城市河道生物修复和生态修复技术1

城市河道生物修复和生态修复技术

1 河道生物修复和生态修复理念

1.1 河道生物修复和生态修复

生物修复（Bioremediation）是上世纪80年代发展起来的一项低投资，高效益环境治污技术，就是利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下进行消除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行治理的生物过过程。生态修复（Ecological Restoration）是利用生态工学原理、技术，通过河道水污染控制、水量和水流态的调节，河道河底和岸坡的形态结构的生态改造，恢复河道生物多样性，重建河道生态系统的结构和功能，使之达到良性的自然生态平衡。

生物修复和生态修复是城市河道治理技术发展的不同阶段和不同层次。二者的目标、应用原理、技术手段、应用生物的种类和适应范围均有一定的差异。

从技术目标上看，生物修复主要以改善河道水质为目的，实际上是城市污水处理系统的延续；而生态修复的主要目的是恢复受损的河道生态系统，水质改善是河道生态修复的前提。从技术原理上看，生物修复主要利用环境生物学原理，利用培育的植物、微生物等生物，特别是微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化；生态修复则是利用生态工学的原理，通过创造良好而多样化的河道生态环境，合理引进和配置水生生物群落，促进河道向良性生态系统演替。从采用的技术手段上看，生物修复以环境工程手段为主，如河道曝气、氧化塘、生物接触氧化、曝气生物滤池、复合生态滤床、微生物合酶制剂的投放等；生态修复则主要为河道形态、结构的生态改造，河道水量、水流态人为调节。从适应范围上看，生物修复主要适应于重污染河道，特别是有机污染的黑臭河道，生物修复作为截污不彻底的一个补充措施，有利于降低河水污染，消除河道黑臭现象；生态恢复适应于微污染河道，特别是以N、P等营养盐污染为主的富营养河道。通过生物修复改善河道水质，为河道生态修复创造了良好的基础，而生态修复是河道治理的最高目标。生态修复是构建自然环境和人居环境和谐统一河道治理技术体系。

1.2 河道生物修复和生态修复目标

城市河道生态修复工程是师法自然，利用自然界自身的规律恢复其本来面目。其目标是在确保水安全的前提下，恢复和重建河道生态系统的结构和功能，采用生态工程学的方法，通过对河道及其岸坡的形态、结构进行生态学改造，优化河道生物群落，构建河道生物多样性，提高河道自我调节和自净能力，保障城市水资源的循环利用，配合城市生态和景观建设，做到人水和谐，促进城市社会经济可持续发展。

1.3 河道水污染控制目标

河道水污染控制是河道生态修复的基本条件，而河道生态修复反过来又促进河道自我净化能力，在一个健全的河道生态系统中，水质洁净是必然结果。

2 河道生物修复和生态修复技术

2.1 河道生物修复技术

城市水污染控制的通常手段是将城市污水处理系统和地表水系作为一个整体，通过截污措施控制河道点源污染，通过清淤减少河道内源污染。事实上，城市河道是一个开放系统，河道面源污染和大部分内源污染很难通过市政工程手段进行控制，应主要通过生物修复技术进行治理。应用于河道治理的生物修复技术包括河道曝气增氧、复合生态滤床、氧化塘技术、曝气生物滤床、软性填料、接触氧化、植物浮岛、生物酶制剂和微生物投放，生物促生等。生物修复是城市水污染控制中城市污水处理系统的有力补充，不仅能消减进入城市河道有机污染负荷，对NP等营养盐污染也具有一定的控制作用。

2.1 河道生态修复技术

2.1.1 河岸生态缓冲带构建

河岸带植被恢复是河道生态修复的重要技术方法，河岸生态缓冲带是介于河道和河岸之间的生态过渡带，具有明显的边缘效应，具有调节气候、涵养水源、滞洪补枯、防止土壤侵蚀、降解环境污染的作用；对面源污染，地表径流、营养盐具有阻滞作用；具有生物廊道、维持生物多样性和生态平衡、保持城市地下水资源平衡以及调节区域Ｃ、Ｎ等元素的生物地球化学循环等功能。河岸生态缓冲带尽可能采用多孔渗水路面，植物种植采用本土树种，建立乔、灌、草层级结构，功能完善的河道天然植被带，发挥其生态功能。

2.1.2 生态护岸构建

河岸护坡是河道生态系统的重要组成部分，同时也影响着河流的稳定性及行洪能力，传统的河岸防护工程中多采用浆砌或干砌块石、混凝土、预制混凝土块体等结构形式，虽然在保持岸坡的稳定性、防止水土流失、保证防洪安全等方面起到了一定的作用，但对河道景观环境和生态产生了不良的影响，造成水体与陆地环境恶化和生态破坏，护坡硬化割裂了水土联系，使河道水、土和生物群落之间物质循环和能量流动受到破坏，加剧了水污染的程度，降低了河流的自净能力。

河床护坡的生态修复方法，拆除原有的石块、混凝土结构，将其改造成适合生物生长的仿自然状态的护坡，护岸材料采用具有耐久性、抗侵蚀性、抗冲击性，同时具有渗透性和亲水性材料，最好为天然材料如木桩、竹笼、卵石等。为了维护河岸的稳定性，防止水土流失，可在护岸上种植水生植物和其他植物，植物根系纵横交错于介质和土壤中，增强了河岸带亚表层强度，增加了河岸的稳定性，防止岸坡重力侵蚀；生态护岸和河岸水陆交错的生态活跃区的水生植物，降低水体流动，有利于生物栖息；生态护岸水陆交错区的介质和水生、湿生

的生长而过分影响其他种类的生长，有利于形成物种之间良好的相互促进，相互制约的机制；引进植物有一定的净化水质作用和景观效果。对于外来物种引进要特别谨慎，避免外来物种入侵造成生态灾难。

3 河道生态修复治理工程中几个误区

3.1 清淤能解决河道内源污染问题

城市水环境是一个开放的系统，其水体或是流动的、或受潮汐影响、或间歇性换水，针对水体的各种生物修复措施，如投放外源微生物、生物促生剂等或许是有效的，但其作用可能随水的流动或置换而消失。底泥在城市水环境生态系统中扮演十分重要角色，底泥是河湖生态系统分解者——微生物的主要聚集地，底泥营养盐释放为河湖生态系统生产者——藻类提供营养，在洁净好氧河涌中，底泥是结纳和分解污染物的“库”，提供上覆水体无机营养盐的“源”，在黑臭水体中，底泥中积累的污染物向水体释放，又成为加剧河涌污染的“源”。

河道清淤并不能彻底解决河道内源污染问题，清淤虽然能除去部分已污染的底泥，但我国城市黑臭河涌大部分已有十多年、甚至几十年的底泥积累，底泥厚度一般有一米以上，受工程条件限制，不可能将全部污泥清掉，清淤后的底泥仍为新的污染源，而且清出的底泥容易形成二次污染。

底泥生物氧化就是在泥水界面形成一层棕色氧化膜，如果将水环境比做一个污水处理系统，底泥好氧层即为“活性污泥”，底泥好氧层一方面分解底泥深层厌氧层（黑泥层）不断渗出的有机质和其它污染物，隔阻有毒物质向河涌水体扩散，一方面分解来自河涌污染物、浮游动植物残体。底泥氧化层厚度，很大程度决定了河涌自净能力，底泥氧化层越厚，河涌自净能力越强，反之，河涌自净能力越弱。底泥生物修复对城市水环境生物修复和生态修复具有十分重要的作用。

3.2 河道水污染控制中彻底截污的观念

在城市河道治理中，往往认为城市河道黑臭或富营养问题是一个单纯的水污染问题，只要通过截污手段，对河道进行彻底截污，就可以根治城市河道黑臭或富营养。从治理技术和手段上看，往往只重视截污、清淤、驳岸等工程手段，而忽视河道生态恢复。

事实上，城市河道污染种类众多，来源非常复杂，要做到完全截污是不可能的。根据污染物种类，主要分为有机物污染、营养盐污染、重金属及其它污染；根据污染源可分为外源污染和内源污染，其中内源污染包括河道底泥污染和由于河道藻类繁殖而产生的内负荷（1克藻类约产生0.5克CODcr）；外源污染包括点源污染和面源污染以及大气降尘污染。城市截污工程主要针对点源污染，污水收集管网的建设将是点源污染控制的一个重要手段；而面源污染随雨水管道系统进入河道是难以控制的，随着点源污染的控制越来越严格，面源污染占河道污染的比例将越来越大。根据美国水环境污染治理经验，河流中接纳的面源污染负荷占其总污染负荷的一半以上，即使广州市河道能实现完全截污，河道面源污染也将长期存在。面源污染以营养盐污染为主，有时也产生有机污染。

空气降尘也是河道难以控制的外源污染，据调查，上海大气中落到地面的氨氮高达9.68t /km2.a，按此推算，水体的氨氮含量将达4.89mg/l，几乎是国家地面水Ⅴ类标准中氨氮值的2倍多。

虽然底泥生物氧化能在一定程度上缓解底泥向上覆水体释放污染物，但并不能彻底解决河道内源污染问题，而且河道水体中藻类光合作用也能产生大量有机物，这也是河道的重要内源污染，对于富营养水体，这种污染形式尤为严重。

随着广州市经济发展和城市河道治理的进程，城市河道污染源将由点源污染逐步转为面源污染、空气降尘污染和内源污染，河道污染物将由有机污染逐步转为营养盐污染，河道污染形式将由水体黑臭转为富营养化，但河道污染将长期存在，任何幻想河道100％截污的治理思路都是不现实的。对广州市河道治理，必须拓宽水污染控制思路，面对河道污染将长期存在的现实，将城市污水处理系统和河道生物修复、生态修复技术结合起来，形成城市水污染控制和水环境治理的技术体系。

3.3 河道生态修复越接近自然越好

城市河道生态修复必须坚持回归自然和以人为本的基本原则，但并不意味着城市河道生态修复越接近自然，越接近原生态越好。由于人类对于水资源的长期开发利用，已经形成了一个新的不同于自然的河流生态系统，首先城市河道生态系统物质循环方式不同于自然河道，大量污染物通过不同的途径进入河道生态系统，这就要求城市河道生态系统必须有高于自然河道的水质净化能力，必要时还必须通过人工增氧、投放外源微生物、软性填料、人工湿地、生态滤床等生物修复技术强化河道水质净化能力；城市河道自然地理、水文气候条件、水循环模式也不同于自然河道，必须因地制宜，进行河道生态修复治理；城市河道生态修复还必须满足城市发展的功能需要，做到最大限度的为人类所利用，除了实现河道生态功能外，还必须满足景观、休闲、娱乐等多种功能。因此，城市河道生态修复，必须在承认人类对于水资源利用的必要性的同时，强调要保护自然环境质量，通过对河道形态、结构、水质、水量、水文条件优化，以及生物多样性恢复，达到建设一个具有河道地貌多样性和生物群落多样性的动态稳定的、可自我调节的城市河道生态系统，实现人水和谐人与自然和谐，建立人-水-城市的可持续发展模式。

3.4 河道生态修复是河道治理的终结

河道生态系统的演替是一个动态过程，不是静止的，必须进行长期的监测和管理，在时间和空间上具有不确定性。城市河道生态修复并不是城市河道治理的终结，相反，生态修复完成仅仅是河道生态保护的开始，在城市河道治理中，必须将生态修复和生态保护紧密结合起来，在河道生态修复完成后必须利用生态稳定化技术，进行维护管理，将生态管理作为城市河道管理的重要组成部分，使生态系统能有效运行，保证其生态承载能力，促进广州市社会经济可持续发展。

4 营造生态景观，建立人水和谐目标

河道是人与自然，城市与自然，人与人交流的场所，是城市重要的景观界面，利用景观生态学原理，合理规划河道空间结构，使河水、河岸、滨河带等生态景观要素形成一个生动活泼的有机整体，既符合生态学原理，也具有一定的美学价值，更适合人类居住，使河道景观由单纯的物理景观转变为多样性的生机盎然的生态景观。提高沿河土地利用价值，创造良好经济效益，实现社会经济可持续发展，消除人和自然的对立，建立人水和谐。