城市污染河流生物生态治理研究与应用进展吴林林

净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVol.25No.62X()6城市污染河流生物一生态治理研究与应用进展吴林林黄民生邓涨(华东师范大学环境科学系,上海200062)摘要该文分析了城市污染河流的污染特性和成因,综述了物理法、化学法、生物一生态法的基本特征,重点介绍了各种生物一生态法在国内外城市污染河流治理上的技术特点及研究与应用进展,同时分析了我国当前经济条件下生物一生态组合治理技术的应用优势和发展前景。关键词城市污染河流生物一生态法研究与应用进展AdvaneesandAPPlicaitonofBio·eeoloigealAbatementofrUrbanPolluted形verWuLi川inHuangMinsheng仇gnHognrDe户明neIntofE二iornme瓜cSiccnes,EothCinaNomr尤llnU动。srixt,hsangh成200062,hCina)AbstracthTeehaareteirstiesandeausesofpollutioninubranirverweererviewedinthispaPer.SometeehniquesforPollutedirverabatementeuerrnilyusedathomeandabmad,ineludingthephysiealporeess,ehemiealporeess,bio-eeologiealporeess,andtheiradvaneesandapplieationweersumm丽zed.uFrthemroer,thePorsPeetofthedevelopmentandtheadvantageoftheapplieationOfviarousbio一eeologiealteehniquesundereuerrnreeonomieeonditioninChinawasanalyzed.KeywordsuhtanPolluted石verbio一eeoloigealpoeessadvaneesand即plieation城市河流是城市的重要组成部分,是城市形成和发展中不可缺少的资源川,同时也是城市社会经济发展和文化、环境建设的重要载体。城市内河流承担着排水防洪、景观娱乐、城市气候环境缓冲、城市污染物的消纳等重要功能。因此,健康的城市水体环境是城市可持续发展的重要保障。我国许多城市河流水质污染和生态退化问题十分突出,耗氧性有机污染物、氮磷营养盐含量高居不下导致水体黑臭及富营养化严重,蓝藻(衡朋刀bact。:ia)、水葫芦(icEh-horniaeasrsiPes)、水花生(Alternanrhear尸hiloxe-oride、)和浮萍(eLmnamionriLnn)等水生植物暴发性生长繁殖冈。城市河流环境恶化对城市居民的健康和城市生态安全构成了严重的威胁。解决城市河流的污染、恢复河流的生态和社会功能问题,日益成为城市可持续发展的关键乃至限制性因素。1城市河流污染特征及成因城市经济的快速发展、人口剧增以及城市郊区农业的发展使得污染物排放量大大超过了城市河流基金项目:上海市中小河道生化治理专项基金资助课题。的环境容量,而城市管网和污水处理设施的建设严重滞后,使得大量的生活污水和工业废水及各种垃圾未经处理或者不完全处理直接排人城市河流,致使许多城市河流成为纳污河;另一方面,许多城市河流被人工改造,“硬化”、“渠化”的河道占据了城市河道的主体,这就隔绝了河水与河床及河岸系统的天然连接,造成河流天然生态系统断裂,生态功能和自净能力随之退化和降低。此外,水系割断和填埋等也是我国许多城市河流存在的问题3I],导致水面率减少、水环境容量下降。2城市污染河流的治理技术目前国内外已在使用的或已试验的污染河道水体治理技术主要可分为物理、化学和生态一生物法三类方法。物理方法主要是指人工曝气、疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤和调水等;化学方法如混凝沉淀、加人化学药剂杀藻、加人铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等等。亚运会期间北京市在清河一段长约4km的河道中安装曝气设备,人工充氧基本消除了曝气段的臭气,BODS去除率约50%,曝气后DO由0上升一11一DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2006.06.004城市污染河流生物一生态治理研究与应用进展Vol.25No.62()15至5一7m岁L;引水冲淤和调水在上海苏州河和武汉东湖的治理中使用,取得了很好的效果4I’!;太湖流域1999年底前就对14406km的河道进行了清淤,同时还实行了“禁磷”,但20条主要人湖河道的年平均总磷质量浓度不但没有降,反而由1998年的o.o69mg/L上升到2000年的o.175mg/U刀。物理、化学方法尽管短期效果好,迅速有效,但往往治标不治本而且费用高,易对环境产生二次污染,难以长期持续应用。生态一生物法是国外近年来发展很快的一种新技术,它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,从而使水体得到净化的技术。它主要包括微生物强化技术、水生植物净化技术、人工湿地技术、稳定塘技术、生物膜技术、生态混凝土技术、多自然型河道技术以及组合生物技术等。本文重点介绍生态一生物技术研究与进展概况,希望对我国城市污染河流的综合整治提供一些参考。3生态一生物治水技术研究与应用进展3.1微生物强化净化技术河流中的污染物的降解主要依靠微生物的降解作用,当河流污染严重而又缺乏有效的微生物作用时,人为提供合适的环境条件(如曝气增氧)、投加功能性菌剂和生物促生液等以促进微生物降解有机污染物,是目前微生物强化净化的主要技术方法。1997年3一4月在滇池草海及其流域的鱼塘和大观河进行微生物菌剂应用的试验研究证明8l[,用光合细菌净水剂处理重污染大观河河水具有良好的效果。2000年3月一2001年4月在重庆桃花溪曾使用CBS微生物菌剂技术净化河水,结果显示:BOD:、NT、PT的去除率分别为83.1%一8.66%、53.0%-68.2%、74.3%一8.09%,净化效果十分明显l9j。普罗生物技术(上海)有限公司将生物促生液应用于城市污染河流的治理及修复,结果表明,投放促生剂对消除水体黑臭、增加水体溶解氧作用明显且迅速,主要微生物类群由厌氧型向好氧型演替,水体生物多样性不断增加l0[J。.32植物净化技术把高等水生植物和某些陆生植物种植在水体中,通过植物的吸收利用大量污染物(主要是氮磷等营养物)11’一l3]和物种竞争相克净化污染物并抑制有害微生物(如蓝藻),该技术具有净化水质、修复生态和改善景观等多种功能。宋祥甫等人l4IJ利用水稻(Oyrza、at助以)浮床净化富营养水体,考察了浮床覆盖率对净化效果的影响,结果表明:覆盖率为60%时TKN(总凯氏氮,TotaljKeldahlNitorgen)和TP的去除率及每m,水稻浮床对TKN和TP的去除量分别达5.87%和49.1%、.2939和.032;9覆盖率20%时TKN和TP的去除率及每mZ水稻浮床对TKN和PT的去除量分别为29,o%和32.1%、4.4859和0.52229。浮床覆盖率还要根据水体的使用功能(行洪、航运、游泳、景观等)合理确定。马立珊等人115]利用浮床香根草(Veitreira琉anioiae、)对供试河湖水体做水质净化实验,结果表明:香根草浮床对TN和TP的净化效果很明显,在60d的生长期内水体中TN、即分别降低了.46-5.3m留L、0.23一0.30m留L。井艳文等人11司利用美人蕉以了口几aninidca)(高杆、矮杆、紫叶)和旱伞草(6尹。usr硫。nr如il。)浮床对罗道庄桥一永定河引水渠段进行净化试验表明:试验区封闭水体TN、仰含量呈逐渐下降趋势,浮床植物去除水体氮磷效果较好,在大约2个月时间内从水体中去除的氮、磷总量分别为86.0kg、or.skg。.33湿地和稳定塘净化技术湿地是陆地与水体之间的过渡地带,具有独特的生态结构和功能,是自然环境中净化功能很强的区域之一。人工湿地在污水处理、河流污染治理和生态修复中的应用正处于快速发展时期11飞被广泛用于削减农业、公路、城镇等点源和面源污染负荷”泌;]处理河水中的重金属四、农药25[]和富营养化河水中氮、磷l划、藻和藻毒素I28N。德国利用水平流和垂直流湿地芦苇床系统处理富营养化水体中营养物质(N、P等),并进行比较,结果表明,超过90侃的有机污染和N、P等污染被去除浏。美国田纳西州人工湿地系统试验在不同水力负荷下对氨氮、总氮的去除规律,结果表明,二级系统氨氮去除率较一级系统高20%一50%,周期性落干可提高氨氮的去除率,水力停留时间的增长可以改善总氮的去除效果3ljI。加拿大潜流芦苇床湿地系统在植物生长旺季中的TN平均去除率为60%,TKN为53%,TP为73%,磷酸盐平均去除率为94%l32]。英国芦苇床垂直流中试系统用于处理高氨氮污水,平均去除率可达93.4%l33j。1993年,日本为改善渡良獭蓄水池一12一净水技术Vol.25No.620()6的水质,在蓄水池一侧滞洪洼地上建设人工芦苇湿地并将蓄水池的污染水质引到芦苇荡进行净化。该湿地建成以来不仅使得蓄水池水质得到明显改善而且水体生物多样性也有所恢复冈。2003年深圳石岩河人工湿地运行7个月,污水处理量达1.8xl06耐,对污水中CODcl、BODS、55、TP、TN和NH4’N的去除率分别为87.1%、4.1%、575%、91.4%、47.8%和74.8%。对植物氮磷的分析表明,植物氮积累量为116.2-417.1kg·hm一,,磷积累量为70.7一178.3kg·hm一,〔,,宜。稳定塘净化技术是利用重力沉淀、微生物分解转化和水生动植物的吸收作用对污染河水进行净化的。用于污染河流治理的稳定塘可以利用河道附近的洼地、鱼塘经适当改建而成;对于中小河流还可以直接在河道上筑坝拦水,成为河道滞留塘(在河流上游的又称前置库)。河道滞留塘在国外已有应用实例队州。一条河流可以构建一级或者多级滞留塘闺,它们在污染源的生态拦截及污染水质的就地净化中可以发挥重要作用。在传统稳定塘的基础上开发处理效果更好的变形稳定塘工艺,例如美国的高级综合稳定塘3[9叫、我国的串联结构的综合生物塘(IntegratedBiologiealPondSystem,IBpS)等{,21。在苏湾村附近河滩建设的生态稳定塘对双泊河进行净化试验,结果表明在24h(HRT)内河水的CODcF去除率可达58.8%143]。2004年郝达平等在新沂河北偏乱采用完全储存塘和连续出水塘两种模式对污染河水开展了净化试验研究44l[,结果表明:完全储存状态下的去污率高于连续出水状态下的去污率。3.4生物膜净化技术近年来,利用生物膜法的传统优势治理污染河流得到重视,属于原位净化和修复的主要有砾石接触氧化法、排水沟(渠)的接触氧化法、生物栅法等45[]。Fuurkawa等人将无纺布覆盖的沸石粒投加到污染河流中以强化氨氮的净化作用,取得了较好的应用效果46I]。日本在河流治理中已建成并使用的接触氧化净化设施就有巧0多个4n[。在江户川的河滩下建设古崎净化场利用卵石接触氧化法对支流坂川污染水质进行净化。该设施内部放置了直径巧-25cm的卵石,水流在卵石间流动时与卵石上附着的生物膜相接触,通过接触沉淀、吸附、氧化分解等作用可快速去除水中的污染物,其中BODS的去除率达到75%.水质有明显的改善1481。野川净化场自建立投人使用以来,经过大约6年的运行观测,对BoDS处理率达72.13%,对SS的处理率达84.19%l,9]。韩国在1995年采用卵石接触氧化法对良才川进行水质生物一生态修复,该净化设施日处理能力为32000m,,设施建成至今已6年,对BODS和55的处理率达70%一75%,治污效果显著闰。国内黄民生等人2[,52]于2001年在上海市黑臭及富营养化中小河道治理中应用2种型式的生物栅开展了试验与实践研究,取得了良好效果。.35生态混凝土技术为了经济和有效解决河水富营养化问题,日本大成建设技术研究