城市景觀水體的生態(tài)修復方法

1、城市景觀水體的生態(tài)修復方法寧冰顏秀勤王金麗（國家城市給水排水工程技術研究中心）關鍵詞：景觀水生態(tài)修復摘要：本文較全面地介紹了城市景觀水體的生態(tài)修復方法，包括：曝氣復氧技術、生物膜處理技術、 微生物制劑技術、生物浮島技術、生物柵修復技術、人工濕地技術、水生植物凈化技術，以及各類修復方 法的工程應用和取得的效果。、八、刖言生物-生態(tài)修復（Bioremediation ）是國內外近 10年開發(fā)，并已成功地用于治理受污染 土壤、地表水體、地下水及近海洋面的一種新技術。它利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生 物的生命活動，對水中污染物進行轉移、轉化及降解，使污染物在現(xiàn)場（或稱就地）降解成 CO2、H2O，或

2、轉化成無害物質，具有原位凈化水質，凈化費用省，環(huán)境影響小，能使污染 物最大限度降低等特點，同時也可以恢復水體中的水生生態(tài)結構、增加水體自凈能力。當前,國內外的自然水體生態(tài)修復技術包括曝氣復氧技術、生物膜法處理技術、微生物制劑技術、 生態(tài)床技術、生物柵修復技術、人工濕地處理技術、水生植物凈化技術等。二、景觀水體的生態(tài)修復方法1曝氣復氧技術曝氣復氧技術是根據(jù)水體受到污染后缺氧的特點，人工向水體中充入空氣（或氧氣），加速水體復氧過程， 提高水體的溶解氧水平，恢復和增強水體中好氧微生物的活力，促進上下層水體的混合，使水體保持好氧狀態(tài)，同時抑制底泥氮、磷的釋放，防止水體黑臭，使水 體中的污染物質得以凈化

3、，從而改善水體水質。河道曝氣方式一般采用固定式充氧站和移動式充氧平臺兩種形式。固定式充氧站即是在河道污染段的河岸上設置鼓風機房或液氧站，通過管道將空氣或氧氣引人河道水體中，達到河道增氧的目的，德國的 Emscher河、Fulda河和Teltow河，均采用這種形式充氧。當河道 較淺且無景觀要求時，一般可采用機械曝氣的形式，多為浮筒式結構，直接固定于河道中， 杭州大運河的支流就曾用機械曝氣的形式。移動式充氧平臺的主要形式有移動式曝氣船，即是通過載有供氧裝置的船只在污染河道中的靈活運行向污染水體中供氧。河流水質變化的不同時期應用河道曝氣技術，可以分別達到消除黑臭，減少水體污染負荷，促進河流生態(tài)系統(tǒng)

4、的恢復等效果。英國泰晤士河、德國Saar河、澳大利亞的斯旺河，均采用這種形式曝氣復氧。國內外的實際運行經驗表明，在河道中進行充氧不但能改善水體黑臭狀況，而且能使上層底泥中還原性物質得到氧化或降解。曝氣在河底沉積物表層形成了一個以兼性菌為主的環(huán)境，并使沉積物表層具備了好氧菌群生長刺激的潛能，從而能夠在較短的時間內降低水體中有機污染物，提高水體溶解氧的濃度，增強水體的自凈作用，改善水環(huán)境。2. 生物膜法處理技術生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種 特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強對污染物的降解作用，使水體在生物降解、物理

5、吸附、沉降、過濾等作用下得到凈化。其反應過程是： 基質向生物膜表面擴散，在生物膜內部擴散， 微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學反應，代謝生成物排出生物膜。生物膜法主要工藝方法有生物接觸氧化法、礫間接觸氧化法、 生物活性炭凈化法、 生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法具有較高的處理效率，對于受有機物及氨氮輕度污染水體有明顯的去除效果。日本、韓國等都有對江河大水體修復的工程實例。a. 生物接觸氧化法生物接觸氧化法是利用微生物的作用去除水體中的有機物、氮等污染物。目前該法已經廣泛應用于污水及微污染水源水的處理，根據(jù)國內外報道，生物接觸氧化法對微污染水體的COD、NH 4+-N的去除率可分別達

6、到 20%30%和80%90%，是一種行之有效的處理方法。 但生物接觸氧化法需要布置專門的填料、曝氣系統(tǒng)以及建立處理構筑物，投資和運行費用較大。此外生物接觸氧化法對磷的去除效果較差。因此該法在景觀水體水質凈化與保持中的應用有一定的局限性。b. 礫間接觸氧化法該方法是根據(jù)河床生物膜凈化河水的原理設計而成，通過人工填充的礫石，使水與生物膜的接觸面積增大數(shù)十倍，甚至上百倍。水中污染物在礫間流動過程中與礫石上附著的生物膜接觸、沉淀，進而被生物膜作為營養(yǎng)物質而吸附、氧化分解，從而使水質得到改善。例如 以直徑為5cm的礫石填充河床面積為1m2、高為1m的河流，這時河床的生物膜面積就變成了原來的100倍，河

7、流的凈化能力也就增強了100倍。該方法使用天然材料為接觸材，花費少，凈化效果好，因此得到了廣泛的應用。例如日本野川的礫間接觸氧化凈化場，設立在野川一側的河灘地帶，為地下構造式。運行6年以來，效果良好，出水BOD和SS的平均值為5.2mg/L和3.3mg/L ,去除率分別為59.1%和63.3%。位于日本江戶川支流坂川的古崎凈 化場，利用卵石接觸氧化法對水體進行凈化，通過凈化場后，水質明顯提高，BOD從23mg/L降至5.7mg/L，氨氮從7.6mg/L降至2.2mg/L，SS從24mg/L降至9.1mg/L，治理效果十分顯 著。c. 生物活性炭填充柱凈化法該法是一種以活性炭為填料的生物膜凈化法

8、。它主要是利用活性炭對基質的強吸附能 力，同時為微生物的附著生長提供較大的比表面積，特別是細菌分解水中有機物的“生物膜效應”和微生物吸著在活性炭上分解有機物的“生物再生效應”以及活性炭微孔隙捕捉有機物的“吸著效應”去除河水中的污染物質，使水質得到改善。該方法充分發(fā)揮了活性炭比表面積大、空隙大和吸附性能好的特性，使附著在其表面的微生物種類多、數(shù)量大、活性強、 增殖速度快，形成了吸附與好氧生物膜的完美結合，進一步提高了生物膜的凈化能力。3. 微生物制劑技術選育高效菌株制成為微生物復合制劑處理污染水體。其過程以酶促反應為基礎，通過生物體內產生的具有催化功能的特殊蛋白質作為催化劑，凈化污水、分解淤泥、

9、消除惡臭。目前國內外常用的投菌技術有集中式生物系統(tǒng)(central biological system,CBS )，高效復合微生物菌群(EM )等技術。CBS技術是由美國CBS公司的科學家開發(fā)研制的一種高科技生物修復技術，它是由幾 十種具備各種功能的微生物組成的一個良性循環(huán)的微生物系統(tǒng)。該技術是在無固定設備且完全自然狀態(tài)下，在流動的水體中，利用向河道噴灑生物菌團使淤泥脫水，讓水和淤泥分離， 然后再削減或消除有機污染物，達到硝化底泥、凈化水質的目的。重慶桃花溪在2000年34月間曾使用 CBS技術凈化河水。結果顯示，BOD5的去除率為83.1%86.6%，COD的去除率為74.3%80.9%，氮

10、的去除率為 53% 68.2%,磷的去除率為 74.3% 80.9%，凈化效 果十分明顯。EM ( Effective Micro-organisms )技術始于 20世紀80年代初，是由日本琉球大學教授 比嘉照夫先生開發(fā)成功的一項微生物技術。EM菌群是由5科10屬80多種對人類有益的微生物復合培養(yǎng)而成，它在生長過程中能迅速分解污水中的有機物，同時依靠相互間互生作用及協(xié)同作用，代謝出抗氧化物質，生成穩(wěn)定而復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，抑制有害微生物的生長繁殖，激活水中具有凈化功能的水生生物，通過這些生物的綜合效應從而達到凈化與修復水體的目的。據(jù)李捍東等利用EM對廣西南寧某污水塘進行水質凈化試驗的報道，向水

11、面定期投放EM菌液，BOD5的去除率達70.7%，COD的去除率在60%以上，EM還能將造成水體富 營養(yǎng)的氮轉化成亞硝酸鹽或硝酸鹽，EM對磷的去除效果也很不錯，去除率可達75%。4. 生物浮島技術生物浮島技術是模擬適合水生植物和微生物生長的環(huán)境，在被污染水體中利用人工的栽培設施種植水生植物，構建適合微生物生長的棲息地，利用植物吸收、微生物分解等多重作 用凈化水質的技術。生物浮島一般由浮島載體、基質和植物3部分組成。生物浮島是利用漂浮栽培的技術在被污染的水體中種植挺水植物和陸生植物，利用植物直接吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素，同時在植物根系形成生物膜，利用微生物的分解和合 成代謝，有效去除水中的有

12、機污染物和其他營養(yǎng)元素。關于生物浮島對水體凈化作用的研究已有許多報道，其中對總氮、總磷的去除率大都能達到70%以上。生物浮島水生植物選擇原則：選擇的植物應為適宜水系水質條件生長的多年生水生植物； 以耐污抗污、且具有較強的治污凈化潛能的植物為主； 根系發(fā)達、根莖分蘗繁殖能力強，即個體分株快； 植物生長快、生物量大；選擇冬季常綠的水生植物或馴化后的具有景觀價值的陸生植物；滿足景觀空間形態(tài)的需求，綜合岸線景觀和湖面倒影、水面植物進行適當?shù)木坝^組 織。近年來世界上己有許多湖泊、池塘和河流采用了這一技術。在國外，德國很早以前就利用橡皮筏提供浮力制作干式浮島來改善景觀，日本在Kasumikaura湖利用高

13、強度泡沫、木架、棕網制作浮島來改善水體。國內也已有許多生態(tài)浮島的工程實例，如南京玄武湖、上海蘇州河、無錫五里湖等，均獲得很好的應用效果。5. 生物柵修復技術生物柵是將生物膜技術與水生植物加以結合用以擴大生物附著表面積的一種新穎污染 凈化技術，在曝氣的條件下，微生物生存的基礎環(huán)境由原來的氣、液兩相轉變成氣、液、固 三相，這種轉變?yōu)槲⑸飫?chuàng)造了更豐富的存在形式， 形成更為復雜的復合式生態(tài)系統(tǒng)。污染水體流經時，懸浮物被填料和根系阻擋截留， 有機質通過植物、生物膜的吸附及同化、異化作用而除去。南京大學任洪強等人在 2005年申請的“生物柵凈化河道溝渠水體的方法”專利技術中 使用了在河道內安裝組合填料的

14、方法。使用這種方法COD的去除率達到35%50% ;N的去除率可達到15%30% ； P的去除率為15%20%。使用生物柵技術對上海市綏寧河富營養(yǎng)化 段水體和稀釋后的黑臭河水進行處理。生物柵處理綏寧河富營養(yǎng)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 去除率為63.3%74.7%。生物柵處理綏寧河富營養(yǎng)化河水中120h內對NH4+-N和TN的去除率不高，繼續(xù)處理到 240h時，NH4+-N和TN的去除率分別為93.0%和90.9%，綏寧河河水 綜合污染指數(shù)由最初的 36.0下降

15、到6.2。生物柵處理稀釋后的黑臭河水120h后TP、NH4+-N、TN、COD的去除率分別為 94.9%、83.4%、77.5%、和15.2%，水體綜合污染指數(shù)由 16.3下 降到 2.95。6. 人工濕地技術人工濕地技術起始于 20世紀70年代，當時將濕地系統(tǒng)與氧化塘處理相結合以提高處理 效果；80年代發(fā)展為人工建造的、以不同粒徑的礫石為填料基質，種植濕生植物的處理系 統(tǒng)。該技術利用基質、微生物、植物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學、生物等多重作用，通 過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實現(xiàn)對水體的凈化，人工濕地具 有如下特點：建造和運行費用便宜；易于維護，技術含量低；可進行有

16、效可靠的污水處理；可緩沖對水力和污染負荷的沖擊；可直接和間接提供效益，如水產、畜產、造紙 原料、建材、綠化、野生動物棲息、娛樂和教育。但也有不足：占地面積大；設計、運 行參數(shù)不精確；生物和水力復雜性及對重要工藝動力學理解的缺乏；易受病蟲害影響。人工濕地的水生植物通常選用香蒲屬、普通蘆葦、燈芯草、苔草屬等品種，但各地對濕地植物的選擇一定程度上依賴于經驗。水生植物的選擇，以土著品種、生物量增長速度快、 根系發(fā)達和有一定經濟價值為原則。7. 水生植物凈化技術通過種植水生植物，利用植物對無機營養(yǎng)鹽的吸收、轉化和積累，并經過人工定期打撈回收，可以有效去除水體中的氮磷營養(yǎng)鹽，達到凈化水質，抑制藻類生長的目

17、的。水生植物可選擇觀賞性較強的漂浮、浮葉植物和水生花卉，以美化景觀。當景觀水體基質為土質時， 還可以種植一些挺水和沉水植物，在有效吸收底泥和水中營養(yǎng)鹽的同時，兼起防止底泥懸浮的作用。如南京莫愁湖種植蓮藕，年產蓮藕25萬kg,帶出氮60多噸，磷1噸。此外，水生植物還有直接吸收有機質和懸浮物、為微生物和水生動物提供附著場所和改良生活環(huán)境等作用，并可以通過與微生物的共同代謝作用，對水體進行凈化水生植物的選擇應用原則：(1)選擇適應能力強的植物；(2)選擇凈化能力強的植物；(3)合理搭配物種；(4)所選的植物最好有廣泛用途或經濟價值高。三、結語隨著人們生活水平的提高和對環(huán)境保護意識的日益增強，對于景觀

18、水處理的重要性及必要性必將有更深入的認識，景觀水處理也必將成為今后水處理的研究熱點。筆者介紹了景觀水的幾種生態(tài)修復方法，在工程實施中還需要對其進行優(yōu)化、組合，才能獲得滿意的處理效果。參考文獻1 田偉君，翟金波，王超,城市緩流水體的生物強化凈化技術J.環(huán)境污染治理技術與設備,2003, 4(9):58-62.2 董哲仁，劉蒨，曾向輝.生態(tài)-生物方法水體修復技術J.中國水利,2002,3:8-10.3 丁吉震.CBS水體修復技術J.潔凈煤技術,2000,6(4):36-38.4 李捍東，王慶生，張國寧等優(yōu)勢復合菌群用于城市生物污水凈化新技術的研究J.環(huán)境科學研究,2000,13(5):14-16.5 韓波波，楊清海，李秀艷生物柵對綏寧河河水修復效果的研究J.遼東學院學報,2007,14(3):150-153.僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f