生態(tài)修復(fù)技術(shù)對水環(huán)境治理的影響

1生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)

水環(huán)境治理應(yīng)遵循自然規(guī)律,以修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的氧傳輸鏈為切入點(diǎn),建立或恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng),同時優(yōu)化水生生物種群結(jié)構(gòu),提高食物鏈的物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力,以強(qiáng)化水體的生物自凈能力。因此,結(jié)合社會對物質(zhì)生產(chǎn)的需求,根據(jù)生態(tài)平衡原理,因地制宜地應(yīng)用生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境治理就必然是主要手段和發(fā)展方向。

1.1生物生態(tài)修復(fù)的概念

水體的生物生態(tài)修復(fù)技術(shù),是利用培養(yǎng)、接種微生物或培育水生植物和水生動物,遵循生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)動態(tài)平衡的原則,對水中污染物進(jìn)行吸收、降解、轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移作用,從而使水體得到凈化的技術(shù)。該技術(shù)是對自然界自我恢復(fù)能力、自凈能力的一種強(qiáng)化,具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)處理范圍廣、污染物去除率高、時間短、效果好;(2)生物生態(tài)水體修復(fù)的工程造價相對較低,不需耗能或低耗能,運(yùn)行成本低廉;(3)屬原位修復(fù),可使污染物在原地被清除,操作簡便;(4)不產(chǎn)生二次污染,對周圍的環(huán)境影響小。

1.2生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)分類

根據(jù)凈化水體的主體及其作用,生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)分為微生物凈化、植物凈化、動物凈化、生物凈化等,就治理水體污染技術(shù)發(fā)展趨勢而言,趨向于多種技術(shù)集成。而具體由哪幾種技術(shù)集成,則要根據(jù)治理水域的污染性質(zhì)、程度、氣候、生態(tài)環(huán)境條件和階段性或最終的目標(biāo)而定。目前,在水環(huán)境治理實(shí)踐中,經(jīng)常應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)和工程措施見表1。

2適用的生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)

根據(jù)國內(nèi)外大量的實(shí)踐表明,生物生態(tài)修復(fù)必須和污染源控制相結(jié)合,采取的技術(shù)線路可歸納為“高強(qiáng)度治污,自然生態(tài)恢復(fù)”。即先投入大量的物力、財力、人力對河湖流域的污水進(jìn)行截流并統(tǒng)一進(jìn)行處理,達(dá)標(biāo)后排放,再利用河湖水體的自我調(diào)節(jié)機(jī)能進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。對于水體黑臭,除厭氧菌外,其它微生物無法生存,水體生態(tài)功能喪失殆盡的河道,則必須先采用生態(tài)調(diào)水、底泥生態(tài)疏浚、人工增氧、生物酶制劑和外源微生物投放等工程措施,改善水體質(zhì)量,為后續(xù)生物生態(tài)凈水技術(shù)的介入創(chuàng)造條件。天津市地處華北平原東北部,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降水量550~720mm,且時空分布不均。而當(dāng)?shù)囟嗄昶骄舭l(fā)量850~1300mm,年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量,加之冬季寒冷而漫長,期間生物凈化作用大幅降低,河湖水體的水量、水質(zhì)變幅較大;因此,在應(yīng)用生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理時,必須和工程措施相結(jié)合,而具體的工程措施則應(yīng)根據(jù)河湖水體的水量水質(zhì)、可引調(diào)水量、水系連通情況、施工難易、工程費(fèi)用綜合分析比較確定。

2.1城區(qū)水系

城區(qū)水系是一個開放的系統(tǒng),承擔(dān)著城市防洪、排瀝任務(wù)。城區(qū)水系污染種類眾多,來源復(fù)雜,在采取截污措施控制河道點(diǎn)源污染前提下,還受到城市雨水管道系統(tǒng)形成的面源污染和大氣降塵污染,一般污染程度較重,主要包括有機(jī)物、無機(jī)鹽、重金屬等,污染物排入水體的速度遠(yuǎn)大于水體的自凈速度;因此,在確保城市防洪和排瀝安全的情況下,采用生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境治理,逐步形成生物群落多樣動態(tài)穩(wěn)定、可自我調(diào)節(jié)的水系生態(tài)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)人與自然和諧,建立人—水—城市的可持續(xù)發(fā)展模式。

對于水體污染輕微城市河湖,在定期補(bǔ)水的基礎(chǔ)上,采用生物濾壩、復(fù)合生態(tài)濾床、人工生物浮島、水生植物栽植、水生動物投放等生物修復(fù)技術(shù)。其中,人工生態(tài)浮島凈水技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要,該技術(shù)把水生、濕生、陸生等植物完美地組合在一個系統(tǒng)上,把昆蟲、蝶類、鳥類、兩棲動物和諧地棲息在相對隔離的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)。浮島凈水技術(shù)和沉水植物的生態(tài)修復(fù)相結(jié)合,水體可望長期保持清澈與潔凈。根據(jù)有關(guān)資料,浙江慈溪長河鎮(zhèn)生物浮床植物凈水技術(shù)治理該鎮(zhèn)主要穿鎮(zhèn)河道,兩岸設(shè)置了近1000m人工浮島和400m塑料浮床,栽培水生美人蕉、再力花、菖蒲、水蠟燭等水生植物,水質(zhì)透明深度達(dá)70cm以上,與沒有經(jīng)過試點(diǎn)的河道相比,其水質(zhì)透明度增加了30多cm。人工生態(tài)浮島需要循環(huán)操作管理,結(jié)合無土栽培技術(shù)的發(fā)展和陸生觀賞、食用、藥用等植物的改良,生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用前景將更為廣闊。

對于水體變黑發(fā)臭、污染嚴(yán)重的城市河湖,要根據(jù)水底污染物淤積量、污染物構(gòu)成等情況,采取底泥生態(tài)疏浚以削減底泥對水體的污染,或采取河道曝氣增氧、生物酶制劑和外源微生物投放工程措施,加快水體中有機(jī)物降解速度,促使形成水生植物尤其是浮葉和沉水植物的生存環(huán)境條件。一旦水生植物介入,即可應(yīng)用上述生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境治理,水生態(tài)系統(tǒng)就可望能夠修復(fù),魚兒游水草漂、岸綠景美的良性城市水生態(tài)景觀就會重現(xiàn)。近年來,生活污水生物生態(tài)處理技術(shù)發(fā)展迅猛,如SUNPOND-KOT生物處理技術(shù)、QBO人工湖泊水處理技術(shù)等,利用生物學(xué)、水生生態(tài)學(xué)原理,使人工河湖水域生態(tài)平衡,達(dá)到并保持地面水域景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),具有設(shè)備少、施工簡單、工程建設(shè)費(fèi)和運(yùn)行養(yǎng)護(hù)費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn),對于推動城市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要的啟示意義。

2.2外圍水系

受人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)業(yè)面污染(化肥流失、禽畜養(yǎng)殖、漁業(yè)養(yǎng)殖)的影響,外圍水系的水環(huán)境問題主要是水體富營養(yǎng)化。由于外圍水系具有水量大且變化不穩(wěn)定的特點(diǎn),因而水環(huán)境治理難度大,還存在循環(huán)往復(fù)的特點(diǎn)。結(jié)合國內(nèi)外水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展趨勢,主要采用濕地系統(tǒng)、人工生物浮床、生物廊道等來進(jìn)行治理和修復(fù)。濕地是自然環(huán)境中自凈能力最強(qiáng)的區(qū)域之一,其凈化機(jī)理主要是通過沉降、過濾、化學(xué)沉淀和吸附、微生物反應(yīng)和植物吸收等反應(yīng)過程除去水中的污染物,具有成本低、效率高、可持續(xù)的特點(diǎn)。天津市境內(nèi)洼地眾多,濕地資源豐富,擁有北大港、七里海、大黃堡洼、團(tuán)泊洼等濕地,濕地面積達(dá)24.9萬hm2,占全市土地面積的20.9%,具有水環(huán)境治理的天然優(yōu)勢。首先完善天津市境內(nèi)的河道、湖泊、濕地水系連通體系,將河道流水引入濕地。其次,結(jié)合氣候和水體環(huán)境的特點(diǎn),由內(nèi)到外培植栽種經(jīng)過選擇的耐污染、耐寒、去除力強(qiáng)的水生、濕生、陸生植物,同時放養(yǎng)水生動物,形成穩(wěn)定的水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng),通過植物、微生物的吸收和生物降解等方式實(shí)現(xiàn)對污染物的過濾、攔截、吸收、移除,降低污染物濃度,達(dá)到凈化水體改善水質(zhì)的目的。

結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn),應(yīng)用生物浮床技術(shù)和生物調(diào)控技術(shù)對外圍水系的局部性水質(zhì)進(jìn)行控制。生物浮床技術(shù)按照自然規(guī)律,在以富營養(yǎng)化為主體的污染水域水面利用特殊材料的浮床種植糧食、蔬菜、花卉或綠色植物等各種適宜的陸生植物,清理下來的水生植物可加工成飼料、綠肥或用于沼氣,形成一個產(chǎn)業(yè)鏈。通過植物根部的吸收、吸附作用,削減富集水體中的氮、磷及有害物質(zhì),從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果,同時美化綠化水域景觀。生物調(diào)控是用調(diào)整生物群落結(jié)構(gòu)的方法控制水質(zhì),主要是投放、發(fā)展某些魚種,抑制或消除另外一些魚種,通過調(diào)整魚群結(jié)構(gòu),保護(hù)和發(fā)展大型牧食性浮游動物,使水系中整個食物網(wǎng)適合于浮游動物或魚類對藻類的食用和消耗,控制藻類過量生長,從而改善水系環(huán)境質(zhì)量。岸邊因素對于控制河流水質(zhì)、維持河床的穩(wěn)定和生物多樣性等起著非常重要的因素。根據(jù)天津市河道沿岸灘地的分布情況,結(jié)合農(nóng)業(yè)區(qū)劃,利用植被覆蓋河道兩岸灘地,構(gòu)成岸邊水陸交錯帶、植被緩沖帶、農(nóng)田耕作帶、堤防防護(hù)林帶,建立生態(tài)廊道,為生物多樣性創(chuàng)造條件,恢復(fù)河流的自我調(diào)控能力和自我修復(fù)功能,提高河道自然凈化能力。

3結(jié)語

(1)天津市地處海河流域下游,水環(huán)境治理任務(wù)艱巨而又迫切,利用生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境治理,是“遵循自然、師法自然”具體應(yīng)用,具有凈化效果好、成本低的特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益完美統(tǒng)一的最佳途徑,是水環(huán)境治理的發(fā)展方向。

(2)水環(huán)境治理必須系統(tǒng)規(guī)劃和綜合治理。河湖水系及其生態(tài)系統(tǒng)具有完整性,因此需要系統(tǒng)規(guī)劃,從全局出發(fā),兼顧干支流、上下游、滯洪洼淀、河口、沿岸自然環(huán)境和社會發(fā)展等各個方面統(tǒng)籌考慮,同時將水環(huán)境治理與防洪、航運(yùn)、城市用水、橋梁、景觀等結(jié)合起來,進(jìn)行綜合治理,優(yōu)化突出整體利益。

(3)突出重點(diǎn)和逐步實(shí)施。由于水環(huán)境治理需要人力和物力的極大投入,而且利用生物生態(tài)技術(shù)治理河湖水環(huán)境屬前沿課題,因此,在具體實(shí)施時,需要突出重點(diǎn),將河道按優(yōu)先順序劃分為不同的河段,將治理內(nèi)容按緊迫性和重要性進(jìn)行優(yōu)先排序,分期逐段實(shí)施。