（环境工程专业论文）植物湿地床对泰达再生水景观河道中氮磷的净化研究.pdf

植物湿地床对泰达再生水景观 河道中氮磷的净化研究 环境工程专业硕士研究生鞠瑾 指导教师陈玉成教授，唐运平教授级高工 摘要 随着人类社会和工业经济的不断发展，自然资源的过度开发破坏了原本十分脆弱的水生 态系统。由于长期忽视对废水的处理与再用，大量的污染物质进入天然水体使已严峻的淡 水资源形势更加雪上加霜国内外的实践经验表明，将二级出水经过再生处理后用于城市景 观水体的补充水源，既减少了摊放到自然环境中的污染物，维护了自然环境，又明显缓解城 市的缺水问题，提高水资源综合利用率，而且可以满足城市对于娱乐性水环境的需求目前， 越来越多的研究工作着重于对提高再生水水质的方法及其效果的研究。 天津十分重视城市水环境治理与改善，特别是开发区将可再生的污水列为未来发展的战 略资源，积极开展污水资源化示范工程和以水景观，水生态为主要内容的基础设施的建设。 泰达再生水景观河道的建设结合了当地的资源条件和水环境特点，采用再生水为河道补水的 唯一水源，将城市水生态环境改善和城市再生水利用、景观环境建设有效结合 本论文主要研究泰达再生水景观河道水体中氮、磷营养盐的净化处理效果及中试试验中8 个不同生态净化单元对再生水体中氦、磷营养盐净化效果的影响。前者通过对整个河道不同 位置所取得的水样进行定量分析，了解从进水到出水，氮磷营养盐在河道的浓度变化，分析 河道对营养盐的净化效果；后者将河道中所应用的不同净化工程技术分离并单独设置，比较 不同净化单元对再生水的净化效果。试验验证了经过优化组合净化工程技术后的景观河道的 水质净化功能，为所选工程方案提供比较真实的生态修复和水质净化预测效果，并为河道的 运行管理提供依据主要研究结果如下： ( 1 ) 各植物复合湿地床的氮去除率高于单纯的生态砾石床、沉水植物及无饵养鱼净化池， 净化处理系统对河道进水中的氮负荷变化具有较强的缓冲能力不同植物湿地床之闻以香蒲 的除氮效果最佳，美人蕉对氮的去除效果最差，且进水中硝态氮含量的高低对挺水植物床的 净化效果并无明显的影响 ( 2 ) 除空白池外的各生态净化单元中，以香蒲复合湿地床对总磷及磷酸盐的去除效果最 明商人掌硕l 哔位论文摘嘤 好，也最为稳定，平均去除牢分别为7 2 2 用l7 9 2 。关人蕉复台湿地床及无饵养鱼对总磷及 磷酸盐的去除效果擐差，平均去除率为5 1 希16 0 其它生态净化单元去除效果居中。 ( 3 ) 不同进水浓度条件一f 。各单元池及景观河道系统运行稳定，尤其是景观河道具有较 强的缓冲能力。各单元池及景观河道均表现出对n q n 去除效果最好、对t n 的去除效果次 之、对n h ，- n 去除效果最差的特征。 ( 4 ) 从河道水体中营养盐的空间分布上看，水体中的营养盐浓度均沿河道水流方向依次 降低，水质的净化是个沿河道纵向逐步推进的过程。研究期间，随着河道进水中总氦和硝 氦浓度增加，其去除率也逐渐增加河道水体中总氮和硝态氮的平均去除率分别为6 3 7 和 9 2 7 ，总磷及磷酸盐的平均去除率分别为6 4 6 和8 3 4 。河道水体中硝态氮和磷酸盐含量 的多少与净化效果将直接影响水体中总氮和总磷的含量。 ( 5 ) 在河道内水生植物的生长情况、生长位置，对其地上部的氮磷吸收量没有明显的影 响河道对氮磷营养盐的净化效果与植物的生长周期与微生物的生理活性密切相关，具有明 显的季节性 论文指出了研究中的不足之处以及有待于进一步解决的问题，同时对今后的研究方向进 行了展望。 关键词：再生水景观河道水生植物氮磷营养盐 u 两南人学硕i ：学位论文a b s t r a c t p u r i f i c a t i o no fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sb y a q u a t i c m a c r o p h y t e sw e t l a n d si nt e d ah i g h l ys a l t y r e c l a i m e dr i v e r a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：j uj i n s u p e r v i s o r ：p r o f c h e ny u c h e n g & p r o f t a n gy u n p i n g a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u e dd e v e l o p m e n to fh u m a ns o c i e t ya n de c o n o m y , t h eo v e r c x p l o i t a t i o no f n a t u r a lr e s o u r c ed a m a g e dt h ef r a g i l ew a t e re c o s y s t e m a sar e s u l to fn e g l e c t i n g ，t h et r e a t m e n ta n d n u o f w a s t e w a t e rf o ral o n gp e r i o do f t i m e ，l a r g ea m o u n t so f p o l l u t a n t sg e ti n t ot h en a t u r a lw a t e r , m a k i n gt h ef r e s h w a t e rp o l l u t e d d o m e s t i ca n da b r o a dp r a c t i c a l a p e r i e n c ei n d i c a t et h a tm a k i n g r e u s e dw a t e ra st h es o u r c eo fu r b a nl a n d s c a p ew a t e r sn o to n l yr e d u s e dt h ed i s c h a r g eo fp o l l u t a n t , s u p p o r t e d an a t u r a le n v i r o n m e n t , b u ta l s oa b a t et h ew a t e r - s h o r t a g ei nc i t i e s , a d v a n c e dt h eu t i l i z a t i o n r a t co f w a t e rr e s o u r c e sa n ds a t i s f i e dt h en e e do f t h ew a t e rf o rt h ea m u s e m e n ti nc i t y t i a i l j 讥a t t a c h e si n l p o r t a n c a ：t oc o n t r o la n di m p r o v e m e n to fw a t e re n v i r o n m e n li nt e d a ， r e u s e dw a t e ri sr a n k e d 雏s t r a t e g i cr e s o u r c e sf o rd e v e l o p m e n t m o r ee f f o r t sh a v eb e e nm a k e di n s e w a g er e c y c l i n gp r o j e c t a n dt h ei n f r a s l r u c t u r ec o n s t r u c t i o nw h o s em a i nc o n t e n t sa r cw a t e r l a n d s c a p ea n dw a t e re c o s y s t e m t h ec o n s t r u c t i o nf o r 西缸j 协t e d al a n d s c a p er i v e r , w h i c hu s 嚣 r e c l a i m e d w a t e r a s t h e o n l y w a t e r s o i l r c e , n o t o n l yc o n s i d e r e d t h e a v a i l a b i l i t y o f l o c a lr e s o u r c e s a n d t h ew a t e re n v i r o n m e n tc o n d i t i o n s ，b u ta l s oi n t e g r a t e dt h eu r b a nw a t e re n v i r o r a n e n ti m p r o v e m e n t w i t ht h er e c l a i m e dw a t e ru s e sa n dt h eu r b a nl a n d s c a p ec o n s t r u c t i o n n l i sp a p = m a b d yf o c u s e so nt h es t u d i e so ft h en i u o g e ua n dp h o s p h o r u sr e m o v a li nt l l e t e d ah i g hs a l t yl a n d s c a p er i v e rw i t hr e c l a i m e dr i v e r o n l yw a t e rs o u r c 葛a n dt h ee i g h tp i l o t e c o l o g i c a lp u r i f i c a t i o np o o l sw i t hd i f f e r e n tv e g e t a t i o n s t h ef o r m e rs h o w st h ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e s a n dr e m o v a le f f e c to ft h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u s , b yq u a n t i m t i v ea n a l y s i sw i t hw a t e rs a m p l e so f d i f f e r e n tp o s i t i o ni nt e d al a n d s c a p er i v e r t h el a t t e rs h o w st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f d i f f e r e n tp i l o te c o l o g i c a lp u r i f i c a t i o n ) e c h n o l o g y t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h ew a t e rq u a l i t y p u r i f i c a t i o nf u n c t i o no ft h et e d al a n d s c a p er i v e r , o f f e rt h ef o r e c a s t i n gr e s u l to ft h ee c o l o g i c a l r e h a b i l i t a t i o na n dw a t e rp u r i f i c a t i o nf o re n g i n e e r i n gp r o j e c t ，a n dp r o v i d e df o u n d a t i o nf o ro p e r a t i o n i l l a n dm a n a g e m e n to f t h el a n d s c a p er i v e r t h ek e yt e s t i n gr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ea q u a t i cm a c r o p h y t e sc o m p l e xw e t l a n d s ，w i t hs c i i p u st a b e m a e m o n t q n ig r u e l ，c a n n a i n d i c a , c y p e r u si r i al 。a n dt y p h aa u s t r a l l i sr e s p e c t i v e l y , h a v eh i g h e rm 押o g e nr e m o v a le f f i c i e n c i e s t h a no t h e rk i n d so fp u r i f i c a t i o np o o l s , s u c ha se c o l o g i c a lg r a v e lb e d ，m a c r o p h y t ea n dp u h f i c a f o n f i s h i n gp o n d s f o rt h ec o m p l e xw e t l a n d s ，t h et y p h aa u s t r a l l i ss y s t e mh a st h eb e s tp e r f o r m a n c e ，a n d t h ec a n n ai n d i c ap o o r e s t t h ei n f l u e n tn i t r a t ec o n c e n t r a t i o nh a sn oi n f l u e n c eo nt h ee f f i c i e n c yo f n i t r a t er e m o v a lb yt h em a e r o p h y t eb e d s ( 2 ) i nt h i ss t l l d y t h et y p h aa n s t r a l l i sw e t l a n dh a st h ek i g l l e s tr e m o v a le f f i c i e n c yt ot h et o t a l p h o s p h o r u sa n do r t h o p h o s p h a t e w i t ht h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so f 7 2 2 a n d7 9 2 r e s p e c t i v e l y i n c o n t r a s t , t h er e m o v a lr a t e so ft o t a lp h o s p h o r u sa n do r t h u p h o s p h a t ei nt h ec a n n ai n d i c aw e t l a n d s y s t e mw e r eo n l y5 1 a n d6 0 w h i c ha t h el o w e s ti na l lo f t h ep u r i f i c a t i o np o o l s ( 3 ) t h et e d al a n d s c a p er i v e ra n dt h ep u r i f i c a t i o np o o l su n d e rv a r y i n gi n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n sh a v es t e a d yp e r f o r m a n c e sa n ds i m i l a rp u r i f i c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，t h a t sh i g hr e m o v a l r a t e so fn i t r a t e ，m o d e r a t er e m o v a lo ft o t a ln i t r o g e na n dl o w e rr e m o v a lo fe n n n o n i an i t r o g e n t h e l a n d s c a p er i v e rh a sab e t t e rr e s i s t a n c et ot h ep o l l u t a n tl o a dc h a n g e ( 4 ) f r o ms p a t i a ld i s t r i b u t i o n ，t h ec o n c e n t r a t i o no fn u t r i e n ti n t h et e d ar i v e rd e c r e a s e d g r a d u a t l ya l o n gt h ew a t e rf l o w t h er e m o v a lr a t e so ft na n dn 0 3 - ni n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t ht h e i n c r e a s eo f i n f l u e n tt na n dn 0 3 - nc o n c e n t r a t i o n t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so f t na n dn 0 3 - nw e r e 6 3 7 a n d9 2 7 t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so f t pa n dp 0 4 3 - pw e r e6 4 锨a n d8 3 4 t b ec o n t e n t o f t na n dt pi nt h et e d ar i v e rw 啪d i r e c t l yi n f l u e n c e db yt h ec o n c e n t r a t i o no f n 0 3 - na n dp 0 4 3 - p a n dt h ep u r i f i c a t i o np e f f o r m c e s ( 5 ) t h en i t r o g e na n dp h o s p h o m su p t a k eo ft h ea b o v e g r o u n dp a r t so ft h ep l a n t sw e r en o t o b v i o u s l yi n f l u e n c e db yt h eg r o w t hs t a t u sa n dl o c a t i o n so ft h ea q u a t i cp l a n t si nt e d ar i v e r t h e r e m o v a lo fn u t r i e n ti nr i v e rc h a n n e lw h i c hi sc l o s e l yr e l a t e dw n ht h eg r o w t hp 甜o do f p l a n t st h e p h y s i o l o g i c a la c t i v i t yo f m i c r o o r g a n i s m ss h o wo b v i o u ss e a s o n a l l y w h a t sn m 鹏t h ep a p e rp o i n t so u ts o m es h o r t c o m i n g so ft h er e s e a r c ha n dp r o b l e m sf o r f u r t h e rr e s e a r c h ，m a k ep r o s p e c tt ot h er e s e a r c hd i r e c t i o nf o rt h ef u t u r e k e y w o r d s ：r e c l a i m e d w a t e r , l a n d s c a p e r i v e r , a q u a t i c p l a n t s ，n i t r o g e na n d p h o s p h o r u s 独创性声明 学位论文题目：擅堑逞些庭殖塞达要生壅量丑通道生氢盛鲍渔焦盈窒 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者：召萄= c 移签字日期：孔习年f 月j _ 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口 保密期限至年月止) 。 。、 学位论文作者签名：桶礴 导师签名：障玉破 签字日期：弘叼年占月日签字日期：加司年多月厂日 7 ， 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 第1 章文献综述 水为生命之源泉。在没有人类社会干扰下，水的自然循环是良性的随着人类社会和工 业经济的不断发展，自然资源的过度开发破坏了原本十分脆弱的水生态系统。大量的水在人 类取用后即进入了水的社会循环由于长期忽视对废水的处理与再用，大量的污染物质进入 天然水体，超过了水环境容量，水体的自净作用不足以缓解这种污染，造成水质恶化，使已 严峻的淡水资源形势更加雪上加霜。只有从优化水的社会循环着手，才可能从根本上解决水 的资源与环境问题，保障人类社会的可持续发展【i l 。 国内外的实践经验表明，将污水作为一种资源再生后用于城市景观水体的补充水源，不 仅可以明显缓解城市的缺水问题提高水资源综合利用率，而且可以满足城市对于娱乐性水 环境的需求、减轻水体污染。其意义在于可保障水资源的可持续利用和人类社会的可持续发 展。 1 1 再生水回用于景观水的国内外发展现状 。 1 1 1 国外发展现状 在国外，再生水回用于景观水体的起步较早。早在1 9 世纪3 0 年代就开始将城市污水处 理后作为河道、湖泊观赏用水。美国、日本、澳大利亚等发达国家很早就开始了污水再生利 用的研究和应用，并建成多个成功的世界知名工程 美国加利福尼亚州是世界上开展污水回用较早的地区。1 9 6 1 年，美国加利福尼亚州p a d r e d a m 再生水厂的建立为当时美国将城市污水再用于限制性娱乐用水的首例再生工程。再生水 厂于1 9 9 7 年进行工艺改造。总再生量为i 万f n ，用于s a n t e el a k 地区公园内的7 个湖泊 的蒸发补充水；另有约40 0 0m 3 d 通过管线接至整个区域内约1 4 0 个回用点；其余部分水送至 s a n t e el a k e s 地区西南部的水库储存以备用 2 1 。加利福尼亚州于1 9 6 7 年制订“全州性污染标准”， 指出回用水在各种使用情况各种组份的最高允许浓度，标准中规定再生水回用于观赏湖泊和 限制性娱乐湖泊中，每升水中平均最多有2 2 个大肠杆菌，对非限制性娱乐湖泊要求出水中浊 度不得高于l o 度，对大肠杆菌数量的限制要求和观赏湖泊相同【3 】加利福尼亚的l a n c a s t e r 市 从1 9 7 4 年起，将再生水回用于3 个人工湖，人工湖中磷酸盐要求控制在o 5 m g l 以下【4 j 日本于1 9 6 2 年开始了污水再利用，2 0 世纪7 0 年代初见规模。大部分地区利用处理后的 再生水恢复受污染的水体，修复和保护水资源，为城市河道景观用水2 0 世纪8 0 年代，东京 市利用t a m a j y o 污水处理厂的再生水重新恢复东京郊外的n o b i d o m e 河流的原状。完全达到景 观环境再利用的要求【5 】。运行多年来，n o b i d o m e 河流水质得到极大改善，恢复了原有生态。 澳人利弧的a d e l a i d e 市将污水和胜顶雨水收集起来经过处理弭利j j 丁湖泊补给水、水景、 景观滟溉、以缓解该市用水紧张的局面扣i 南非的h s r t b c c s p o o t t 水库接纳了该区约5 0 的再生水，这些水将提供给p t o f i a 和 j i h h a n n e s b u r g ，既作为观赏性湖泊用水，又可作为饮用水水源 i i 2 国内发展现状 与其他回用途径相比，我国再生水回用于娱乐景观用水直到近些年才刚刚起步，故对其 进行研究和应用的历史较短。从总体而言，国内再生水回用于景观用水工程从规模、技术和 处理效果与发达国家相比尚有较大的差距 7 1 。 北京是国内较早开展城市污水再生利用于景观环境的，也是全国再生量晟大的城市之一 目前几个主要污水处理厂即高碑店污水处理厂，酒仙桥污水处理厂、清河污水处理厂等已经 投入运行，再生水的景观环境再用达到近3 0 万m 3 ，d 。高碑店污水处理厂的部分出水( 约3 万 m 3 1 d ) 沿着南护城河分配到龙潭湖公园、北京游乐园，天坛公园、陶然亭公园、大观园和万寿 公园，合计面积2 6 7 万m 2 的观赏湖泊和休闲水域 s l 。 天津、石家庄均是严重的资源型缺水城市。2 0 0 0 年天津市政府决定以纪庄子污水处理厂 出水作为再生水源建设纪庄子污水资源化工程，该工程也被列为全国5 个污水再利用重点示 范工程之一，2 0 0 2 年底该再生工程正式运行，其中部分再生水用于补充生态小区的景观水体。 石家庄市桥西污水处理厂于2 0 0 0 年，改造原有工艺使出水水质达到景观环境用水标准，目前 已通过6 k m 长的管线注入民心河西线和沿线的公园，高峰用水量约1 0 x 1 0 4 m d t 9 j 合肥位于安徽省中部，是较为典型的水质型缺水和资源型缺水城市之一，市内主要河流 包河、银河等污染极为严重，又无外来流域对其进行补水，为此，合肥市政府决定，将污水 处理厂的二级处理出水进行再利用。目前王小郢污水处理厂有约5 万m 3 d 规模的再生工程已 经建成，且已将部分再生水用于补充包河、银河，大大改善了城区河道总体污染状况，增加 了城市整体环境效益。 经过国家和地方开展的相关科学研究和工程实践，再生水回用于园林景观水体方面取得 了长足进展。其中以成都活水公园最具代表性，在海内外都享有盛誉。在泰安建立的城市污 水再生利用于景观环境的示范工程，通过对相关的水质指标进行长时间监测，证明该工程也 具有较好的示范效果。而深圳与欧盟合作研究的洪湖公园“人工湿地”技术的成功与进一步推 广，则使中水景观向生态、节约、高效的设计模式发展。 1 2 再生水回用于景观水的所存在的富营养化问题 再生水回用所存在的问题主要取决于再生水的回用方式。再生水回用于景观用水可分为 2 两南人# 硕i 学位论文豫l 帝史献综述 土要接触和次要接触两人类主要接触是指人体同水的接触是k 时闻的和直接的，井且有吸 入的可能比如游泳：次要接触是指诸如划船、钓鱼和进行观赏等活动，一般情况下并无浸 水的可能根据用水与人体接触的方式不同，必须采_ l 不同的处理程度l 。 作为景观水体，酋先要考虑的便是再生水体的美学价值及水体质量，即在感观上给人舒 适的感觉，水体清澈，透明皮高，不出现浑浊，黑臭以及富营养化现象富营养化是再生水 作为娱乐性、观赏性人工水体的最大障碍之一水体富营养化是指大量溶解性营养盐类进入 水体，引起藻类和其他浮游生物迅速繁殖，大量消耗水体中的溶解氧，水质变差，鱼类及其 他生物大量死亡的现象，严重时会发生水华富营养化发生所需的必要条件有三个方面i “】： 充足的氮、磷等营养盐；缓慢的水流流态；适宜的温度据r e d f i d e f 的假设1 1 2 】，藻类的经 典分子式为( c h 2 0 ) 1 0 6 ( n h 3 ) - d h 3 p 0 0 ，由此可得理论上，藻类生长所需氮磷比为7 2 ：1 人工 景观水体一般为缓流水体，属于浅水水体，水深一般在l - 2 m 。景观水体与浅水湖泊类似也 具有水浅这一特点。国际上对于浅水湖泊的研究经验表明，浅水湖泊比深水湖泊更易发生富 营养化问题“因此，人工景观水体和浅水湖泊一样易发生富营养化且再生水的污染物本 底值相对较高，其回用于景观水体，使残留于水中的污染物于景观水体中不断得到积累，这 是发生富营养化的根本原因，而且水体的稀释自净能力较天然景观水体差。般认为，水体 形成富营养化的指标是【1 4 1 ： ( 1 ) 水体中含氦量大于0 2 0 3 m g l ，含磷量大于o 0 1 m l ， ( 2 ) 生化需氧量大于i o m g l ， ( 3 ) 在淡水中细菌总量达到i o 个 i l i ， ( 4 ) 标志藻类生长的叶绿素a 浓度大于l o 嵋几 景观水体是人们休闲娱乐的理想场所。一旦景观水体发生富营养化，使得水体透明度下 降t 水体浑浊，散发异味，水体的观赏价值便会减少，甚至丧失观赏功能另外，许多富营 养化优势藻属如蓝藻中的微囊藻属( m i c r o c y s t 缸) ，鱼腥藻属“n a b a e n a ) 、束丝藻属 ( a p h a n i z o m e n o n ) 等都能产生藻毒素”l ，它们都是由蓝藻产生的二次代谢产物，藻毒素主要分 为肝毒素、神经毒素、脂多糖毒素三大类，藻毒素一般都是细胞内毒素，在细胞内合成，细 胞破裂后释放出来并表现出毒性【，不仅危害水生动物，而且对人体健康也有潜在的危害作 用故必须采取措施预防和控制景观水体富营养化的发生。富营养化的防治过程，实际上就 是通过调节诱发富营养化发生的主要控制性条件，抑止富营养化发生。 1 3 抑制富营养化的主要的生物一生态方法 从水质保护的角度，将再生水回用于市政景观环境的工程中，通常从两方面着手致力于 保持水质不恶化。一方面，严格限制排入景观水体的氮磷指标，由于污水处理厂绝大多数采 3 两南人学颂l 。学位论文 筇l 帝史献综述 用了深度处理： 艺，部分雨生水共至使j h 活性炭过滤、臭氧消毒、加氯除氮等【艺，从源头 上减少营养盐和污染物进入景观水体；另一方面，对已进入景观河流、湖泊中的水体采取进 一步必要的水质净化配套措施，防止水体富营养化的发生，对此国际上通常采用的技术有： 化学方法，物理方法和生物一生态方法 就具体的技术发展趋势来看，生物生态方法是修复水生态系统中展为推崇的举措之一， 而在具体的实施时，更趋向于多种技术的集成。早在2 0 世纪7 0 年代，尤其是近十余年。日本、 美国、德国、瑞士等发达国家就纷纷对以往的水环境治理思路进行反思，提出了尊重河湖系 统的自然规律，生态治水的新理念。特别是近几年，世界上许多国家纷纷对水环境污染治理 的战略目标和技术路线进行了重大调整，由单纯的“污染控制”转变为“水生态的修复和恢复”。 与此同时，发达国家在河流污染治理和生态修复中，研究、开发和实践了多种值得借鉴的技 术，并积累了宝贵的实践经验和教训。在国外，河流修复研究的7 5 是致力于河道形态的修复， 大约4 0 是尝试修复丧失的河岸植被和湿地群落。近年来生态修复技术发展很快，在国外已经 达到工程实用化的程度，并且积累了系列观狈4 数据。如日本的坂川古崎净化场就是采用生物 和生态方法对河道大水体进行修复的典型工程从技术原理上看，河道生态修复的方法主要 有植物净化技术、人工湿地、稳定塘技术，渗流生物膜净化技术( 生物过滤技术) 以及多自 然型河流构建技术等。 1 3 1 多自然型河流构建技术 2 0 世纪8 0 年代末，德国、瑞士等国先后提出了“亲近自然河流概念和“自然型护岸”技术 日本在2 0 世纪9 0 年代初开展了“创造多自然型河川计划”，仅在1 9 9 1 年，全国就有6 0 0 多处 试验工程进行。这些构建多自然型河流思路的共同特点是通过河流生态系统的修复，恢复提 高河流的自净能力。其中除了主要涉及水生植物和水生动物的构建外，还包括对河道物理结 构和生态护岸的构建。 对于生态环境重要载体的河道而言，护岸工程是河道生态治理的一项重要措施这是因 为从生态学角度讲，河岸带是水陆生态系统之间直接相互作用的功能界面区，通过河岸带， 河流与陆地之问进行着频繁的物质和能量交换，河岸植被对侵蚀具有重要防护作用而以往 国内外在河岸防护工程中多采用浆砌或干砌块石、现浇混凝土，预制混凝土块体等结构形式， 在城市河道护岸工程采用较多的是直立式混凝土挡土墙这些护岸形式都会不同程度的对景 观环境和生态环境造成破坏。 国外很早就开始研究传统护岸技术对环境和生态的影响，2 0 世纪6 0 年代后期，德国及瑞 士开始进行如何把生态学原理应用于土木工程，修复受损河岸生态系统的试验研究。生态型 护岸已成为国外护岸型式的发展方向。护岸工程作为河道治理的重要手段。也应该注重河流 生态技术。美国新泽西州曾采用生物护岸工程，用可降解生物纤维编织袋装土，形成台阶岸 4 两侑人学硕l 学位论文第l 带文献综述 坡井种植植被，实际洪水的考验证实了它的可靠性加拿大、日本曾将芦苇 j 丁| 生物护坡的 建造，均取得了较好的效果1 9 8 6 年日本开始各个领域丰富发展了“受损河岸生态修复技术”， 由此诞生了生态学与土木工程学有机融合的“应用生态工程学”( a p p l i e de c o l o g i c a le n g i n e e r i n g o re c o - e n g i n e e r i n g ) 及其理论。近年来，我国水利专家董哲仁开始从理论上探索“生态水工学” ( e c o - h y d r o t e c h n i ce n g i n e e r i n g ) 的理论框架，并在北京、上海、天津等城市开始一些小规模 实验研究，探索修复受损河流生态系统的技术手段杨海军等人”1 9 1 以流经东北师范大学净 月校区的中小河流为对象，开展了适合我国国情的受损河岸生态修复技术的试验研究但从 总体上看，我国河岸生态修复技术的应用处于起步阶段，仍需要进一步的试验和深入研究 1 3 2 河流稳定技术 河流稳定塘是利用细菌和藻类等微生物的共同作用处理污水的自然生物处理技术，亦可 用于污染河水的治理经技术改造后的稳定塘可成为河道滞留塘。河道滞留塘在国外已有应 用实例，国内外在传统稳定塘的基础上开发了处理效果更好的变形稳定塘工艺，例如美国的 高级综合稳定塘、我国的串联结构的综合生物塘【2 0 1 等 1 3 3 人工湿地系统 人工湿地系统是经过人为模仿自然净化过程并进行优化配置进而强化了的具有处理污水 功能的生态系统，是在长期湿地净化功能基础上于2 0 世纪7 0 - - 8 0 年代发展起来的一种水净化 资源生态工程技术。湿地系统由植物，微生物，基质及动物组成，各组成成分分别起着不同 的作用，并且相互协同，使得整个湿地生态系统平衡运转，发挥良好的净化功能。 人工基质为微生物的生长提供稳定的附着表面，为水生植物提供生长所需的载体及营养 物质，并且能够通过一些物理和化学途径净化污水。水生植物作为湿地生态系统中的初级生 产者，可以直接吸收利用污水中的营养物质，吸附、富集一些有毒有害物质，输送氧气到根 区和维持水力传输其克藻效应可抑制水华的发生水生植物的根系固持底泥，减少底泥中 污染物的再悬浮和溶解释放另外，对于水生生物的恢复有一定帮助。微生物的代谢作用是 污水中有机污染物降解的主要机 吐。微生物在人工基质上附着形成生物膜，污染物质通过生 物膜的吸附、同化及异化作用而得以去除。 湿地植物根系的泌氧功能，使湿地床及其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧 状态，有利于硝化反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用，达到去除氮磷的效果。最后通 过湿地基质的定期更换或植物收割使污染物质最终从系统中去除一般的污水中，不溶性有 机物通过湿地的沉淀过滤作用，可以很快被截留而被微生物利用；污水中的可溶性有机物则 可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解去除。 5 西南人学硕l ：学位论文 第1 尊文献综述 1 3 3 1 人工湿地系统地在国内外的发展 人工湿地系统在河流污染治理和河流生态恢复中的作用逐渐受到重视，得到越来越多的 应用，仅丹麦就建立了3 0 多个湿地污水处理厂，荚国s e s e mt r e n e 水公司的人工湿地污水处 理厂从8 0 年代末的3 处迅速发展为现在的1 0 0 余处1 2 1 1 北美自7 0 年代开始对不同设计的人 工湿地进行了广泛的试验，根据对1 0 4 座潜流系统和7 0 座自由水面系统的运行数据统计表明， 2 种人工湿地均可有效的去除s s ，b o d 与病原微生物，也能有效去除氮和磷。出水可达三类 水域( 适用于生活饮用水水源地二级保护区，鱼类保护区及游泳区) 的水质标准i 捌。2 0 世纪 8 0 年代末和9 0 年代初在英美相继召开了人工湿地研讨会，提出了许多有关污水净化机理和处 理系统参考设计规范及数据。1 9 9 6 年9 月在奥地利维也纳召开的第四届国际研讨会标志着人 工湿地系统作为一种独特新型废水处理技术正式进入水污染控制领域。近年来。作为一种生 态治污技术得到了迅速发展，并已成为提高大型水体水质的有效方法英，美、日、韩等国 都有对江河大水体修复的工程实例 我国进行湿地处理系统研究较晚，在“七五”期间开始人工湿地研究。1 9 8 7 年建立了第一 个人工湿地系统。以后在北京、深圳等地都建立了类似的处理系统，并进行了相应研究。如 由天津市环境保护科学研究所建成的6 h r a 2 的芦苇湿地工程。1 9 8 9 年建成的北京昌平自由水面 人工湿地。2 0 世纪9 0 年代在深圳建成的白泥坑人工湿地示范工程。此后，国家环境保护局与 中国科学院各单位相继采用人工湿地处理污水进行一系列试验。对人工湿地的构建与净化功 能进行了阐述。 1 3 3 2 湿地系统中的水生植物的研究 湿地系统中的水生植物是人工湿地系统区别于稳定塘系统的一大特色，在污水净化过程 中起着至关重要的作用实践证明。人工湿地系统中的大型水生生物群落支撑人工湿地生态 系统，充分利用自然净化与水生生态系统中各类植物，动物、微生物功能上相辅相成相克净 化水质，同时还发挥着净化、美化、绿化环境的作用【“。 1 9 5 3 年，德国的m a x p l a n c k l 2 3 1 研究所首例采用人工湿地净化污水，该研究所的s e i d e l 博 士在研究中发现芦苇能有效地去除无机和有机污染物2 0 世纪6 0 年代末，s e i d e l 和k i c k u t h 合作并由k i c k u t h 于1 9 7 2 年提出根区理论，该理论的提出掀起了人工湿地研究与应用热潮柳 2 0 世纪7 0 年代中期以来，在利用高等水生植物净化水体污染方面国内外做了大量的研究 工作水生植物对污染物的净化包括吸附、吸收、富集和降解几个环节植物可通过根系吸 收，也可直接通过茎、叶等器官的体表吸收，吸收有机物到体内，将蓄积大量污染物的植物 体适时地从水体中移出，则水体即可达到较好的净化效果。试验研究表明，种植水烛和灯心 草的人工湿地基质中氮磷的含量分别比无植物的对照基质中的含量低1 8 0 一2 8 和 6 两南人学坝i ：学位论文 第1 章业献综述 2 0 3 1 i ”l 。可见水烛和灯心草吸收利圳了污水中部分的氮和磷物质术样将、邹国燕等1 2 6 1 采_ h j 水域浮床无士种植水稻的方法，通过水稻的吸收和富集作用，去除水体中的氮磷元素 张平远1 2 7 1 利用满江红处理生活污水中的氮、磷等物质，也取得较好的效果t a m c r l 2 8 1 等通过 对潜流湿地系统中芦苇、香蒲的收割实验发现每克干重芦苇、香蒲能净吸收污水中1 5 - - 3 2 m g 氮。这表明湿地植物对氮均具有一定的吸收作用吴振斌等1 2 9 报道芦苇水葱一茭白一菖蒲 一麓草一苔草等植物组合的垂直流人工湿地系统除磷效率及稳定性均高于无植物对照，去除 率为4 0 - - 6 0 ，其中茭白一菖蒲组合的总磷平均去除率达6 5 ，且对藻毒素有一定的去除作用j 芦苇一水葱一茭白一菖蒲组对藻毒素( 浓度为o 1 1 7 p g l ) 的去除率分别为6 8 5 和3 4 6 ；在三 种主要藻毒素r r 、y r 、l r 中，对y r 的去除效果最好，出水浓度在检测限以下f o 0 l u g l ) 3 0 j m c j a n n e t 等l 采用人工湿地方法处理城市污水，研究表明，污水中大约5 的磷能够被湿地植 物吸收利用这说明高等水生植物能有效净化水体中的氮、磷等富营养化物质。各种植物对 氮、磷的富集系数是不同的，如对氮的富集效果为风眼莲( 水葫芦) 满江红 莲 茭白 荇菜；对 磷的富集效果为风眼莲( 水葫芦) 茭白 满江红 莲 荇菜，其中风眼莲净化总氮、氮氮、总磷和 水溶性磷分别为9 8 4 ，9 7 ，8 8 2 和1 0 0 p m 。 故通过构造人工湿地，建立水生生物生态系统，处理以再生水为水源的景观水。于水体 中适当布置具有观赏价值及净化功能的浮水植物、沉水植物和挺水植物，既增强了对再生水 体的生物净化功能