。而河流污染主要包括点源污染和非点源污染。对于点源污染，采用物化、生物及其相关组合技术方法，目前已能较为有效的控制; 对于非点源污染，由于土地利用方式的多样性，加之农业非点源污染控制的难度，非点源在一定范围内仍将长期存在并处于主导地位。因此，如何对受损河流生态系统进行修复，使河流重新回到健康状态已经成为人类亟待解决的环境问题之一。1 河流生态系统修复的含义严格来说, 修复包括恢复( Re

3、storation、重建( Reconstuction等几个方面的含义。恢复是指受损状态恢复到未被损害前的完美状态的行为, 即包括回到起始状态又包括完美和健康的含义；重建是将生态系统的现有状态进行改善, 结果是增加人类所需要的特点, 使生态系统进一步远离它的起始状态。河流生态修复。是在遵循自然规律的前提下, 控制待修复生态系统的演替方向和演替过程, 把退化的生态系统恢复或重建到既可以最大限度地为人类所利用, 又保持了系统的必要功能, 并使系统达到自维持的状态。通常没有必要也难以将河流修复至完全自然的状态, 而是根据经济技术条件修复至人类所需要的合适状态。人类对河道的治理在经历了工程治理、自然改

4、造阶段后, 逐渐发展到生态修复阶段。20 世纪80 年代以后, 河流生态修复成为国际上的热点。欧洲、美国、日本等国家, 河流生态修复的相关研究与实践开展得较多, 修复技术已相对比较成熟。自20 世纪90 年代末, 我国进入河流综合治理和生态修复阶段, 相继开展了河流的修复工作。2 河流生态修复理念及目标2.1 河流生态修复的理念河流生态修复是指利用生态系统原理，采取各种方法修复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构，重建健康的水生生态系统，修复和强化水体生态系统的主要功能，并能使生态系统实现整体协调、自我维持、自我演替的良性循环。2.2 河流生态修复目标（1）防洪和恢复健康的水循环系统河流生态修

5、复同传统河流治理一样，首先是防御洪水，保护居民的生命财产，同时还要确保生态系统和让水循环处于健康状态，尽量处理好洪水期的防洪和平时的河流生态系统、景观、亲水性的关系。也就是说，没有必要用同一尺度保护城市、道路、农地和森林等，洪水时无须刻意考虑河流生态系统和亲水性，平时也没有必要考虑防洪问题。（2）提高河流自净能力保护水质河流生态修复的最终目的是通过健康的河流生态系统提高河流水体的质量。但提高河流水质必须从流域尺度出发，一般需要通过防止面源污染，建设完善的下水道、污水处理场和植被缓冲带，提高河流的自净能力这3 个阶段才能够实现。要提高河流的自净能力，保持河流形态的多样化和丰富的水生生物是很重要的

6、。（3）使河流具有一定的侵蚀搬运堆积作用在满足一定防洪标准的同时，留给河流一定的侵蚀搬运堆积等自然作用的空间，是河流生态修复的重要课题。因为只有通过河流自身的运动，河流才能自然演变为具有蛇行、浅滩和深潭、周期淹没等多样性的河流形态。河流形态的多样性，意味着生息地和生态系统的多样性和形成美丽的天然河流景观。留给河流多少侵蚀搬运堆积的自然作用空间，主要取决于保护土地不被洪水淹没的程度、冒洪水风险程度、设计修复目标的自然化程度这3 个因素。（4）重建河流景观水体是河流景观最重要的构成要素，目前，河流景观的重要性已引起水利学家的重视。河流的生态修复除了生态效益之外，还有视觉和心理上的景观效益，单方面强

7、调河流的生态功能是不充分的。在河流生态修复设计中，必须考虑景观结构的要素，通过对原有景观要素的优化组合，新的景观成分的引入，调整或构造新的河流景观格局，创造新的高效、和谐的近自然河流景观格局。（5）增加河流的亲水性所谓亲水性就是通过对河流的亲身体验，实现与河流的“对话交流”，从而达到保健休养的目的。河流是动植物不可缺少的生息场所，同时也是人类生息休养的空间，河流具有解除人类各种烦恼的特殊功效。河流的亲水性不仅要考虑人类的需要，同时还要考虑为野生动植物提供生息空间的生态修复。（6）降低经济成本河流生态修复由于尽量避免了没必要的过高的防洪设计标准，采用近自然的修复技术及材料，实现最终目标的时间延长

8、等原因，其成本要比混凝土式河道护岸等传统水利工程低廉。3 河流生态修复技术及方法河流生态修复是在遵循自然规律的前提下，控制待修复生态系统的演替方向和演替过程，把退化的生态系统恢复或重建到既可以最大限度地为人类所利用，又保持了系统的必要功能，并使系统达到自维持的状态。对河流的生态修复主要包括水质改善、防洪排涝（护岸）和生态景观建设3 方面。3.1 水质改善针对被人类污染的水质而提出的河流修复方法较多，归结起来主要包括物理修复、化学修复和生物修复3 大类，具体的技术方法有：河道治理的物理方法包括人工曝气、底泥疏浚和调水等。（1）河道曝气技术水体供氧和耗氧失衡是引起水体发生黑臭的主要原因之一。曝气复

9、氧被认为是治理河道污染的一种有效措施，可以提高水体中的溶解氧含量，强化水体的自净功能，促进水体生态系统的恢复，目前已在工程实践中得以应用。河道曝气技术即人工向水体充入空气（或纯氧），加速水体复氧过程，强化水体的自然净化过程，去除河流中的污染物，从而改善河流的水质。该技术在满足某些短期需要和突发污染事件应急处置方面具有较好的发展前景。根据治理河道条件（包括水深、流速、河道断面形状、周边环境条件等）和污染源特征（如长期污染负荷、冲击污染负荷等） 的不同，河道曝气复氧的主要方式有鼓风- 扩散曝气增氧、水面转刷曝气增氧、射流曝气增氧和船载移动曝气增氧等。（2）底泥疏浚底泥是河道中污染物的“汇”与“源”

10、，所以底泥疏浚是被广泛应用的一种河道治理技术，常用的底泥疏浚主要有干床清挖、船载抓斗清挖和水力冲挖等方式，目的在于较大程度地控制内源污染、增加河道槽蓄量、提高水体泄洪和自净功能。研究结果表明：底泥疏浚可以使水体的有机质、磷、总悬浮物、叶绿素a 以及水体透明度有明显下降，是缓解水体黑臭和富营养化的有效手段。但是，目前在底泥疏浚治理黑臭河道的效果问题上国内外争议颇大，尤其是疏浚能否对河道污染物具有长效的控制以及是否对底栖生境产生负面影响。另外，大量疏浚底泥需要妥善处置，避免造成二次污染。河流治理的化学方法主要包括强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等。所使用的化学药剂主要有铁盐和铝盐等混凝剂、双氧水等氧化

11、剂和生石灰等沉淀剂，目的在于去除水中目标污染物（悬浮物、溶解态磷和氮等），提高水体透明度。但是，以上所采用的化学药剂是否会改变生境，并造成对生物生长的影响等都需进一步研究。强化絮凝技术是在一级处理工艺基础上，通过投加化学絮凝剂，强化去除水中各种胶体物质及细小的悬浮物质，可以在短时间内以较少的投资和较低运行费用而大幅度消减污染负荷，使污染河道得到有效治理。总之，应用于河流治理的物理方法和化学方法一般不受气候条件影响，处理效果较明显和稳定，但往往治标不治本且治理费用高昂，同时易对环境产生二次污染，因此难以长期持续应用。生物修复是指利用生物的生命代谢活动来减少受污染环境中的有毒有害物质浓度或使其无害

12、化, 从而使受污染环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程。它利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能, 对环境中污染物的降解起催化作用, 加速去除环境中的污染物。在大多数环境中, 存在着许多土著微生物进行的自然净化过程, 但是, 由于溶解氧或其他营养盐的缺乏, 以及环境毒性物质等会对微生物的生长产生抑制。为了加快有机物的分解, 常常采取一些强化措施, 如增加N 、P 等营养盐和微量营养物质、接种高效微生物等手段, 强化和提高微生物活性及分解能力, 这一技术就是生物修复技术。（1）微生物强化净化用于河流水体治理的微生物修复主要有三类：一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

13、种；二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；三是生物膜技术。生物强化技术实际上是外源微生物投放技术，已广泛应用于水产养殖、农业等领域，向水体中添加一定量的微生物制剂，能够加速水体中污染物降解，增强水体的自净功能。生物膜技术是指使微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养吸收并加以同化，从而使污水得到净化。综合国内外的具体工程实例来看，生物膜技术在中小河流净化方面具有净化效果好、便于管理等优点。针对我国目前环保设施建设资金短缺、技术落后，废水处理率低，大部分城市地区的污废水还是由散流、漫流、渗入或汇入周围水

14、体的现状，生物膜技术在我国中小河流黑臭的综合整治中具有广阔的应用前景。（2）水生植物净化水生植物净化法是利用水生植物的自然净化原理达到净化污水降低污染负荷之目的。利用水生植物来净化水质就是利用其具有的消化吸收污染物质、承受一定的环境胁迫的能力来实现的，而水生植物有着其自身的承受极限，水质过度恶化超过极限则水生植物不能生存，因此如果污染河流水质条件极为恶劣，在选择植物种类时要进行一定的预培养试验，一般大型水生植物分为挺水植物、沉水植物、漂浮植物和浮叶植物，其中水葫芦、香蒲、水芹菜、大薸、水葱和薸草等水生植物对河道黑臭具有明显的净化作用。以水生植物为主要操纵对象的修复技术，目前应用比较多的主要是生

15、态浮床或生态浮岛、人工湿地和水生植物氧化塘等。人工湿地进行污水净化的研究始于20 世纪70年代末。 在人工湿地技术的应 用中， 其选择使用的水生植物的耐污和净化性能是这一技术能否正常发挥污染治 理效能的关键所在。其净化原理主要为：接触沉淀作用、水生植物的根部对氮、 磷的吸收作用、土壤的脱氮作用和土壤中的矿物质的吸附与离子交换作用。 此外，还有一些生态工程综合性修复技术，例如污水稳定塘（氧化塘）处 理技术。稳定塘（氧化塘）处理技术是利用重力沉淀、微生物分解转化和水生动 植物的吸收作用对污染河水进行净化，在美国称为稳定塘，在我国习惯上称氧化 塘。稳定塘在国内外已有多年的研究和实践。目前，在原有稳定

16、塘技术的基础发 展了很多新型塘和组合稳定塘工艺。生物氧化塘对河流水体具有较高的处理效 率，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、提高河涌水体自净能 力。 综上所述, 物理、化学和生物修复技术各有短长, 河流水体的修复首先应 因地制宜，根据水体受污的实际情况，结合一定的物理、化学修复技术，才能有 效的实施生物修复措施。 同时应加强原位生物修复与异位生物修复相结合的生物 修复技术试验，探索治理河流污染的有效共性修复技术。 3.2 生态护岸技术 生态护岸是结合治水工程与生态环境保护而兴起的一种新型护岸技术, 对水陆生态

17、系统的物流、 能流、 生物流发挥着廊道、 过滤器和天然屏障的功能. 在 治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、调节微气候和美化 环境方面都有着巨大作用。生态护岸依据其使用的主要护岸材料分为植被护岸、 木材护岸和石材护岸3 种类型。 （1）植被护岸 植被护岸是生态护岸中比较重要的一种形式， 岸坡植被有柳树、 水生植物、 草坪、天然材料织物、三维棕榈纤维等。水生植物的复合护岸是利用水生植物的 根、茎、叶对水流的消能和对岸坡的保护形成保护性的岸边带，促进泥沙沉淀， 减少水流挟沙量， 并能直接吸收水体中的有机物和营养物质，防止水体有机污染 和富营养化。 （2）木材护岸 常用的木材有圆木

18、。 用处理过的圆木相互交错形成箱形结构木框挡土墙， 在其中充填碎石和土壤，并扦插活枝条，构成重力式挡土结构。主要应用于陡峭 岸的防护，可减缓水流冲刷，促进泥沙淤积，快速形成植被覆盖层，营造自然型 景观，为野生动物提供栖息地环境。枝条发育后的根系具有土体加筋功能，木框 挡土墙的圆木可向水中补充有机物碎屑，其间隙为野生动物提供遮蔽所。 （3）石材护岸 抛石措施在国内外河道整治工程中应用十分广泛。在传统技术的基础上结 合植被等措施， 抛石能达到兼顾加强和改善河岸栖息地的目的。石材护岸技术施 工简单，块石适应性强，已抛块石对河道岸坡和河床的后期变形可作自我调整。 块石有很高的水力糙率， 可减小波浪的水

19、流作用， 保护河岸土体， 抵御冲刷侵蚀。 3.3 河流生态景观建设 河流生态景观建设是指在河流治理工程中除了完善防洪、排涝、航运和供 水等传统水利功能以外， 还力图使河流更接近自然状态，完善河流生态系统的结 构和功能，展现自然河流的美学价值，发掘河流的人文历史精神，创造良好的人 居环境。 生态景观建设主要分为水边景观建设和跨河建筑物景观建设，它以景观 生态学为理论指导，需遵循与传统水利目标相融合，尊重历史，道法自然，景观 连续等原则。在进行景观建设时要注意以下几点： （1）防洪与亲水的协调 亲水是人与生俱来的天性，景观建设要满足人们在视觉、听觉、触觉上对 美的需求，感受水的魅力。因此，水边的建筑物不宜高出人们的视线，妨碍人们 欣赏水景，且构建的亲水设施能拉近人水的距离，使人能在岸边漫步休闲、接触 水体。 （2）提高景观空间异质性