生态——生物方法水体修复技术

生态一生物方法水体修复技术　口董哲仁摘要刘稿曾向辉　生物的方法来修复　利用植物或微生物对水休中的污染转进行处理，从而使水体得到净化，这一用生态水体的技术，廉价实用，适用我国江河期库大范围的污冰治理。　关键词生态生转污染水体修复　一、概进　据２０００年统计，我国河流水质在　１１．４万ｋｍ评价河长中，符合和优于Ⅲ　类水的河长占评价河长的５８．７％，比上　年下降３　７％。在评价的２４个湖泊中，９　个湖泊水质符合或优于Ⅲ类水，４个湖　泊部分水体受到污染，１１个湖泊水严　重污染　其中，太湖Ⅳ类水质断面占　６４％，Ｖ类术质断面占１２％。滇池水质　劣于Ｖ类，处于富营养状态。在评价的　１３９座主要水库中．有１１８座达到Ⅱ、Ⅲ　类水质标准，在未达到Ⅲ类水标准的　水库中，有８座劣于Ｖ类。在对９３座水　库进行营养化程度评价时，处于中营　养化状态的水库６５座，处于富营养化　状态的水库ｌ４座。这些情况说明我国　江河湖库水体污染状况严重，且有明　显恶化趋势　对受污染的江河湖库水体进行治　理修复，是社会经济发展及生态环境　建设的迫切需要。特别是南水北调东　线沿线的治污工程，量大面广，需要的　投资大，寻找先进实用、造价低廉的技　术迫在眉睫。　我国的江河湖库水体污染主要包　括氯磷等营养物和有机物污染两方　面。另外，湖泊水库蓝藻及赤潮给水域　生态、人体健康也造成了严重危害：对　于富营养化的控制，发达国家以控制　营养盐为主，大多采取“高强度治污一　自然生态恢复”的技术路线，即控制外　源磷污染负荷并配合生态恢复措施，　在这方面已经取得较大成效。　去除藻类与控制其生长是湖泊水　８　中冒水利２０ｏ２　３　库水体恢复与保护的难题，目前国际　上采用的技术主要有三类：①化学方　法：如加人化学药剂杀藻、加人铁盐促　进磷的沉淀、加入石灰脱氯等，但是易　造成＝次污染；②物理方法：疏挖底　泥、机械除藻、引水冲淤等，但往往治　标不治本；⑧生态一生物方法：是国外　近年来发展很快的一种新技术，水体　生态一生物修复技术是按照自然界自　身规律去恢复自然界的本来面貌，强　化自然界自身的自净能力去治理被污　染水体，这是人与自然和谐相处的合　乎逻辑的治污思路，也是一条创新的　技术路线。　生态一生物污水处理技术，是利　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、　转化及降解作用．从而使水体得到净　化的技术，具有处理效果好、工程造价　相对较低、不需耗能或低耗能、运行成　本低廉等优点。另外，这种处理技术不　向水体投放药剂，不会形成二次污染。　还可以与绿化环境及景观改善相结　合，在治理区建设休闲和体育设施．创　造人与自然相融合的优美环境。所以，　这种廉价实用技术预计适用我国江河　湖库大范围的污水治理。　二、主要处理工艺方法　生物处理技术包括好氧处理、厌　氧处理、厌氧一好氧组合处理，利用细　菌、藻类、微型动物的生物处理，利用　湿地、土壤、河湖等自然净化能力处理　等　以下重点介绍几种针对江河湖库　污染大水体的修复技术。　１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。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　生物分泌的酵紊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艘率，对于受　有机物及氪氮轻度污染水体有明显的　效果。它的有机负荷较高，接触停留时　间短，减少占地面积，节省投资。此外，　运行管理时没有污泥膨胀和污泥回流　问题，且耐冲击负荷。日本、韩国等都　有对江河大水体修复的工程实例。　２人Ｉ湿地处理技术　人工湿地的原理是利用自然生态　系统中物理、化学和生物的三重共同　作用来实现对污水的净化。这种湿地　系统是在一定长宽比及底面有坡度的　洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混　合组成填料床，污染水可以在床体的　填料缝隙中曲折地流动，或在床体表　面流动。在床体的表面种植具有处理　性能好、成活率高的水生植物（如芦苇　等），形成一个独特的动植物生态环　境，对污染水进行处理。　人工湿地的显著特点之一是其对　有机污染物有较强的降解能力。废水　中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、　维普资讯 http://www.cqvip.com

过滤作用，可　很陕地被截留进而被　微生物利用；废水中可溶眭有机物则　可通过植物根系生物膜的吸附、吸收　速：坂ＪＩＩ水质恶化，直接对金町等三个　水厂构成威胁，居民对饮用水殊道不　佳多有怨言。为治理坂川Ｉ，采取工程设　施将坂川改道，先流人古崎净化场。经　过古崎净化场后，坂川的枵染减少了　６０％～７０％，处理过的河水流人称为松　户川的新开人工渠道，然后注入江户川Ｉ。　古崎净化场是利用卵石接触氧化　法对水体进行净化。古崎净化场建在　其设计理念颇有新意，它一改传统设　计形式，不采用混凝土或块石村砌的　直线渠道，而　微弯曲的河道形态，岸　坡间有大小卵石，植有繁茂的芦苇和　其他植物，适于鲫鱼、鲋鱼等鱼类生　及生物代谢降解过程而被分解去除。　随着处理过程的不断进行．湿地床中　的微生物也繁殖生长，通过对湿地床　长，两岸种植树术，适于鸟类栖息。这　种环境不但可以为居民提供一个与自　然相融合的休闲环境，而且对水体也　能起进一步的净化作用　松户川注入　填料的定期更换及对湿地植物的收割　而将新生的有机体从系统中去除。由　于这种处理系统的出水质量好，适合　于处理饮用水源．或结合景观设计，种　植观赏植物改善风景区的水质状况。　其造价及运行费远低于常规处理技　术　这种技术已经成为提高大型水体　水质的有效方法。英、姜、日、韩等国都　已建成～批规模不等的人工湿地。　３．土地处理技术　土地处理技术是一种古老、但行　之有效的水处理技术。官是以土地为　处理设施，利用土壤一植物系统的吸　附、过滤及净化作用和自我调控功能，　达到某种程度对水的净化的目的。土　地处理系统可分为快速渗滤、慢速渗　滤、地表漫流、湿地处理等几种形式　国外的实践经验表明，土地处理系统　对于有机化台物尤其是有机氯和氨氯　等有较好的去除效果。德、法、荷等国　均有成功的经验。　三、国外工程实例　１日本坂川古崎净化场　位于日本江户川支流坂ＪＩｊ古崎净　化场，是采用生志生物方法对河道　大水体进行修复的典型工程，从１９９３　年投入运行至今已有８年的运行历史，　观测结果表明，河道污染水体的水质　有了明显改善。　江户ＪＩＩ是日本东京都和千叶县附　近的主要河流，从河道中引出７０ｍ３／ｓ　的流量为该地区城市、农业、工业供　水，其中城市供水占６０％。靠江户ＪＩＩ下　游的金町、古崎和栗山三个水厂为６３０　万人供水。坂川是江户川Ｉ的一条支流，　在金町等三个水厂上游附近　人江户　川Ｉ＝由于坂川河道治理不力，大量生蒲　污水排人坂ＪＩＩ，致使水质恶化，ＢＯＤ等　指标严重超标．同时浮游植物繁殖迅　江户川的河滩地下，充分节省了土地，　江户川后，大大缓解了江户川的环境　是地下廊道式的治污设施。净化场结　压力。　构十分简单．主体结构是高４．５ｍ、长　２日本渡良瀚蓄水池的人Ｉ湿地　２８ｍ的地下矩形廊道，内部放置直径　渡良濑蓄水池位于日本枥术县，　１５，－４Ｏｃｍ不等的卵石。用水泵将河水泵　是一座人工挖掘的平原水库，总库容　人栅形进水口，经导水结构后水流均　２６４０万　，水面面积４．５ｋｉｎ￣，水深６．５ｍ　匀平顺流人廊道。另外有若干进气管　左右。平时为茨城县等６县市６４万人口　将空气通八廊道内。净化作用主要由　供水，日供水量２１．６万　。蓄水池周围　以下三方面组成：①接触沉淀作用。污　是渡良濑川的滞洪区，汛期蓄水池能　水经过卵石与卵石间的同隙，水中的　提供１０｛３０万ｍ］的调洪库容。　漂浮物触到卵石即沉淀；②吸附作用：　随着近年来上游用水造成生活污　由于污染物自身的电子性质，或由于　水以及含氮、磷的水流人，渡良濑蓄水　卵石表面生物膜的微生物群产生的黏　池出现霉臭等水质问题。为保护蓄水　性而产生吸附作用；⑧氧化分解作用：　池的水质，自１９９３年起在蓄水池一删　卵石表面形成一种生物膜，生物膜的　滞洪洼地上建人工湿地，这是一座设　微生物把污染物作为食物吞噬，然后　有人工设施的芦苇蔼。将蓄水池的水　分解咸水和二氧化碳。通过净化场后，　引到芦苇荡，通过吸附、沉淀及吸收作　水质明显提高，　效果十分显著，　裹１　坂川古崎净化场水质变化情况　见表ｌ。其中ＢＯＤ　ＢＯＤ　ＳＳ　氨　２－ＭＩＢ　反映有机物的　项目　删　ｆｒ　删　Ⅱ　以　含量；ＳＳ反映浮　处理前　２３　２４　７．６　０’５５　游于水中的固　体物，造成水体　处理后　５．７　９１　２．２　０’２２　浑浊；２一ＭＩＢ反　裹２　渡良濑蓄水池治理前看动檀物种类变化　映水中蓝藻类　物质，蓝藻类异　项目　植物　昆虫　鸟类　常繁殖是造成　１９９３　３１科，１０４种　１９科，４５种　１８科，２２种　水体腐臭的主　ｌ９９８　４５科．１６６种４５科．１ｌ６种　２５科，５Ｏ种　要原因＝　坂川的河水　裹３良才川治污效果对照　经改道注入古　处理前　　ｌ处理后　崎净化场后，清　项目　肋舀以　　Ｊｍ舀以　处理事　洁的水流人新　ＢＯＤ　１０—１５　４—５　７５％　开的人工渠　道——松户ＪＩＩ。　ＳＳ　．　２０　ｌ　７０％　中一木利２００２．３　９　维普资讯 http://www.cqvip.com

用，去除水中的氮、磷及浮游植物，达　到对水体进行自然净化的目的　这种　净化过程循环进行．确保蓄水池水质　洁净，类似医学上的对病人血液体外　透析处理。芦苇具有很好的净化功能，　污染物与其茎部接触产生沉淀作用，　芦苇的根部与茎部可吸收某些污染　物。另外，附着在茎部上的微生物可对　污染物产生吸附分解作用。　渡良濑人工湿地在蓄水池出水口　建高３　５ｍ、宽４０ｍ的亢气式橡胶坝．用　以控制出水口。水流经引水渠到达设　于地下的泵站。其所　设于地下，是为　满足景观的要求。泵站安装单机流量　为１　２５ｍ￣／ｓ的两台水系．水体加压后流　人箱形涵洞，再流人芦苇荡。芦苇荡占　场所。　管．　水管连接有４座污水孔墙，污水　为净化渡良濑蓄水池的水体，还　在蓄水池中部建一批人工生态浮岛，　种植芦苇等植物，其根系附着微生物，　可提供充足氧气．并通过迁移、转化水　孔墙两侧各有一座接触氧化槽（长　２０ｍ、宽１３　６ｍ、高１４．８ｍ），共有８座。污　水从孔墙的孔中流人接触氧化槽，氧　化槽中放置卵石，污水通过氧化槽得　到净化后分别流人４座清水孔墙，再　汇集到清水出水管中．由清水出口排　中的氮、磷等物质．降解水中有机质。　浮岛还设置为鱼类产卵用的产卵床，　也为小鱼设有栖身地．水中的浮游植　物成了鱼饵。人工生态浮岛保证了蓄　水池水质的洁净。　３韩国良才ＪＩ】水质生各一生物修复　设施　人橡胶坝下游　污水在接触氧化槽内　被净化产生的主要作用是：接触沉　淀、吸附和氧化分解作用。与上述日　本古崎净化场相比，这种净化装置的　主要优点是几乎不耗能，运行成本银　低。该设施建成至今已６年，治污效果　显著．见表３。　良才川是汉江的一条支流，位于汉　城的江南区　由于河流地处住宅区．加之　治理不善，良才川的水质受到较大污染，　也影响了汉江的水质　１９９５年起主要采　用生态一生物方法治理良才川。　除接触氧化槽以外，良才川的环境　治理工程还包括恢复河流自然生态的　方法，即用石块、木桩、芦苇、柳树等天　然材料进行护岸，形成类似野生的自然　环境．同时种植菖蒲等植物，恢复鱼类　栖息环境，适于鳜鱼等鱼类生长，也为　白鹭、野鸭等禽类群落生存创造条件．　叉开辟散步、骑自行车小路和木桥等，　地２０ｈｒ￣，最大净化水体能力为２＿Ｓｍ３／ｓ。　水流在芦苇荡中蜿蜒流动，　增加净化　效果，遂从出口汇人集水池，再回到蓄　水池，完成一次净化循环。人工湿地　内主要种植芦苇，高２￣３ｍ：此外，还种　植同属稻科的获．高为１．０～２．５ｍ。人工　湿地建成后，不仅水质得到改善，动　植物的生态系统也得以极大改善，生　物多样性有所恢复，见表２。该人工湿　地已经成为日本最大的芦苇蔼，也成　为对居民、儿童进行环保及爱水教育的　水质净化设施主体是设于河流一　侧的地下生态一生物净化装置　采用　卵石接触氧化法，即强化自然状态下　河流中的沉淀、吸附及氧化分解现　象，利用微生物的活动将污染物转化　为＝氧化碳和水。净化设施日处理能　力为３２０００ｔ。净化的工作赢程如下：拦　河橡胶坝（长１８ｍ、高１ｍ）将河水拦截　后引入带拦污栅的进水口，水流经过　进水自动阀，经污物滤同进入污水　为居民提供与水亲近的自然环境。　●　（作者单位：董哲仁、曾向辉为水利部　国际合作与科技司，董哲仁为司长；刘　精为水利部发展研究中心）　责任埔辑张名立　（上接第１６页）地面不透水面积不超过　３．３％，这样可延缓降雨汇流时间，减轻　城市洪涝灾害；同时规定城市排水设　施要做到雨污分流，根据地势条件划　分区域建设地面和地下蓄洪设施。将　城市较低的地区或河道两岸滩地，开　报调度方面尚有差距，主要是我们现　才上岗。在我国洪涝灾害频发的经济　发达、城镇集中地区，也可以建立雷达　和雷电测雨系统；对威胁太城市防洪　安全的大型水库也应逐步建立雷达和　雷电测雨系统，　便提前准确地预报　在仅能根据已降落到地面的雨量来预　报河道的洪水。由于城市地区水文条　件复杂．现有的预报软件在已测得降　雨量时也难　对城市地区做出正确的　洪水预报，利用多普勒雷达进行降雨　预报还刚起步。而法国和德国已能依　洪水的量级，争取防洪抢险时间，并通　辟成公园、绿地球场、停车场、道路等，　平时为公共交通、娱乐设施．当洪水位　较高时作为临时调蓄洪水场所，不影　响居民的正常生产和生活　许多河段　过防洪与水资源利用相结合的科学调　度，使洪水尽量变成可利用的水资源，　提高洪水利用率，缓解我国水资源紧　缺矛盾；尽快引进和开发适合我国城　市复杂水文特点的城市洪、涝水预报　软件，建立完善的城市洪、涝水调度决　策系统。　●　据多普勒气象雷达预报各雨量站的降　雨量．再据此做出河道洪水的预报。有　的城市除气象雷达外，还备有雷电测　雨预报预测系统，能够更早地做出预　报　德、法两国均有针对复杂地形和管　的堤防为阶梯形断面，低台阶平时可　用于交通　汛期用于行洪，既不影响交　通，又有利于防洪。　五、建立现代化的洪水预报和调　度系统　网的现代化洪、涝水预报、调度系统。　正是有了这些先进的洪水预警预报系　统，他们的防洪管理人员少，平时仅一　人值班，预报有较大降雨时全体人员　（作者单位：国家防汛抗旱总指挥部办　套室，田以堂为剐主任）　与法国、德国相比，我们在洪水预　责任埔辑韦凤卑　１０　啐，■木利２００２　３