細(xì)河生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

劉麗麗

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123000)

1 細(xì)河水質(zhì)現(xiàn)狀

1.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

阜蒙縣細(xì)河段生態(tài)治理工程位于新-老阿金大橋之間，總長(zhǎng)度27.2km，河道水流歷時(shí)短、上游植被差，屬于典型的低山丘陵區(qū)，極易引起洪澇災(zāi)害。1984年，阜新市圍繞防洪規(guī)劃和城市規(guī)劃，按50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成細(xì)河治理規(guī)劃說(shuō)明書(shū)；1995年，建設(shè)完成阜新市城區(qū)段細(xì)河兩岸防洪堤(50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn))工程；2001-2003年，通過(guò)進(jìn)一步治理達(dá)到100a年一遇，而上游阜蒙縣段仍為20a一遇，其洪水隱患問(wèn)題突出亟待徹底解決。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，沿河村屯居民對(duì)河道進(jìn)行非法占地耕作，原寬闊的河灘地受到嚴(yán)重破壞；有不法商販更是對(duì)河道進(jìn)行不合理的挖沙、采石、取土、向河道傾倒垃圾，河流萎縮、違章建筑、河道侵占等問(wèn)題日益突出，行洪能力逐步降低，河道生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)遭受到嚴(yán)重破壞。此外，因土地用途的不斷調(diào)整及城市建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，相關(guān)部門對(duì)細(xì)河先后實(shí)施了裁彎取直整治。

據(jù)調(diào)查，明確泄流、污水處理廠產(chǎn)生的中水和城區(qū)雨水為細(xì)河的主要補(bǔ)給來(lái)源，其來(lái)水條件比較復(fù)雜，此外，在降水沖刷作用下河道周邊生活垃圾匯入河流，使得河道功能退化、水質(zhì)污染加劇。阜蒙縣細(xì)河段BOD、COD質(zhì)量濃度嚴(yán)重超標(biāo)，達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)的15.2倍、10.6倍，必須采取有效的措施切實(shí)改善河流水質(zhì)。

1.2 污染機(jī)理

1)底泥污染。細(xì)河河道底泥污染程度隨著有機(jī)污染物的持續(xù)積累不斷增大，河道底泥中富集大量營(yíng)養(yǎng)元素，這些營(yíng)養(yǎng)元素隨底泥的沖刷得以釋放，為加速藍(lán)藻、放線菌等微生物的繁殖創(chuàng)造了物質(zhì)條件，而微生物分泌的土臭素、醇類物質(zhì)等能夠引起河流發(fā)黑發(fā)臭，代謝過(guò)程中此類微生物還會(huì)促使底泥甲烷化、反硝化[1-2]。同時(shí)，河道底泥還會(huì)受微生物、河道沖刷作用再懸浮，各類重金屬在孔隙水與懸浮顆粒作用下被分解出來(lái)，該過(guò)程會(huì)導(dǎo)致大量溶解氧的消耗和水體缺氧，且重金屬元素從底泥中釋放出來(lái)，極易形成各類化合物，這將進(jìn)一步使得水體變黑變臭[3]。

2)污染物入河。結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，阜蒙縣細(xì)河段水質(zhì)達(dá)到劣Ⅴ類，嚴(yán)重超標(biāo)污染物有含磷化合物、有機(jī)污染源、總磷、COD和氨氮等，其中降雨沖刷攜帶生活垃圾入河、上游未處理來(lái)水是形成有機(jī)污染物的主要原因。一般地，需要消耗較大的溶解氧才能分解有機(jī)污染物，水體復(fù)氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于耗氧量使得水體缺氧，有機(jī)物在缺氧環(huán)境中發(fā)生厭氧分解反應(yīng)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生有異味且易揮發(fā)的小分子氣體，如NH3、H2S、CH4等[4]。此外，在水體中氨基酸等發(fā)生的脫羧酸、脫氨基等反應(yīng)會(huì)生成硫醚類化合物，若水體負(fù)荷極限低于以上有機(jī)物含量，必將引起河流水體發(fā)黑發(fā)臭的現(xiàn)象。

2 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

河流生態(tài)修復(fù)是以生物修復(fù)為基礎(chǔ)，利用各種工程技術(shù)、化學(xué)以及物理措施的生態(tài)修復(fù)過(guò)程，逐步緩解或去除水生態(tài)系統(tǒng)受人類干擾的不利影響，實(shí)現(xiàn)水利工程的近自然化以及水生態(tài)功能價(jià)值的提升[5-8]。因生態(tài)修復(fù)效果、自然環(huán)境、控制目標(biāo)等問(wèn)題的差異，必須結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的技術(shù)措施。為徹底解決阜蒙縣細(xì)河段水體黑臭的問(wèn)題，應(yīng)考慮流域?qū)嶋H情況構(gòu)建水生態(tài)修復(fù)體系，通過(guò)采取生態(tài)水位、水生態(tài)修復(fù)、生態(tài)護(hù)岸、底泥清淤等措施加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)和水系統(tǒng)的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。

2.1 措施的實(shí)施

為構(gòu)造行之有效的水生態(tài)修復(fù)體系，應(yīng)先監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)、生物數(shù)量、水質(zhì)指標(biāo)、排污量和河道底泥等參數(shù)，鑒于現(xiàn)階段河道水質(zhì)較差的實(shí)際情況，宜將生物治理與生態(tài)修復(fù)分階段按步實(shí)施：

1)將河道兩岸所有排污口，在雨季來(lái)臨前兩周全部封堵，并向城市污水管網(wǎng)抽排河道內(nèi)的污水，以500kg/667m2的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)留下80cm深的底水灑生石灰，持續(xù)2周消毒殺菌。

2)雨季來(lái)臨，從最初80cm深的底水河道水位持續(xù)上升到1.5m，此時(shí)投放微生物制劑并將200套生物膜水體自凈化設(shè)備放置于河道中央，使生物膜快速的覆蓋自凈化設(shè)備周邊，從凈化前的20cm河道水體透明度提高至50cm，由此完成初步凈化。

3)在實(shí)現(xiàn)初步凈化的情況下，將1200kg的金魚(yú)藻、輪葉黑藻等沉水治污植物種植于河岸四周1-2m淺水區(qū)，同時(shí)投放300尾鳙魚(yú)、600尾鰱魚(yú)。通過(guò)安排生態(tài)措施，水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽能夠被浮游、沉水植物大量的吸收，而后浮游植物再被鳙魚(yú)、鰱魚(yú)等浮游動(dòng)物食用，并且河底腐殖質(zhì)也可被鳙魚(yú)食用，最后對(duì)螺、魚(yú)等橈足類或枝角類浮游動(dòng)物的捕撈，從而形成一個(gè)小型食物鏈以實(shí)現(xiàn)水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的去除。

2.2 水生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)

通過(guò)一定的生態(tài)修復(fù)治理阜蒙縣細(xì)河段取得了明顯成效，隨后周邊居民將金魚(yú)、鯉魚(yú)等成魚(yú)投入河內(nèi)，并且當(dāng)時(shí)正處于金魚(yú)、鯉魚(yú)繁殖期，過(guò)多的育苗和成魚(yú)在很大程度上破壞了沉水植物，快速生長(zhǎng)的河岸浮萍植物逐漸覆蓋水面，因光照不足河內(nèi)沉水植物開(kāi)始死亡，所構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)受到極大的破壞。為維持水生態(tài)系統(tǒng)平衡，通過(guò)藥餌投喂的方式將部分金魚(yú)、鯉魚(yú)撈除，采取投灑1kg微生物制劑和人工澇取浮萍的方式凈化水質(zhì)，將1000kg金魚(yú)藻、輪葉黑藻等沉水治污植物補(bǔ)種于稀松部位，并結(jié)合實(shí)際情況投放100尾草金，逐步優(yōu)化水生動(dòng)植物比例。經(jīng)過(guò)1個(gè)月后，河道水質(zhì)得到改善，所構(gòu)建的水生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定并達(dá)到較高的運(yùn)行狀態(tài)。

為防止阜蒙縣細(xì)河段水生態(tài)系統(tǒng)再次遭到破壞，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)及水質(zhì)變化必須加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)合水生動(dòng)植物和微生物所占比例、數(shù)量、種類等實(shí)行微調(diào)，保證生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定良性的運(yùn)行。

3 生態(tài)修復(fù)效果評(píng)價(jià)

3.1 水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)

為全面掌握生態(tài)修復(fù)后的阜蒙縣細(xì)河段水質(zhì)狀況，將采樣點(diǎn)設(shè)置于河道內(nèi)，并連續(xù)監(jiān)測(cè)水體水質(zhì)。設(shè)置生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)后、修復(fù)中、修復(fù)措施實(shí)施前1個(gè)月和5個(gè)月作為采樣時(shí)間，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)在生態(tài)修復(fù)前后的監(jiān)測(cè)值，如圖1。

(a)葉綠素Chl-a質(zhì)量濃度

(b)總磷TP質(zhì)量濃度

(c)總氮TN質(zhì)量濃度

(d)COD質(zhì)量濃度

由圖1(a)可知，生態(tài)修復(fù)前5個(gè)月的葉綠素質(zhì)量濃度并不高、環(huán)境溫度較低；生態(tài)修復(fù)前1個(gè)月正值環(huán)境溫度快速上升的初春季節(jié)，葉綠素質(zhì)量濃度增長(zhǎng)至145.6μg/L且水體中藻類植物繁殖速度較快，藍(lán)綠藻等浮游生物數(shù)量在投放濾食性魚(yú)類生物作用下快速減少。生態(tài)修復(fù)措施實(shí)施后葉綠素質(zhì)量濃度減少至61.5μg/L，隨著生態(tài)系統(tǒng)的逐步穩(wěn)固葉綠素質(zhì)量濃度僅有11.2μg/L，并且水體透明度不斷增加到1.4m。水體中的藻類數(shù)量隨著葉綠素質(zhì)量濃度的下降急劇減小，從而徹底的解決了河流水體因藍(lán)綠藻引起的濃綠反黑的問(wèn)題。

從圖1(b)看出，總磷TP的質(zhì)量濃度隨水生態(tài)修復(fù)的推進(jìn)不斷增大，深入分析可知底泥中的氮磷成分隨水溫的升高被快速釋放，此外沉水植物因浮萍的瘋長(zhǎng)而大量的死亡，并釋放一定的氮磷，所以總磷TP的質(zhì)量濃度在修復(fù)過(guò)程中、修復(fù)前1個(gè)月和5個(gè)月均呈上升之勢(shì)。水體中總磷TP的質(zhì)量濃度隨著沉水植物的補(bǔ)種、浮萍被人工的打撈而快速減少，TP含量在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后只有0.072mg/L。

結(jié)合圖1(c)可知，總氮TN質(zhì)量濃度隨水生態(tài)修復(fù)的推進(jìn)不斷減少，TN含量在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后只有1.628mg/L；

分析圖1(d)發(fā)現(xiàn)，對(duì)減少COD質(zhì)量濃度生態(tài)修復(fù)措施發(fā)揮著顯著成效，COD含量從生態(tài)修復(fù)前1個(gè)月的21.5mg/L快速減少至修復(fù)后的5.06mg/L，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后基本位置在5.0mg/L的穩(wěn)定狀態(tài)。

總體而言，生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施明顯降低了河道中COD、總氮TN、總磷TP的含量，修復(fù)后的阜蒙縣細(xì)河段達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[9]。

3.2 動(dòng)植物多樣性變化

阜蒙縣細(xì)河段水質(zhì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，利用顯微鏡定量側(cè)此功能和定性觀察所采集樣本中浮游動(dòng)植物的密度、結(jié)構(gòu)、數(shù)量(如表1)。結(jié)果顯示，浮游動(dòng)植物群落多樣性在河道水體生態(tài)修復(fù)后有所增加，群落結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，可見(jiàn)生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施顯著增強(qiáng)了水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、水體生物鏈的平衡性，河流水質(zhì)逐漸得以改善[10]。

此外，建立結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物鏈平衡的水生態(tài)系統(tǒng)后，明顯提高了細(xì)河水體透明度和景觀效果，水草之間魚(yú)群穿梭，河流兩岸逐漸成為周邊居民垂釣、游覽、放生的重要場(chǎng)所。

表1 浮游動(dòng)植物群落結(jié)構(gòu)變化

4 結(jié) 論

采用微生物、水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了水體內(nèi)污染物的轉(zhuǎn)化、分解和有效轉(zhuǎn)移，通過(guò)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展、健康的生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水污染問(wèn)題的有效解決。水體生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)較傳統(tǒng)的工程治理措施，具有無(wú)需清淤、節(jié)省造價(jià)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，從根源上修復(fù)受損河道的生態(tài)功能，比較適用于城市景觀池、公園、河道等污染水體。