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1概述 城市河道污染的特點一般是水體富營養化嚴重，氮磷含量超標；水體滯流，多處于厭氧狀態，復氧能力差；淤積嚴重，透明度低，甚至出現黑臭現象；河道生態系統退化嚴重，自凈能力差等。城市河道往往需要進行綜合整治，如調整產業結構、提高污水處理率和廢水回用率、控源截污、清淤、水系溝通、護岸整修、完善調水設施、沿河綠化、水質修復等等，以達到標本兼治的目的。城市河道的治理受到地形、周圍建筑物等空間限制以及防洪泄洪、行船、休閑等功能需要的限制，因此有必要從河道特點和污染特征出發，構建水污染控制和水環境改善的綜合技術體系，從而達到流域水環境質量改善的最終目的。具體到河道水體修復方法來講，主要包括物理法、化學法與生態修復法，其中生態修復技術由于具有安全、經濟、實用、系統等諸多優點而成為河流污染治理的主要技術手段。本文將重點討論此類技術在河道治理中的應用。 2微生物修復技術 微生物是生態系統中的分解者。生物修復（Biore-mediation）是利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源微生物）在一定的條件下將環境中的污染物徹底降解，或轉化為無毒無害的物質，從而達到對污染環境進行治理的目的。受污染的環境中有機物少部分是通過物理、化學作用被稀釋、擴散、揮發及氧化、還原、中和而遷移轉化外，主要是通過微生物的代謝活動將其降解轉化。因此，對于有機污染嚴重的城市河道來說，微生物修復具有獨特的優勢。 在生物修復中首先考慮適宜微生物的來源及其應用技術，創造適于微生物作用的條件，以強化微生物對污染物的修復作用。在我國城市水環境治理中，目前常用的微生物修復技術有兩類。一類是直接向污染河道水體投加經過培養篩選的一種或多種微生物菌種。應用的微生物制劑主要包括美國的Clear-Flo系列菌劑、LLMO生物活性液、日本的有效微生物菌群、中國的光合細菌、硝化細菌等，并取得了一定的治理效果[1]。上海市水務部門應用水底曝氧和投放微生物相結合的辦法治理西雙涇河道，實現全面消除黑臭[2]。上海玉壘環境生物技術有限公司使用“東江放線菌”對蘇州河底泥進行了修復，對皂河黑臭水體也有較好的處理效果[3]。龐金釗等[4]投加光合細菌、硝化細菌、復合菌的混合液對水體濁度的去除率達到88%，且CODMn、氨氮、葉綠素a等均明顯降低。唐玉斌等[5]采用2種生物激活劑對上海景觀湖水進行修復，結果發現它們對水體COD、BOD、TP、濁度等均有顯著的去除效果，并可顯著提升水體DO。方一豐等[6]用由酵母膏、氨基酸和維生素等組成的生物激活劑對實際景觀水體進行修復，結果表明投加生物激活劑的水樣CODCr去除率比空白增加了27.3%，DO提升21.2%，濁度的去除率增加了23.6%，氨氮的去除率增加了11.5%。用生物復合酶污水凈化劑對黑臭水體進行修復實驗，其對水體致黑臭污染物等有較高的去除率，并能提高水體的復氧功能，消除水體黑臭[7]。美國綠凈公司FL0-1200菌種在河水曝氣的條件下治理紐約中央公園的湖泊取得了成功，并在印度也取得了成功[8]。將光合細菌包埋固定后處理府南河水樣，CODCr去除率可達90%以上[9]。 另一類是向污染河道水體投加微生物促生劑（營養物質），促進“土著”微生物的生長和對污染物的代謝作用，達到凈化水質的目的。普羅生物技術（上海）有限公司、華東師范大學環境科學與技術系與上海市徐匯區環保局應用美國ProbidicSolution公司的Bioenergizer水體凈化促生劑在徐匯區上澳塘的一段河道內進行了試驗[10]，結果表明，投放促生劑對于消除水體黑臭、增加水體DO作用明顯且迅速，BOD5、CODCr迅速下降，黑臭消除。多數情況下，微生物修復技術往往與曝氣技術、植物修復技術、生物膜技術等復合運用。對于重污染河道來說，微生物往往不能正常生長或發揮作用，一般需要先經過物理化學修復到一定是階段后再使用微生物修復。目前的產品種類豐富，除了常見的微生物菌劑外，也開發了固定化酶、固定化微生物、激活劑等產品，也有的把底質改良劑、氧化劑、鈍化劑、抑藻劑等與微生物菌劑復合在一起，使之同時具有降解、氧化、鈍化、除磷、抑藻等多種功能。 3水生植物凈化技術 3.1常用的水生植物 水生植物主要包括水生維管束植物和高等藻類組成。其中水生維管束植物包括：①挺水植物（根莖生于底泥中，植物上部挺出水面，如蘆葦、香蒲等）；②浮葉植物（根莖生于底泥，葉漂浮于水面，如睡蓮、荇菜等）；③漂浮植物（植物體完全漂浮于水面，具有特化的適應漂浮生活的組織結構，如鳳眼蓮、浮萍等）；④沉水植物（植物體完全沉于水氣界面以下，根扎于底泥或漂浮于水中，如狐尾藻、金魚藻等）。吳建強等[11]統計了污染水體凈化和修復研究中的常用水生植物及其研究頻度，其中水芋、荸薺、輪藻、水浮蓮等研究頻度較高。近些年有些陸生植物也被用于水污染治理，如水稻[12]、香根草[13]、蕹菜[14]。應注意選取經濟價值高的陸生植物，如蔬菜類或花卉類植物等等，而且生長快，養分需求量大的物種。 3.2水生植物凈化機理 水生植物的凈化作用主要包括植物吸收、微生物代謝以及植物根部的微環境中的吸附、過濾、沉淀等作用。①植物的吸收利用和富集作用。水生植物可以直接吸收水體中的營養物質，尤其是無機態的N、P等，合成機體的有機組分。同時，植物也可以吸收富集某些重金屬元素。大型水生植物的生物量大，生長速度較快，對N、P吸收能力強，通過收割植物可以達到有效去除這些物質的目的。某些水生植物同時也是經濟植物、景觀植物，在治理水體污染的同時也能帶來經濟效益或具有景觀功能。②微生物降解。細菌的硝化和反硝化以及微生物在好氧、兼氧及厭氧狀態下的各種代謝活動，可以有效去除水體中的氮。有機氮被微生物分解與轉化，植物對N有一定的吸收，但是硝化和反硝化作用是去除N的主要機理[15]。③過濾沉淀作用。水生植物發達的根系與水體接觸面積大，形成天然的過濾層，可以過濾、截留水體中的污染物，在其表面進行離子交換、吸附、沉淀等，使周圍水體變清。#p#分頁標題#e# 3.3水生植物的凈化效果 由于N、P是植物的必需營養元素，水生植物對于富營養化水體中N、P的去除作用尤為突出[12，16，17]。室內研究發現水芹菜3天內對TN、TP的吸收率分別達到66.7%、73.7%[18]，水蕹菜對TN、TP、COD也有明顯的去除效果[19]。劉淑媛等[20]利用人工基質無土栽培多花黑麥草凈化富營養水體，發現其對TN、NH3-N、NO3-N、TP、PO4-P等的去除率均達80%以上。宋祥莆等[12]采用水域浮床無土種植水稻的方法，通過水稻的吸收和富集作用，去除水體中的N、P元素。袁東海等[21]研究了潛流人工濕地系統對污水氮的凈化效果，發現石菖蒲（Acorusgramineus）、燈芯草和蝴蝶花（Irisjaponica）3個植物系統的TN平均去除率為77.7%、71.2%和66.4%，而無植物系統的去除率僅為55.8%。 王超等[22]利用黃花水龍修復太湖水體，室內試驗結果顯示，夏季對TN去除率約為60%，對TP去除率約為25%，冬季對TN和TP去除率分別約為23%和20%。肖興富等[23]利用金魚藻、黑藻和馬來眼子菜等沉水植物修復洋河水庫，50天后，水體中TN、NH4+-N、TP、PO43--P和CODMn平均去除率分別為36.3%、70.5%、54.6%、65.4%和43.1%；植物體內氮、磷等營養物質的含量升高使水體中營養物質減少,間接影響了水體中浮游藻類的生長。 植物對降低工業廢水中的COD、SS、有機氮、有機磷等指標有明顯效果。諸惠昌和Stevens[24]采用種植已達4年之久的蘆葦床對進水COD為400～800mg/L的乳制品廠廢水進行處理，COD去除率達97%-98%，BOD去除率達98%-99%。 人工浮床利用植物直接吸收水體中的氮、磷等營養元素，同時植物根系生物膜中的微生物可以通過分解代謝作用有效去除水中的有機污染物和其他營養元素。陳荷生等[25]利用糧油、蔬菜、花卉等各種適宜的陸生植物構建人工浮床，對杭州市南應加河進行了5個月的治理，全河的水體感官性狀和水質均取得了較大改善，異臭味得到了有效控制，圍隔河段的水質發生了根本性好轉。李英杰等[26]發現在生態浮床植物（水芹菜、美人蕉）的生長茂盛期，浮床對河口水體有很強的凈化能力，經過浮床段后，水體中TN、TP和NH4+-N濃度均得到明顯降低。楊婷婷等[27]結果表明，高羊茅浮床對重污染河道富營養化水體中的TN、TP、COD等均具有極強的去除能力，并能有效提高水體的透明度。 不同的水生植物之間凈化效率不一樣[28-30]。李芳柏和吳啟堂[30]采用漂浮栽培美人蕉、蕹菜、水稻、野生稻4種植物對廢水中COD、BOD5、TN、TP等的凈化效果進行研究，綜合評價結果為美人蕉>蕹菜>水稻>野生稻。 不同水生植物的凈化優勢不同，多種植物組合比單種植物能更有效的凈化水體，目前有越來越多的試驗研究和修復工程采用了多種植物的組合。 3.4水生植物凈化技術的優點和問題 水生植物凈化技術的優點是成本低、能耗小、治理效果較好，對環境沒有二次污染，有利于整體生態環境的改善，同時具有一定經濟效益和環境效益。水生植物凈化技術的問題主要有以下幾個方面。①凈化效果問題。由于植物自身一般不能對有機污染物進行代謝作用，凈化效果不能完全達到要求。②季節性問題。水生植物的生長易受季節的影響，在冬季往往凈化效果不好，這就要求選擇出喜溫及耐寒的水生植物種類，在不同的季節用于凈化。③應用范圍問題。在重污染水體中，植物往往不能正常生長。④入侵植物問題。某些水生植物（如水葫蘆）繁殖能力強，可能影響土著植物群落的穩定性，在利用過程需要加以控制。⑤后續處置問題。水生植物生長過程中可能會吸收某些風險物，收獲后如何有效的進行資源化回收利用缺乏實際操作。 4河道曝氣技術 河道曝氣的目的是增加水體中的溶氧水平，加速有機污染物的降解，消除黑臭，同時改善河道生態系統，提高河道自凈能力。在采用曝氣生態凈化系統的河道內形成了多種微生物和水生動物共存的復雜生態系統，通過物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各類微生物和水生生物之間功能上的協同作用去除污染物，并形成食物鏈，達到去除污染物的目的。也可以采用不同形式水工建筑物、水土建筑物進行溢流壩面加糙、接觸氧化透水堤、跌水曝氣充氧等水力學方法對城市河道水體進行復氧修復[29]，但是對于城市河道來說，這些措施往往受到各種限制。目前最常用的還是利用曝氣機等直接向河水中曝氣，一般包括空氣曝氣和純氧曝氣。 該技術自20世紀60年代在一些國家得到應用，英國的泰晤士河、特倫特河，德國的魯爾河、Sanr河、Emseher河、Teltow運河等，美國的Hamewood河、密西西比河、帕塞伊克河等都安裝了曝氣復氧裝置，水質得到明顯改善[1]。上海蘇州河、上澳塘、北京清河、重慶桃花溪等河道在治理過程中也安裝了曝氣設備。河道曝氣是改善重有機污染型中小河流水質的一種經濟、有效的方法，對COD和BOD5有較好的去除效率[30]。通過河道曝氣技術使DO濃度提高，消除了水體中的致黑臭物質，有效改善或緩解黑臭現象[31]。王文林等[32]在張家港市重污染河道花園浜河中引入了太陽能曝氣治理技術，運行一段時間后，水體透明度得到明顯改善，COD、TN、NH3-N、TP濃度則顯著降低，最大去除率分別達到37.2%，16.9%，45.6%和33.5%。河道曝氣一般應用解決河道水體的有機污染問題，同時可以作為應急措施處理突發性河道污染，如突發性事故排放廢水造成的污染。也有助于解決景觀河道在夏季因水溫較高，有機物降解速率和耗氧速率加快，造成水體的DO降低的問題。 5人工濕地技術 人工濕地（Constructedwetlands）主要是通過模擬自然濕地，人為設計與建造的由基質、植物、微生物和水體組成的復合體，利用生態系統中基質-水生植物和微生物的物理、化學和生物的三重協同作用來實現對污水的凈化。影響因素主要包括濕地的水力負荷的比率、滯留時間、填料的選用、種植植物的類型和數量等。 人工濕地的主要作用機理包括以下幾個方面。①基質的作用?；|如沙礫、沙土、土壤、石塊等，既可以為水生植物提供了載體和營養物質，也為微生物的生長提供穩定的依附表面。通過一些物理、化學途徑（如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡合反應等）以及生物作用來凈化除去N、P等營養物質以及污染物。②水生植物。水生植物不僅具有較強的營養物質吸附富集功能，而且還能為其周圍環境的各種原生動物、微生物提供良好環境，如植物根際可為微生物的吸附和代謝提供良好的生化環境，形成特殊的根際微生態環境，具有典型的活性生物膜的功能，對多種污染物有很強的吸收、分解、富集能力。③微生物?；|、植物根區微生物是濕地降解有機污染物的主要執行者。在氧化區域，水中的大部分有機物可被好氧微生物分解成CO2和水，有機氮化物等則被硝化細菌硝化。在還原狀態區域，則是有機物被厭氧細菌分解發酵。#p#分頁標題#e# 吳振斌等[33]采用復合垂直流人工濕地系統研究了對污水磷的凈化效果，發現3個有植物的系統的去除率分別為61%、65%和59%，而無植物系統的去除率僅為28%。鄧輔唐等[34]在江川縣漁村大街河建立人工濕地，監測結果顯示運行1a后其對主要污染物的去除取得了良好效果。趙建等[35]采用人工濕地系統凈化鎮江市內污染較為嚴重的古運河河水，結果表明COD去除率約為50%～60%，TN去除率約為40%～50%，TP去除率約為30%～40%，能夠將劣V類水處理為Ⅳ類水甚至Ⅲ類水。 人工濕地中的景觀水生植物同時具有景觀功能和生態美學價值，發揮美化、綠化環境的作用。當然，收獲的植物可以進行資源化利用，產生有一定的經濟價值。 6生物膜技術 生物膜技術的主要原理是利用附著在某些天然載體和人工載體上面形成的生物聚集層，與水體接觸后，可以通過微生物的代謝作用達到去除水體中污染物的目的。如礫間接觸氧化、人工填料接觸氧化等等均屬于此類技術。生物膜的生物包括細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲等等。 周勇等[36]將生物填料應用于城市重污染河道治理，發現該生物填料在掛膜進行到第40天、懸掛密度為24根/m時，對水質的改善效果達到最佳，對TN、TP、COD、葉綠素a、濁度的去除率分別為53%、35%、50%、5%、44%。李璐等[37]選擇滇池入湖污染負荷最高的大清河為研究對象，結果表明，生物接觸氧化工藝對水質變化具有較好的適應性，通過調整運行參數，可以使對COD的去除率穩定在50%左右；對TP的去除率從冬季的20%逐漸上升至春季的50%以上；對TN的去除受水溫及DO的影響較大，冬季的去除率為5%左右，春季上升至18%以上，夏季進一步提高至30%以上。陳書玉等[38]在閘北區夏長浦河道運用生物接觸氧化工藝技術治理水質，探索出一套適合上海中心城區中、小黑臭河道就地處理的經濟合理技術。肖羽堂等[39]采用彈性立體填料、微孔曝氣富氧生物接觸氧化法修復上海市受污染的川楊河水時，觀察到膜上的生物相豐富，生物膜較薄，污染物氨、氮的生物降解速率很快，污染的去除主要是填料上的好氧生物膜在起作用。張寶娣等[40]采用多級接觸氧化渠，以經活化處理的多孔異形填料（聚丙烯/維尼龍/不定型聚氯乙烯）為生物載體，通過適當添加經就地馴化的優勢微生物使城鎮污染嚴重的中小河道得到了較好的凈化。黃廷林等[40]在原位進行了強化生物接觸氧化技術改善灤河水源水質的試驗研究后認為，揚水曝氣加原位生物接觸氧化組合用于水源水質改善是可行的。 7生物操縱技術生物操縱技術，也稱食物網操縱，主要是利用水生動物的攝食作用完善食物鏈和水生態系統。水生底棲動物及濾食性魚類能增加藻類濾食量，減少藻類含量，提高水體質量。螺、蚌等底棲動物可過濾懸浮質，攝食生物碎屑，其分泌物有絮凝作用，蝦和部分魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動物。水生動物是水生態系統的重要一員，這些動物作為健康水生態系統的補充組成，投放數量合適、物種配比合理的水生動物，可延長生態系統的食物鏈、提高生物凈化效果。 許明等[42]通過在蘇州重污染河道里放養黃尾密鲴進行靜態試驗，并在苗家河開展了示范區研究，結果表明，黃尾密鲴在浮圈中主要攝食懸浮有機物，其占食物總量的79.74%；黃尾密鲴24h都在攝食，日食率可達到50%以上[即1kg（空殼重）的黃尾密鲴每天攝入食物量為0.5kg以上]。石巖等[43]研究了草食性浮游動物水潘、蚌和螺類及養殖草食性魚類凈化富營養化水體的效果。韓士群等[44]研究了在每升水體中放養長肢秀體溞600個以上，即可對水體中浮游動物、藻類的數量、生物量、群落結構產生顯著影響，同時降低水體中TN、TP和CODMn的濃度，增加水體的透明度。Songsangjinda等[45]研究了牡蠣對水體中氮的去除。Gifford等[46]研究了牡蠣對水體中的營養物質和重金屬的去除。結果表明，這些水生動物對TN、氨氮、TP等幾種指標都有很明顯的降低作用。 8氧化塘技術氧化塘是一種自然的水處理凈化工藝，排入到城市周圍土塘中的污水，在塘內經過較長時間的緩慢流動、稀釋和擴散，并經過微生物的代謝活動，使污水中的有機污染物被降解和去除，使污水得以凈化。 江棟等[47]在對廣州黑臭河道古廖涌的治理中，將廢棄的魚塘改造成氧化塘，對上游污水進行預處理，研究表明，生物氧化塘對上游黑臭水體具有較高的處理效率，在污水進水量為4320t/d以內［即污水停留時間在1.4d以上，容積負荷（CODCr）為0.11kg/(d•m3)以下］，增氧（增氧量為15.6kg/h）曝氣的條件下，CODCr去除率在50%以上，NH3-N的去除率在40%以上，經處理的黑臭水體在氧化塘出水口已形成藻類、原生動物、浮游動物、魚類等參與的多級食物鏈組成的復雜生態系統。在黑臭水體預處理基礎上，通過底泥生物氧化、水體增氧、水體生態恢復等技術手段對河道進行生物修復，能有效地消除水體黑臭現象，提高河涌水體自凈能力，為城市黑臭河涌治理和養護提供了切實可行的方法。 9小結 城市河道污染狀況復雜，周圍環境條件往往限制了某項技術和工程的實施。因此，在河道的實際治理工程中，需要因地制宜，結合實際需要，選擇高效經濟并長期穩定的凈化河流的技術方案。例如，在利用人工浮床時，應該考慮到通行、行洪、泄洪等需要，以及植物的管理和后續處理；在實施人工曝氣技術時，要考慮到噪音、氣味等因素對周圍居民的影響，以及防盜措施。 城市河道一般污染源復雜、富營養化嚴重。生態修復技術將在城市河流的污染防治以及生態恢復中發揮重要的作用。但任何一項技術都有其局限性，單一方法與技術很難達到治理的要求。近年來，先進國家在河流水污染治理技術方面，已由單純的“污染控制”技術發展為“水生態的修復與恢復”，實現由以“水污染控制”為目標向以“流域水生態系統健康保護”為目標的轉變。因此，必須根據待修復水體環境現狀，綜合考慮生物生態技術，并配合以合適的物理、化學方法，同時采用多種方法或技術的組合，在流域內的社會、經濟能力所能承受的前提下開展生態修復工作。#p#分頁標題#e#