城市景观水体的生态修复方法

城市景观水体的生态修复方法

宁冰颜秀勤王金丽(国家城市给水排水工程技术研究中心) 关键词：景观水生态修复

摘要：本文较全面地介绍了城市景观水体的生态修复方法，包括：曝气复氧技术、生物膜处理技术、微生物制剂技术、生物浮岛技术、生物栅修复技术、人工湿地技术、水生植物净化技术，以及各类修复方法的工程应用和取得的效果。

一、前言

生物-生态修复（Bioremediation）是国内外近10年开发，并已成功地用于治理受污染土壤、地表水体、地下水及近海洋面的一种新技术。它利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，使污染物在现场（或称就地）降解成CO2、H2O，或转化成无害物质，具有原位净化水质，净化费用省，环境影响小，能使污染物最大限度降低等特点，同时也可以恢复水体中的水生生态结构、增加水体自净能力。当前，国内外的自然水体生态修复技术包括曝气复氧技术、生物膜法处理技术、微生物制剂技术、生态床技术、生物栅修复技术、人工湿地处理技术、水生植物净化技术等。

二、景观水体的生态修复方法

1. 曝气复氧技术

曝气复氧技术是根据水体受到污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气（或氧气），加速水体复氧过程，提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，促进上下层水体的混合，使水体保持好氧状态，同时抑制底泥氮、磷的释放，防止水体黑臭，使水体中的污染物质得以净化，从而改善水体水质。

河道曝气方式一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。固定式充氧站即是在河道污染段的河岸上设置鼓风机房或液氧站，通过管道将空气或氧气引人河道水体中，达到河道增氧的目的，德国的Emscher河、Fulda河和Teltow河，均采用这种形式充氧。当河道较浅且无景观要求时，一般可采用机械曝气的形式，多为浮筒式结构，直接固定于河道中，杭州大运河的支流就曾用机械曝气的形式。移动式充氧平台的主要形式有移动式曝气船，即是通过载有供氧装置的船只在污染河道中的灵活运行向污染水体中供氧。河流水质变化的不同时期应用河道曝气技术，可以分别达到消除黑臭，减少水体污染负荷，促进河流生态系统的恢复等效果。英国泰晤士河、德国Saar河、澳大利亚的斯旺河，均采用这种形式曝气复氧。

国内外的实际运行经验表明，在河道中进行充氧不但能改善水体黑臭状况，而且能使上层底泥中还原性物质得到氧化或降解。曝气在河底沉积物表层形成了一个以兼性菌为主的环境，并使沉积物表层具备了好氧菌群生长刺激的潜能，从而能够在较短的时间内降低水体中有机污染物，提高水体溶解氧的浓度，增强水体的自净作用，改善水环境。

2. 生物膜法处理技术

生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用，使水体在生物降解、物理吸附、沉降、过滤等作用下得到净化。其反应过程是：①基质向生物膜表面扩散，②在生物膜内部扩散，③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应，④代谢生成物排出生物膜。生物膜法主要工艺方法有生物接触氧化法、砾间接触氧化法、生物活性炭净化法、生物廊道、生物滤池、生物接触氧化池等。生物膜法具有较高的处理效

率，对于受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的去除效果。日本、韩国等都有对江河大水体修复的工程实例。

a. 生物接触氧化法

生物接触氧化法是利用微生物的作用去除水体中的有机物、氮等污染物。目前该法已经广泛应用于污水及微污染水源水的处理，根据国内外报道，生物接触氧化法对微污染水体的COD、NH4+-N的去除率可分别达到20%~30%和80%~90%，是一种行之有效的处理方法。但生物接触氧化法需要布置专门的填料、曝气系统以及建立处理构筑物，投资和运行费用较大。此外生物接触氧化法对磷的去除效果较差。因此该法在景观水体水质净化与保持中的应用有一定的局限性。

b. 砾间接触氧化法

该方法是根据河床生物膜净化河水的原理设计而成，通过人工填充的砾石，使水与生物膜的接触面积增大数十倍，甚至上百倍。水中污染物在砾间流动过程中与砾石上附着的生物膜接触、沉淀，进而被生物膜作为营养物质而吸附、氧化分解，从而使水质得到改善。例如以直径为5cm的砾石填充河床面积为1m2、高为1m的河流，这时河床的生物膜面积就变成了原来的100倍，河流的净化能力也就增强了100倍。该方法使用天然材料为接触材，花费少，净化效果好，因此得到了广泛的应用。例如日本野川的砾间接触氧化净化场，设立在野川一侧的河滩地带，为地下构造式。运行6年以来，效果良好，出水BOD和SS的平均值为5.2mg/L和3.3mg/L，去除率分别为59.1%和63.3%[1]。位于日本江户川支流坂川的古崎净化场，利用卵石接触氧化法对水体进行净化，通过净化场后，水质明显提高，BOD从23mg/L 降至5.7mg/L，氨氮从7.6mg/L降至2.2mg/L，SS从24mg/L降至9.1mg/L，治理效果十分显著[2]。

c.生物活性炭填充柱净化法

该法是一种以活性炭为填料的生物膜净化法。它主要是利用活性炭对基质的强吸附能力，同时为微生物的附着生长提供较大的比表面积，特别是细菌分解水中有机物的“生物膜效应”和微生物吸着在活性炭上分解有机物的“生物再生效应”以及活性炭微孔隙捕捉有机物的“吸着效应”去除河水中的污染物质，使水质得到改善。该方法充分发挥了活性炭比表面积大、空隙大和吸附性能好的特性，使附着在其表面的微生物种类多、数量大、活性强、增殖速度快，形成了吸附与好氧生物膜的完美结合，进一步提高了生物膜的净化能力。

3. 微生物制剂技术

选育高效菌株制成为微生物复合制剂处理污染水体。其过程以酶促反应为基础，通过生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为催化剂，净化污水、分解淤泥、消除恶臭。

目前国内外常用的投菌技术有集中式生物系统（central biological system,CBS）,高效复合微生物菌群（EM）等技术。

CBS技术是由美国CBS公司的科学家开发研制的一种高科技生物修复技术，它是由几十种具备各种功能的微生物组成的一个良性循环的微生物系统。该技术是在无固定设备且完全自然状态下，在流动的水体中，利用向河道喷洒生物菌团使淤泥脱水，让水和淤泥分离，然后再削减或消除有机污染物，达到硝化底泥、净化水质的目的。重庆桃花溪在2000年3—4月间曾使用CBS技术净化河水。结果显示，BOD5的去除率为83.1%—86.6%，COD的去除率为74.3%—80.9%，氮的去除率为53%—68.2%,磷的去除率为74.3%—80.9%，净化效果十分明显[3]。

EM（Effective Micro-organisms）技术始于20世纪80年代初，是由日本琉球大学教授比嘉照夫先生开发成功的一项微生物技术。EM菌群是由5科10属80多种对人类有益的微生物复合培养而成，它在生长过程中能迅速分解污水中的有机物，同时依靠相互间互生作用

及协同作用，代谢出抗氧化物质，生成稳定而复杂的微生态系统，抑制有害微生物的生长繁殖，激活水中具有净化功能的水生生物，通过这些生物的综合效应从而达到净化与修复水体的目的。据李捍东等利用EM对广西南宁某污水塘进行水质净化试验的报道，向水面定期投放EM菌液，BOD5的去除率达70.7%，COD的去除率在60%以上，EM还能将造成水体富营养的氮转化成亚硝酸盐或硝酸盐，EM对磷的去除效果也很不错，去除率可达75%[4]。

4. 生物浮岛技术

生物浮岛技术是模拟适合水生植物和微生物生长的环境，在被污染水体中利用人工的栽培设施种植水生植物，构建适合微生物生长的栖息地，利用植物吸收、微生物分解等多重作用净化水质的技术。生物浮岛一般由浮岛载体、基质和植物3部分组成。

生物浮岛是利用漂浮栽培的技术在被污染的水体中种植挺水植物和陆生植物，利用植物直接吸收水体中的氮、磷等营养元素，同时在植物根系形成生物膜，利用微生物的分解和合成代谢，有效去除水中的有机污染物和其他营养元素。关于生物浮岛对水体净化作用的研究已有许多报道，其中对总氮、总磷的去除率大都能达到70％以上。

生物浮岛水生植物选择原则：

◆选择的植物应为适宜水系水质条件生长的多年生水生植物；

◆以耐污抗污、且具有较强的治污净化潜能的植物为主；

◆根系发达、根茎分蘖繁殖能力强，即个体分株快；

◆植物生长快、生物量大；

◆选择冬季常绿的水生植物或驯化后的具有景观价值的陆生植物；

◆满足景观空间形态的需求，综合岸线景观和湖面倒影、水面植物进行适当的景观组

织。

近年来世界上己有许多湖泊、池塘和河流采用了这一技术。在国外，德国很早以前就利用橡皮筏提供浮力制作干式浮岛来改善景观，日本在Kasumikaura 湖利用高强度泡沫、木架、棕网制作浮岛来改善水体。国内也已有许多生态浮岛的工程实例，如南京玄武湖、上海苏州河、无锡五里湖等，均获得很好的应用效果。

5. 生物栅修复技术

生物栅是将生物膜技术与水生植物加以结合用以扩大生物附着表面积的一种新颖污染净化技术，在曝气的条件下，微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变成气、液、固三相，这种转变为微生物创造了更丰富的存在形式，形成更为复杂的复合式生态系统。污染水体流经时，悬浮物被填料和根系阻挡截留，有机质通过植物、生物膜的吸附及同化、异化作用而除去。

南京大学任洪强等人在2005年申请的“生物栅净化河道沟渠水体的方法”专利技术中使用了在河道内安装组合填料的方法。使用这种方法COD的去除率达到35%~50%；N的去除率可达到15%~30%；P的去除率为15%~20%。使用生物栅技术对上海市绥宁河富营养化段水体和稀释后的黑臭河水进行处理。生物栅处理绥宁河富营养化河水，120h后TP的去除率在61.5%~68.7%；NH4+-N的去除率在46.0%~92.9%；TN的去除率在18.5%~90.9%；COD 去除率为63.3%~74.7%。生物栅处理绥宁河富营养化河水中120h内对NH4+-N和TN的去除率不高，继续处理到240h时，NH4+-N和TN的去除率分别为93.0%和90.9%，绥宁河河水综合污染指数由最初的36.0下降到6.2。生物栅处理稀释后的黑臭河水120h后TP、NH4+-N、TN、COD的去除率分别为94.9%、83.4%、77.5%、和15.2%，水体综合污染指数由16.3下降到2.9[5]。

6. 人工湿地技术

人工湿地技术起始于20世纪70年代，当时将湿地系统与氧化塘处理相结合以提高处理效果；80年代发展为人工建造的、以不同粒径的砾石为填料基质，种植湿生植物的处理系统。该技术利用基质、微生物、植物这个复合生态系统的物理、化学、生物等多重作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等实现对水体的净化，人工湿地具有如下特点：①建造和运行费用便宜；②易于维护，技术含量低；③可进行有效可靠的污水处理；④可缓冲对水力和污染负荷的冲击；⑤可直接和间接提供效益，如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。但也有不足：①占地面积大；②设计、运行参数不精确；③生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏；④易受病虫害影响。

人工湿地的水生植物通常选用香蒲属、普通芦苇、灯芯草、苔草属等品种，但各地对湿地植物的选择一定程度上依赖于经验。水生植物的选择，以土著品种、生物量增长速度快、根系发达和有一定经济价值为原则。

7. 水生植物净化技术

通过种植水生植物，利用植物对无机营养盐的吸收、转化和积累，并经过人工定期打捞回收，可以有效去除水体中的氮磷营养盐，达到净化水质，抑制藻类生长的目的。水生植物可选择观赏性较强的漂浮、浮叶植物和水生花卉，以美化景观。当景观水体基质为土质时，还可以种植一些挺水和沉水植物，在有效吸收底泥和水中营养盐的同时，兼起防止底泥悬浮的作用。如南京莫愁湖种植莲藕，年产莲藕25万kg，带出氮60多吨，磷1吨。此外，水生植物还有直接吸收有机质和悬浮物、为微生物和水生动物提供附着场所和改良生活环境等作用，并可以通过与微生物的共同代谢作用，对水体进行净化

水生植物的选择应用原则：

（1）选择适应能力强的植物；（2）选择净化能力强的植物；（3）合理搭配物种；（4）所选的植物最好有广泛用途或经济价值高。

三、结语

随着人们生活水平的提高和对环境保护意识的日益增强，对于景观水处理的重要性及必要性必将有更深入的认识，景观水处理也必将成为今后水处理的研究热点。笔者介绍了景观水的几种生态修复方法，在工程实施中还需要对其进行优化、组合，才能获得满意的处理效果。

参考文献

[1] 田伟君,翟金波,王超, 城市缓流水体的生物强化净化技术[J]. 环境污染治理技术与设备,2003, 4(9):58-62.

[2] 董哲仁,刘蒨,曾向辉.生态-生物方法水体修复技术[J].中国水利,2002,3:8-10.

[3 丁吉震.CBS水体修复技术[J]. 洁净煤技术,2000,6(4):36-38.

[4] 李捍东,王庆生,张国宁等.优势复合菌群用于城市生物污水净化新技术的研究[J].环境科学研究,2000,13(5):14-16.

[5] 韩波波,杨清海,李秀艳.生物栅对绥宁河河水修复效果的研究[J].辽东学院学报,2007,14(3):150-153.

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