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生态修复技术对水环境治理的影响

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1生物生态修复技术

水环境治理应遵循自然规律,以修复水生态系统的氧传输链为切入点,建立或恢复水生态系统,同时优化水生生物种群结构,提高食物链的物质转化能力,以强化水体的生物自净能力。因此,结合社会对物质生产的需求,根据生态平衡原理,因地制宜地应用生物生态修复技术进行水环境治理就必然是主要手段和发展方向。

1.1生物生态修复的概念

水体的生物生态修复技术,是利用培养、接种微生物或培育水生植物和水生动物,遵循生态系统的能量流动和物质循环动态平衡的原则,对水中污染物进行吸收、降解、转化及转移作用,从而使水体得到净化的技术。该技术是对自然界自我恢复能力、自净能力的一种强化,具有以下优点:(1)处理范围广、污染物去除率高、时间短、效果好;(2)生物生态水体修复的工程造价相对较低,不需耗能或低耗能,运行成本低廉;(3)属原位修复,可使污染物在原地被清除,操作简便;(4)不产生二次污染,对周围的环境影响小。

1.2生物生态修复技术分类

根据净化水体的主体及其作用,生物生态修复技术分为微生物净化、植物净化、动物净化、生物净化等,就治理水体污染技术发展趋势而言,趋向于多种技术集成。而具体由哪几种技术集成,则要根据治理水域的污染性质、程度、气候、生态环境条件和阶段性或最终的目标而定。目前,在水环境治理实践中,经常应用的修复技术和工程措施见表1。

2适用的生物生态修复技术

根据国内外大量的实践表明,生物生态修复必须和污染源控制相结合,采取的技术线路可归纳为“高强度治污,自然生态恢复”。即先投入大量的物力、财力、人力对河湖流域的污水进行截流并统一进行处理,达标后排放,再利用河湖水体的自我调节机能进行生态修复。对于水体黑臭,除厌氧菌外,其它微生物无法生存,水体生态功能丧失殆尽的河道,则必须先采用生态调水、底泥生态疏浚、人工增氧、生物酶制剂和外源微生物投放等工程措施,改善水体质量,为后续生物生态净水技术的介入创造条件。天津市地处华北平原东北部,属暖温带半湿润大陆性季风气候,多年平均降水量550~720mm,且时空分布不均。而当地多年平均蒸发量850~1300mm,年蒸发量远大于降水量,加之冬季寒冷而漫长,期间生物净化作用大幅降低,河湖水体的水量、水质变幅较大;因此,在应用生物生态修复技术治理时,必须和工程措施相结合,而具体的工程措施则应根据河湖水体的水量水质、可引调水量、水系连通情况、施工难易、工程费用综合分析比较确定。

2.1城区水系

城区水系是一个开放的系统,承担着城市防洪、排沥任务。城区水系污染种类众多,来源复杂,在采取截污措施控制河道点源污染前提下,还受到城市雨水管道系统形成的面源污染和大气降尘污染,一般污染程度较重,主要包括有机物、无机盐、重金属等,污染物排入水体的速度远大于水体的自净速度;因此,在确保城市防洪和排沥安全的情况下,采用生物生态修复技术进行水环境治理,逐步形成生物群落多样动态稳定、可自我调节的水系生态系统,实现人与自然和谐,建立人—水—城市的可持续发展模式。

对于水体污染轻微城市河湖,在定期补水的基础上,采用生物滤坝、复合生态滤床、人工生物浮岛、水生植物栽植、水生动物投放等生物修复技术。其中,人工生态浮岛净水技术的应用至关重要,该技术把水生、湿生、陆生等植物完美地组合在一个系统上,把昆虫、蝶类、鸟类、两栖动物和谐地栖息在相对隔离的生态系统内。浮岛净水技术和沉水植物的生态修复相结合,水体可望长期保持清澈与洁净。根据有关资料,浙江慈溪长河镇生物浮床植物净水技术治理该镇主要穿镇河道,两岸设置了近1000m人工浮岛和400m塑料浮床,栽培水生美人蕉、再力花、菖蒲、水蜡烛等水生植物,水质透明深度达70cm以上,与没有经过试点的河道相比,其水质透明度增加了30多cm。人工生态浮岛需要循环操作管理,结合无土栽培技术的发展和陆生观赏、食用、药用等植物的改良,生物生态修复技术的应用前景将更为广阔。

对于水体变黑发臭、污染严重的城市河湖,要根据水底污染物淤积量、污染物构成等情况,采取底泥生态疏浚以削减底泥对水体的污染,或采取河道曝气增氧、生物酶制剂和外源微生物投放工程措施,加快水体中有机物降解速度,促使形成水生植物尤其是浮叶和沉水植物的生存环境条件。一旦水生植物介入,即可应用上述生物生态修复技术进行水环境治理,水生态系统就可望能够修复,鱼儿游水草漂、岸绿景美的良性城市水生态景观就会重现。近年来,生活污水生物生态处理技术发展迅猛,如SUNPOND-KOT生物处理技术、QBO人工湖泊水处理技术等,利用生物学、水生生态学原理,使人工河湖水域生态平衡,达到并保持地面水域景观水质标准,具有设备少、施工简单、工程建设费和运行养护费低等优点,对于推动城市水生态环境建设具有重要的启示意义。

2.2外围水系

受人为排放含营养物质的工业废水、生活污水以及农业面污染(化肥流失、禽畜养殖、渔业养殖)的影响,外围水系的水环境问题主要是水体富营养化。由于外围水系具有水量大且变化不稳定的特点,因而水环境治理难度大,还存在循环往复的特点。结合国内外水环境治理与生态修复经验和发展趋势,主要采用湿地系统、人工生物浮床、生物廊道等来进行治理和修复。湿地是自然环境中自净能力最强的区域之一,其净化机理主要是通过沉降、过滤、化学沉淀和吸附、微生物反应和植物吸收等反应过程除去水中的污染物,具有成本低、效率高、可持续的特点。天津市境内洼地众多,湿地资源丰富,拥有北大港、七里海、大黄堡洼、团泊洼等湿地,湿地面积达24.9万hm2,占全市土地面积的20.9%,具有水环境治理的天然优势。首先完善天津市境内的河道、湖泊、湿地水系连通体系,将河道流水引入湿地。其次,结合气候和水体环境的特点,由内到外培植栽种经过选择的耐污染、耐寒、去除力强的水生、湿生、陆生植物,同时放养水生动物,形成稳定的水环境生态系统,通过植物、微生物的吸收和生物降解等方式实现对污染物的过滤、拦截、吸收、移除,降低污染物浓度,达到净化水体改善水质的目的。

结合农业生产,应用生物浮床技术和生物调控技术对外围水系的局部性水质进行控制。生物浮床技术按照自然规律,在以富营养化为主体的污染水域水面利用特殊材料的浮床种植粮食、蔬菜、花卉或绿色植物等各种适宜的陆生植物,清理下来的水生植物可加工成饲料、绿肥或用于沼气,形成一个产业链。通过植物根部的吸收、吸附作用,削减富集水体中的氮、磷及有害物质,从而达到净化水质的效果,同时美化绿化水域景观。生物调控是用调整生物群落结构的方法控制水质,主要是投放、发展某些鱼种,抑制或消除另外一些鱼种,通过调整鱼群结构,保护和发展大型牧食性浮游动物,使水系中整个食物网适合于浮游动物或鱼类对藻类的食用和消耗,控制藻类过量生长,从而改善水系环境质量。岸边因素对于控制河流水质、维持河床的稳定和生物多样性等起着非常重要的因素。根据天津市河道沿岸滩地的分布情况,结合农业区划,利用植被覆盖河道两岸滩地,构成岸边水陆交错带、植被缓冲带、农田耕作带、堤防防护林带,建立生态廊道,为生物多样性创造条件,恢复河流的自我调控能力和自我修复功能,提高河道自然净化能力。

3结语

(1)天津市地处海河流域下游,水环境治理任务艰巨而又迫切,利用生物生态修复技术进行水环境治理,是“遵循自然、师法自然”具体应用,具有净化效果好、成本低的特点,是实现生态效益、经济效益、社会效益完美统一的最佳途径,是水环境治理的发展方向。

(2)水环境治理必须系统规划和综合治理。河湖水系及其生态系统具有完整性,因此需要系统规划,从全局出发,兼顾干支流、上下游、滞洪洼淀、河口、沿岸自然环境和社会发展等各个方面统筹考虑,同时将水环境治理与防洪、航运、城市用水、桥梁、景观等结合起来,进行综合治理,优化突出整体利益。

(3)突出重点和逐步实施。由于水环境治理需要人力和物力的极大投入,而且利用生物生态技术治理河湖水环境属前沿课题,因此,在具体实施时,需要突出重点,将河道按优先顺序划分为不同的河段,将治理内容按紧迫性和重要性进行优先排序,分期逐段实施。

作者:王文广单位:天津市水利勘测设计院

生态修复技术对水环境治理的影响责任编辑:陈老师    阅读:人次