生物生態技術在城市景觀河道水環境改善中的應用研究

　　摘要：簡要介紹了生物---生態水體修復技術的原理和工藝方法，受污染水體的生物---生態修復技術是利用人工培育、篩選出來的植物和微生物的生命活動，對水中污染物進行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到恢復。從本質上說，該技術是人們遵循生態系統自身規律、并強化其水質凈化能力、達到治污目的的一種嘗試，其生態系統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---生態技術治理城市水環境，恢復自然水體生態系統的功能，在國內外都是一種新的探索，特別是在城市景觀水域，將水質改善、水體富營養化防治與城市景觀功能有機結合，更是處于技術的前沿。

　　開展以潛流濕地為代表的濕生生態修復技術，以投菌法、曝氣為代表的水體強化自凈技術，以浮床沉床為代表的水生生物修復技術的研究，利用多項技術的優化組合、技術集成，構成一個生態修復技術體系，為城市景觀河道水環境治理和水生態修復提供一種新的思路和探索。

　　 主要處理工藝方法

　　水環境生態修復是一門新興的學科，許多內容還處于發展之中，近年來的研究更是方興未艾。鑒于天津市城區河湖水質污染的特點和規律，本項目采用的城市水環境生物生態修復技術由下列方法構成一個生態修復技術體系：以潛流濕地為代表的濕生生態修復技術；以投菌法、噴泉曝氣為代表的水體強化自凈技術；以浮床沉床為代表的水生生態修復技術。

　　1.潛流濕地技術

　　潛流濕地是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統。它由3個關鍵組成部分：植物、微生物、基質。耐水的植物扎根于土壤或砂礫基質床，床體內浸滿了水體，機質支持著這些植物，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系統中的物理、化學和生物作用的優化組合來完成對水體的凈化。該技術能夠克服天然濕地比較脆弱的缺點，具有負荷率高、占地面積小、效果可靠、耐沖擊負荷和不易滋生蚊蠅等優點，充分利用了濕地的空間，發揮了系統間的協調作用，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，保溫效果好，衛生條件好，可以和城市景觀建設緊密結合，可起到美化環境作用，改善相鄰地區的景觀，并利用與其他技術的有機合成，以減少或減緩外界因素對處理效果的影響。

　　 2人工浮床水質改善技術

　　人工浮床利用無土栽培技術在河湖水面種植景觀植物以控制富營養化水質。人工浮床對河道水質有凈化作用，包括兩個方面：一是合理選用人工填料，通過浮床基質對水體的過濾、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，達到凈化水質、抑制水體中藻類的生長、防止水體富營養化，最終修復水生生態系統、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構的設計，也可起到美化城市景觀的作用。

　　3人工沉床水質凈化技術

　　人工沉床水質凈化技術是利用沉床介質培育挺水植物和沉水植物，對水中污染物進行轉移、轉化及降解，從而使水體得到凈化，最終修復河道生態系統。其凈化作用包括以下幾方面：一是合理選用人工填料，通過沉床基質對水體的過濾、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、磷等營養物質，并抑制水體中藻類的生長；三是沉床植物為河道底棲動物及微生物提供良好的棲息和附著環境，改善水生生態系統的結構，增強水生生態系統的功能。許多水生植物不僅對水質有較好的凈化能力，同時也有非常好的觀賞效果。因此，通過合理的沉床設計，將挺水植物和沉水植物進行立體組合，不僅可以強化對水質的凈化作用，也能與周圍景觀進行有機融合，起到良好的景觀效果。

　　4投菌法水質凈化技術

　　投菌法是一種生物增殖技術, 又稱生物操縱法。它是向被處理體系中人為投加對目標污染物高效去除的優勢菌株，以提高生化反應速度。城市景觀河道、湖泊護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受到嚴格限制。根據我國城市這一現狀，許多科學家建議解決城市水體的富營養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識在水環境治理中一直沒有得到應有的重視，因此無論從功能要求和原理分析，投菌法生物修復技術是一種處理富營養化景觀水體的最為適宜有效手段之一，可能成為處理水質惡化突發事件最為有效的、快速的技術措施。

　　5噴泉曝氣水質凈化技術

　　通過噴泉曝氣技術使水體流動、循環及曝氣，使噴泉景觀和水體凈化融為一體。噴泉曝氣的結構形式，既要使噴泉水景美化城市，又要促進水體的局部循環，增加曝氣復氧的功能，為好氧微生物提供良好的生存條件，結合潛流濕地、沉床、浮床以及生物投菌等技術聯合運用，最終達到水體自凈能力的目的。

　　根據北方氣候特點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，并與沉床技術、浮床技術、投菌技術和噴泉曝氣技術進行有機集成。五項技術布局見圖1 。

　　沉床植物和浮床植物設在外環河河道內，浮床植物以水質凈化好、耐寒、景觀價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---上行流垂直流結構。整體處理系統設預處理池和3個植物處理單元，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，連續布水。工藝流程見圖2 。

　　噴泉曝氣系統設在潛流濕地預處理池內，主要作用有以下3個方面：一是結合周圍景觀要求，起到美化景觀的效果；二是當水體中污染物濃度較高、溶解氧較低時，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境；三是通過噴泉的機械作用，增加上下層水體的交換強度，增強水質凈化的整體效果。

　　投菌法安排在示范區的入口段，其主要優點是見效快、受冬季影響相對較小，主要用于處理突發性的水污染事故，確保植物處理系統（沉床、浮床和潛流濕地）進水水質的相對穩定。
根據外環河水體污染以有機污染為主而且氮、磷污染較為突出的特點，示范工程進水水質參照外環河現狀水質確定，出水水質指標達到《地表水環境質量標準》( GB3838---2002 ) Ⅳ類水體的要求。

　　結語

　　通過以上五大關鍵技術的優化組合和空間結構的合理設計，實現微生物系統、濕生植物系統、浮水植物系統、挺水植物系統和沉水植物系統的有機結合，共同構成一個復雜的生物生態凈化體系。本項目利用5 種技術的優化組合，較大程度地增加示范區生態系統的多樣性和穩定性，從而使整個系統具有更大的抗污染負荷沖擊能力，其水質凈化的效果也較高。
　　
　　另一方面，由于不同種類的植物對營養物質的需求存在差異，同種植物在不同的生長周期所需要的營養物質也不相同，通過對植物種類的科學篩選和系統結構的優化設計，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）對營養物質需求差異和生長周期差異，發揮各子技術的優點，并相互彌補各自的不足，從而使示范區生態處理系統發揮最佳的整體效益，保證示范區具有高效、穩定的水質凈化效果。