城市缓流水体环境修复技术及维护对策

朱  亮

（河海大学环境科学与工程学院  南京  210098）

【摘  要】 城市缓流水体是维系城市生态平衡的重要组成部分。本文在讨论城市缓流水体的主要污染来源、污染特征及水化学过程的基础上。回顾总结了城市缓流水体环境修复技术及维护对策。

【关键词】 缓流水体 ； 污染源；  净化技术；  对策 

随着城市化和工业化进程的不断加快，水体资源的功能及作用不断被弱化。城市缓流水体的环境质量逐渐下降，削弱了缓流水体的利用价值。城市人口和城市数量不断膨胀，在局部地区已对自然水循环，尤其对城市缓流水体的资源价值产生了深刻影响。资料表明，在我国90%以上城市水体污染严重，50%的重点城镇水源地不符合饮用水标准。长期以来我国城市缓流水体没有真正得到保护，尤其是那些不作为城市供水水源的水体更没有得到妥善的保护，很多城市内河道、城市湖泊已经成了排污河道及污水的长期滞留地。因此，城市缓流水体环境保护已经迫在眉捷，其保护成功与否直接影响我国城市的整体形象及城市社会经济的可持续发展。

1. 城市缓流水体污染成因

城市污水处理仅靠二级处理不能有效控制水体恶化。据报道，东京都污水处理率达95%以上，河川水质虽明显改善，但东京湾富营养化仍有增长趋势。我国到2010、2030年全国污水处理率分别可达到50%和80%，但城市污水对环境的污染负荷仍不能明显减弱。这不仅仅是由于污水排放量逐年增加，而且现有二级处理对N、P去除不大。虽然深度处理是防止富营养化和恢复水体功能的重要措施，但从我国目前及今后若干年的经济实力来看，全面进行三级处理是不可能的。二级处理的尾水排放、雨水径流、底泥等将成为污染水体环境的主要诱因。植物性营养物（N、P）的输入及溶解氧状况对水体水质的影响巨大，并逐渐成为缓流水体不断恶化的重要原因。

1.1城市雨水径流污染

据研究，美国湖泊中氮磷沉积物有76%来自非点源污染。大多数情况下，氮通过面源进入水体。湖泊中磷的80%来源于污水^]，其中50%来自于家庭洗涤剂。对于已经实现二级污水处理的城市，BOD年负荷40～80%来自暴雨所产生的径流，在强暴雨期间，有94～95% BOD直接来自雨水径流，雨水径流将是城市水体的主要面源之一。

英国水研究中心研究表明：分流制排水系统中，地表径流所引起的污染总体上与合流制排水系统溢流所带来的污染相当。英国全年河流排放污染物中，35%是来自合流制系统暴雨溢流。在北安普敦、布拉德福德和布里格豪斯地区暴雨污水溢流水质达到BOD 80mg/l 、SS 400mg/l。表1 ^[6]、表2是不同地表雨水径流中污染物含量。

表1  塔霍湖地区雨水径流中污染物含量  (mg/l)

表2  中国北京市城区雨水径流中污染物含量（mg/l）

城市生活垃圾、建筑施工、车辆轮胎磨损，街道撒盐融雪等措施都是潜在污染来源。此外，气载污染物包括工业废气，烟尘排放及农业系统中NH₃-N逸出等均可以通过降尘、降雨或径流而直接进入水体。污染负荷从大到小依次是建筑工地，闹市区，工业区，低密度住宅区，公园和旅游区。

1.2水体底泥氮磷污染

底泥的污染是导致水体水质恶化的另一重要原因，表3是日本某些水体底泥总氮及总磷含量^[10]。

表3  一些水体底质氮磷含量（ppm）

水体中底泥表层及其上面新生堆积物中的氮磷直接或间接通过底泥粒子间的间隙水溶入水中，形成氮磷二次污染。底泥污染物含量直接与外源污染源排放特征及强度有关。氮磷的溶出在机理上有所不同，氮以氧化分解程度的不同影响其溶出，磷则以化学沉淀的形态成为影响溶出的主要因素，并与底泥表层溶解氧含量及搅动状态有关。在厌氧及搅动状态下，水体底泥中N、P溶出大于好氧状况下的溶出。随着溶解氧的变化，加快了底泥积累的营养物释放，造成水体营养物的高负荷，形成富营养化水体的恶性循环。

有关研究表明，上海苏州河不同河段底泥主要污染物（有机物和重金属）的垂直变化有典型的峰值分布特征：底部灰黄色泥层为自然沉积层，污染物含量低；中部为黑色粉砂质泥层，污染物含量高；顶部为灰色淤泥层污染物含量有所降低。

2. 城市缓流水体的污染特征及水化学过程

2.1城市缓流水体的污染特征

城市缓流水体由于流动性小，自净能力差，形成了一个具有内在动力学的密闭系统，通过此系统控制物质转化的各种过程。季节的变化，通过风力和水温的影响使得水体的动力学特征明显不同：夏季水体表面在风力的作用下，能迅速吸收新鲜氧气，处于好氧状态。与此同时，水体下层与有氧气的变温水层完全分离而处于厌氧状态。秋季水层水温变冷，水体的循环可以发生到水底，氧气可以进入底部，底层沉积物可溶解并输送的变温层的表层。停滞分层水体变为完全循环水体的连续交替现象对水体的各种生物代谢作用非常重要。浅层水体虽然没有热的分层现象，整个四季水体都可以全部循环，虽然促进了氧的输送，但另一方面也使得藻类的繁殖加快。此外，缓流水体在枯水期进水量少，水体置换速度慢，淤结严重，也减弱了水体的自净功能。

2.2城市缓流水体的水化学过程

缓流水体的污染物质包括水体沉积物、溶解性有机物及氮磷等溶解性营养盐。研究表明，磷可能是控制自养生物的生长限制因子，磷的浓度和藻发育的程度存在直接关系。某些条件下氮也可能成为自养生物的选择因子。在磷浓度高的水体中（P ：N < 1 ：10>），自养生物的生长将受到输入的氮所控制。

水体营养物含量和溶解氧状况影响水体的初级生产和生物化学过程。磷的进入会加速水体从贫营养状态到富营养状态，而且在整个水层均会发生。输入一毫克磷大约产生一百毫克的藻类干物质，藻类干物质沉到水底，通过生物的氧化分解作用可消耗一百四十克溶解氧。如果城市污水的磷浓度约15mg/L，则需要消耗氧浓度为2100mg/L。因此，水体中的磷酸盐对水体的有害影响超过了代表有机污染的BOD的影响。

水体表面藻类的光合作用，不仅使氧的变化在白天和黑夜较大，而且也使水体底层由于藻类密集使光合作用受抑制，水体溶解氧减少。藻类死亡后不断沉积，腐烂分解，也消耗了水体底层大量的溶解氧，甚至使水体出现厌氧状态，尤其在夏季处于停滞期的底层可能导致溶解氧的完全消失。

3. 城市缓流水体环境修复技术及维护对策

3.1城市缓流水体的环境修复技术

3.1.1污染源处理技术

城市环境水体的污染的一个重要来源是生活污染源的直接排放，尤其是分散生活污染源的排放，已经成为部分地区城市环境水体污染的重要原因。因此，研究开发小型的具有脱氮除磷功能的生活污水处理装置尤为重要。生活污水就地处理净化槽、土地沟渠净化系统等成为城市污水处理系统的重要配套设施。固定微生物技术、微生物载体技术、电解技术、厌氧好氧技术、水解技术及磷资源的回收技术成为上述装置的重要组成。尤其是发展新型磷资源回收利用系统技术为恢复有限磷资源奠定了技术基础。日本在Kasumigaura湖治理中规定小型处理装置的BOD、TN、TP的排放浓度分别为10mg/l 、10mg/l、0.5mg/l 。

3.1.2水体水质强化净化技术

河网沟渠一方面是主要的纳污系统，另一方面又是河道及湖泊的重要污染途径。研究纳污支流在流入干流和湖泊以前减少自身污染的技术是非常重要的。河网沟渠在流速、污染程度、尺寸依地域而有所不同，因此净化技术必须适合不同的地区情况。水体强化净化技术包括水体微生物修复技术、水生养殖（包括植物、鱼类、淡水蚌）净化系统及其它物理化学净化系统。目前研究的主要领域包括植物的筛选、水生生态系统的构建、植物的资源恢复和循环等方面。在日本的Kasumigaura湖治理研究计划中，通过利用可食用植物和淡水蚌来净化水体，并免费向公众开发，鼓励他们收割植物和淡水蚌。该系统一方面净化了水体环境，另一方面提高了公众的环境意识。

3.1.3水体生物修复技术

水体生物修复是新近发展起来的一项清洁环境的低投资，高效益，便于运用，发展潜力较大的新兴技术。生物修复是利用特定的生物（包括微生物-土著或外源微生物以及植物等）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恢复的生物过程。生物修复技术目前已经成为一种新的可靠的环保技术，其不仅应用于土壤、水体的污染治理，还被应用到海滩以及固体废弃物等的污染物处理。污染物不仅包括各种易降解物质，还包括杀虫剂、PAH、苯、甲苯、二甲苯、防腐剂、氯代烃类等难降解污染物，已经得到世界环保部门的认可。植物的修复技术主要是使生态系统的退化得到遏止，生态系统的基本功能得到恢复。研究包括河流廊道、河网及岸坡的植物培育及生物群落的构建（水生仿生生物群落、坡面仿生生物群落及河岸仿生生物群落）。

3.2城市缓流水体的维护对策

3.2.1建立科学的城市水务管理体制

目前，我国的水资源管理涉及到水利、航运、渔业、矿产、城建、农业、林业和海洋，但没有一个真正的权力机构来统一管理水资源。长期以来在防洪减灾、城市供水、防止污染、保护水体生态环境等具体工作上都存在许多矛盾，严重妨碍了水资源的统一规划、统一调配和统筹兼顾。不少地区在经济发展的启动阶段，城市水体不仅得不到重视相反却遭到了严重的破坏，如填埋、堵塞、污染。

新的城市水务管理应具有对城市防洪、除涝、需水、供水、节水、排水、水资源保护、污水处理及回用、地下水回灌等统一管理的职能。通过建立统一的水资源管理体制实现城市水体规划、调度和水量水质的统一管理，进一步确保地区社会经济和环境的可持续发展。

3.2.2城市水利工程与生态工程建设相协调

城市水体按其水质质量及用水特征可分为两大水体：一是人类社会经济活动用水，二是维护自然生态平衡用水。将城市水利工程和生态工程建设相结合，在发展人工生物净化技术同时，充分利用水体的自然净化能力，合理处理污水厂尾水和城市雨水径流。合理利用自然净化能力不仅符合生态系统物质循环及能量流动规律，也节省大量财力和综合利用水肥资源。例如，结合城市建设，建立大型观赏水生植物——鱼——底栖经济水产品等集雨水截留、污水净化、观赏与一体的人工生态系统已有成功的先例。1959年加州Santee回用系统已发展为农业回用及娱乐回用相结合的系统，包括供游泳、钓鱼及划船之用。密执安洲利用回用废水，形成试验性芦苇地及水生生物系统的观赏性湖泊，并证实芦苇内部吸收营养物并将其转化为有用产物的循环速率极高。城市水利工程和城市生态工程建设相结合的办法，尤其在干旱半干旱地区利用自然生态系统对污、雨水资源利用，改善城市生态环境，涵养水源，固沙育林更有积极意义。

3.2.3发挥水利工程在城市水体环境保护中的作用

城市缓流水体是城市的重要组成部分，我国及全世界各国城市形成与发展都离不开城市水体。城市水体赋有供水、防洪排涝、旅游娱乐及维护环境生态平衡的重要作用。因此，在城市规划、区域流域规划及水利工程规划、设计、管理、调度中应充分考虑这一特殊水体的作用与功能。通过建设调节水库、污水库、引水冲污水道或通过湖泊河道清淤减少水体污染源等，以达到保护和改善城市缓流水体的作用。

国内外成功经验表明，通过引水来增加河道流量，是改善城市缓流水体质量的有效方法。目前国内基本上采用生物处理工艺为主，辅之以曝气氧化的方法。利用天然河道和水工建筑物，按照污水处理要求加以人工曝气，拦污沉渣等措施，达到处理要求。或通过人工投放生物菌种的方法对河道水体和底泥进行生物降解，以恢复水体生态环境。

此外，研究适合当地的城市二级污水处理厂尾水排放通道，是防止城市环境水体污染的重要方法。

3.2.4完善暴雨污水综合治理方法

随着城市化进程的加快，城市雨洪控制与利用显得尤为重要，一方面可以减少雨水资源的浪费，另一方面可以减少初雨径流对城市水体的污染。20世纪60年代，日本就开始收集利用雨水，收集的雨洪水可直接用于消防、绿化和城市清洁，经处理后的水可用于工业及回灌地下等。

通过城市生态建设如绿化园林建设等措施减少城市雨水径流污染：一方面应尽快引排暴雨以免局部泛洪，另一方面要有足够时间存留雨水以改善水质。在美国西雅图就装有一个计算机控制的“在线存贮控制系统”以减少暴雨污水对周围地表水体的影响。对暴雨污水存贮后，固体悬浮物去除率均在80%以上，BOD₅去除亦在80%以上。

上海和北京均在着手研究雨洪水的控制与利用方法，通过对降雨强度、降雨径流和初雨水质的变化规律的研究，建立后续雨水收集、传输、调蓄、处理及利用系统。在工程措施上，可以结合生态工程建设，通过管、塘、池配套设施建设，溢流技术的完善，河湖岸边水生植物合理利用，雨水净化回用以及减少侵蚀作用等措施减少污染强度，从而达到保护水体的目的。

4. 结语

　　面源污染是城市缓流水体重要的污染源，随着人们对环境认识的不断提高，点源污染物的排放将会受到严格的控制，雨水径流污染和底泥污染将成为城市缓流水体污染的主体。城市缓流水体治理应充分协调环保、水利、防洪、城建、园林等之间关系，尤其要确保科学的水体调度方案，加快截污、治污、清淤工程建设和改进市政泵站的雨污水排放及雨污水治理，才能收到综合效果。