生物生态技术在城市景观河道水环境改善中的应用研究

　　摘要：简要介绍了生物---生态水体修复技术的原理和工艺方法，受污染水体的生物---生态修复技术是利用人工培育、筛选出来的植物和微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到恢复。从本质上说，该技术是人们遵循生态系统自身规律、并强化其水质净化能力、达到治污目的的一种尝试，其生态系统中的生物种类多种多样，高效去除氮、磷、COD 等污染物，并处于人为的控制之下。利用生物---生态技术治理城市水环境，恢复自然水体生态系统的功能，在国内外都是一种新的探索，特别是在城市景观水域，将水质改善、水体富营养化防治与城市景观功能有机结合，更是处于技术的前沿。

　　开展以潜流湿地为代表的湿生生态修复技术，以投菌法、曝气为代表的水体强化自净技术，以浮床沉床为代表的水生生物修复技术的研究，利用多项技术的优化组合、技术集成，构成一个生态修复技术体系，为城市景观河道水环境治理和水生态修复提供一种新的思路和探索。

　　 主要处理工艺方法

　　水环境生态修复是一门新兴的学科，许多内容还处于发展之中，近年来的研究更是方兴未艾。鉴于天津市城区河湖水质污染的特点和规律，本项目采用的城市水环境生物生态修复技术由下列方法构成一个生态修复技术体系：以潜流湿地为代表的湿生生态修复技术；以投菌法、喷泉曝气为代表的水体强化自净技术；以浮床沉床为代表的水生生态修复技术。

　　1.潜流湿地技术

　　潜流湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统。它由3个关键组成部分：植物、微生物、基质。耐水的植物扎根于土壤或砂砾基质床，床体内浸满了水体，机质支持着这些植物，而植物的根系则为各种微生物提供生存家园。潜流湿地通过自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来完成对水体的净化。该技术能够克服天然湿地比较脆弱的缺点，具有负荷率高、占地面积小、效果可靠、耐冲击负荷和不易滋生蚊蝇等优点，充分利用了湿地的空间，发挥了系统间的协调作用，在相同面积情况下处理能力大幅度提高。由于水体基本上在地面以下流动，保温效果好，卫生条件好，可以和城市景观建设紧密结合，可起到美化环境作用，改善相邻地区的景观，并利用与其他技术的有机合成，以减少或减缓外界因素对处理效果的影响。

　　 2人工浮床水质改善技术

　　人工浮床利用无土栽培技术在河湖水面种植景观植物以控制富营养化水质。人工浮床对河道水质有净化作用，包括两个方面：一是合理选用人工填料，通过浮床基质对水体的过滤、吸附作用去除部分水污染物；二是通过人工浮床植物的筛选和培育，利用浮床植物的吸收、生物降解作用去除水中氮、磷等污染物，达到净化水质、抑制水体中藻类的生长、防止水体富营养化，最终修复水生生态系统、提高水体自净能力的目的，并通过人工植物的合理选取和人工浮床结构的设计，也可起到美化城市景观的作用。

　　3人工沉床水质净化技术

　　人工沉床水质净化技术是利用沉床介质培育挺水植物和沉水植物，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化，最终修复河道生态系统。其净化作用包括以下几方面：一是合理选用人工填料，通过沉床基质对水体的过滤、吸附作用去除部分水污染物；二是通过人工沉床植物的筛选和培育，利用沉床植物的吸收、生物降解作用去除水体及底泥中的污染物，降低氮、磷等营养物质，并抑制水体中藻类的生长；三是沉床植物为河道底栖动物及微生物提供良好的栖息和附着环境，改善水生生态系统的结构，增强水生生态系统的功能。许多水生植物不仅对水质有较好的净化能力，同时也有非常好的观赏效果。因此，通过合理的沉床设计，将挺水植物和沉水植物进行立体组合，不仅可以强化对水质的净化作用，也能与周围景观进行有机融合，起到良好的景观效果。

　　4投菌法水质净化技术

　　投菌法是一种生物增殖技术, 又称生物操纵法。它是向被处理体系中人为投加对目标污染物高效去除的优势菌株，以提高生化反应速度。城市景观河道、湖泊护岸多为人工铺砌的砌石和混凝土砌块，采用水生植物的修复受到严格限制。根据我国城市这一现状，许多科学家建议解决城市水体的富营养化问题必须谋求新的途径。投菌法由于人们的误解和片面认识在水环境治理中一直没有得到应有的重视，因此无论从功能要求和原理分析，投菌法生物修复技术是一种处理富营养化景观水体的最为适宜有效手段之一，可能成为处理水质恶化突发事件最为有效的、快速的技术措施。

　　5喷泉曝气水质净化技术

　　通过喷泉曝气技术使水体流动、循环及曝气，使喷泉景观和水体净化融为一体。喷泉曝气的结构形式，既要使喷泉水景美化城市，又要促进水体的局部循环，增加曝气复氧的功能，为好氧微生物提供良好的生存条件，结合潜流湿地、沉床、浮床以及生物投菌等技术联合运用，最终达到水体自净能力的目的。

　　根据北方气候特点和天津市的河道特征，示范工程以潜流湿地处理为核心技术，并与沉床技术、浮床技术、投菌技术和喷泉曝气技术进行有机集成。五项技术布局见图1 。

　　沉床植物和浮床植物设在外环河河道内，浮床植物以水质净化好、耐寒、景观价值高的浮水植物为主，沉床植物以挺水植物、浮叶植物和沉水植物为主。挺水及浮叶植物有泽兰、斑叶水葱、花叶鱼腥草、荷花、香蒲、白花水萍、东亚黑三棱、莲花、扇叶水毛蓖、睡莲等。沉水植物有金鱼藻、光叶眼子菜、角果藻、苦草、马来眼子菜、水蕴草、线叶眼子菜、范草等。

　　潜流湿地采用下行流---上行流垂直流结构。整体处理系统设预处理池和3个植物处理单元，植物处理池选用页岩、砾石材料为床体，上部种植芦苇、梭鱼草、再力花、黄花莺尾、香蒲等湿地植物，连续布水。工艺流程见图2 。

　　喷泉曝气系统设在潜流湿地预处理池内，主要作用有以下3个方面：一是结合周围景观要求，起到美化景观的效果；二是当水体中污染物浓度较高、溶解氧较低时，通过曝气方式增加水体溶解氧的含量，为好氧微生物提供生存环境；三是通过喷泉的机械作用，增加上下层水体的交换强度，增强水质净化的整体效果。

　　投菌法安排在示范区的入口段，其主要优点是见效快、受冬季影响相对较小，主要用于处理突发性的水污染事故，确保植物处理系统（沉床、浮床和潜流湿地）进水水质的相对稳定。
根据外环河水体污染以有机污染为主而且氮、磷污染较为突出的特点，示范工程进水水质参照外环河现状水质确定，出水水质指标达到《地表水环境质量标准》( GB3838---2002 ) Ⅳ类水体的要求。

　　结语

　　通过以上五大关键技术的优化组合和空间结构的合理设计，实现微生物系统、湿生植物系统、浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统的有机结合，共同构成一个复杂的生物生态净化体系。本项目利用5 种技术的优化组合，较大程度地增加示范区生态系统的多样性和稳定性，从而使整个系统具有更大的抗污染负荷冲击能力，其水质净化的效果也较高。
　　
　　另一方面，由于不同种类的植物对营养物质的需求存在差异，同种植物在不同的生长周期所需要的营养物质也不相同，通过对植物种类的科学筛选和系统结构的优化设计，充分利用不同植物群落（湿生植物、沉水植物、浮水植物和挺水植物）对营养物质需求差异和生长周期差异，发挥各子技术的优点，并相互弥补各自的不足，从而使示范区生态处理系统发挥最佳的整体效益，保证示范区具有高效、稳定的水质净化效果。