受损水体修复的生态工程研究与示范

摘要：我国各地的自然条件以及社会经济发展状况不同，江河湖库水体污染种类和程度也不同，因此需要因地制宜地开发适用的生态工程技术，通过试点示范，摸索总结一套适合我国国情的生态工程技术处理污染水体的方法。

关键词：受损水体 修复 生态工程 示范

　　受损水体修复的生态工程技术方法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。这种技术具有以下优点：首先是处理效果好。大量监测与试验数据表明，各种污染物的去除率都可以达到较高的水平。其次，与常规的环境技术相比，所需投入 相对较低，运行成本低廉。所需的微生物具有来源广、繁殖快的特点，如能在一定条件下对其进行筛选、定向驯化、富集培养，可以对大多数有机物质实现生物降解 处理。另外，这种处理技术不向水体投放药剂，不形成二次污染。用生态方法治污，还可以与绿化环境及景观改善相结合，创造人与水融合的优美环境。所以，这种 廉价、实用技术十分适用于我国江河湖库大范围受损水体的修复工作。

　　我国各地的自然条件以及社会经济发展状况不同，江河湖库水体污染种类和程度也不同，因此需要因地制宜地开发适用的生态工程技术，通过试点示范，摸索总结一套适合我国国情的生态工程技术处理污染水体的方法。

一、利用生态工程技术修复洋河水库污染水体示范研究课题

1．项目概况
　　洋河水库概况：洋河水库总库容3.6x10^8m^3，始建于1959年10月，1961年8月建成并使用。水库位于河北省秦皇岛市抚宁县大弯子村北，控 制流域面积755km^2，水库具有灌区供水、防洪、发电和城市供水功能，它是秦皇岛市及北戴河区的重要饮用水源地。每年通过洋河水库把桃林口水库的水送 往秦皇岛及北戴河区的水量达0．6x10am3，向周边地区供农业灌溉用水0．7亿m3左右。近年来，尤其是1998年以来，随着入库水量的减少、上游和 库区周边农业的发展和村镇人口的增加、水体的污染，每年夏秋季均有全流域性水华暴发。水源地水质的不断恶化，对水库周边地区工农业的发展、秦皇岛市及北戴 河的供水安全构成了严重威胁。因此，水利部于2002年9月批准了“应用生态方法治理洋河污染示范研究”项目，项目于2002年10月正式启动。

　　洋河水库污染源主要来自流域内农田径流、周边村落径流排水。西洋河流域上游的卢龙县是我国著名的甘薯之乡，每年甘薯总产量在6亿多·ks，&& nbsp9-10月份收获后，农户利用简陋的粉碎机和沉淀池，将甘薯就地加工成淀粉。这个过程中有大约300万m3的淀粉加工废水(COD： 3.6kS／m^3；TN：0.82kS／m^3；TP：0.17kS／m^3)，在20天左右的时间内经各支流沟渠汇人西洋河，进入水库，总氮 (TN)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)日最高排放量分别达到3300kg、900kg和3400kg。

　　谚水库水体内几乎没有大型水生植物存在，属“藻型浊水富营养化状态”水体生态系统功能脆弱且严重失篌。水质属Ⅳ-V类。主要污染因子为COD、TN、TP和非离子氨。

2．主要内容
(1)水库流域背景信息调查，全面掌握流域内社会经济、生态环境、污染现状。
(2)实施复合人工湿地示范工程，处理水库上游淀粉废水及生活污水。
(3)创建库内大型水生植物、库边植物带示范区。
(4)生态村镇、生态农家庭院建设研究唁示范，控制流域内村庄污染物随暴雨径流的排出量。
(5)水体藻类回收方法与资源化的研究。

3，课题技术路线
　　通过开展流域现状的调查，全面掌握流域的社会发展水平、发展趋势，摸青生态环境状况、污染现状，为实施流域整体上的管理提供依据，同时为采用生态工程技术 的设计、修复受扒水体提供边界条件。在水库上游的河道滩地上，构筑生物廊道及复仆人工湿地净化淀粉废水，使其在入库之前得到净化。水库的近岸水仁：中大型 水生植物只有分布量很少的菹草，岸边带黄沙岩石裸露，植被空白，在项目中通过恢复水体中大引水生植物群落、构建库边植物带，恢复水体的正常生态功能，提高 水体的自净能力。以农村庭院建设沼气池为核心，使农家的生活、养殖、种植垃圾通过沼气发酵处理，得到沼气能源，沼气消化液作为肥料返还到田间，从而实现减 少农家垃圾污染物的排出量。向水体中释放微细泡使水体中的蓝藻浮到水面，然后将其回收，作为制造有机肥的原料加以利用，实现污染物的循环利用。 二、成果特点及意义

　　通过资料搜集整理、现场走访调查及重点污染源、水库、河流断面监测，掌握了流域的社会经济发展状况、生态环境状况和污染状况，为流域尺度上的水环境管理提供了重要依据，为其他内容的实施提供了信息支持，保证了课题的顺利开展。

1．潜流湿地系统结构及净化效果研究

　　淀粉废水是洋河水库的主要污染源，每年10月中旬至11月中旬，河水中污染物浓度CODc，、TN和TP分别达至600~1400mg／L、20—50mS／L和2-14mg／L左右，溶解氧含量低，为1—2mg／L，河水呈酸性。

　　采用人工湿地生态系统处理淀粉水的方法，与其他处理方法相比，具有投资少、运行费用低、维护管理简便的特点，对氮、磷等污染物具有较好的去除效果。为了确定适合淀粉废水和气候条件的潜流湿地结构和关键技术参数，在西洋河的近入库口的河滩上进行了试验研究。

(1)试验系统
　　试验系统包括潜流湿地、表流湿地两部分，其中潜流湿地由6个结构相同的潜流湿地床组成，床体前端设有总配水池，配水池和6个湿地床之间以阀门相连，可随时 调节流量。床底采用聚乙烯膜防渗处理，床体两端均设有布水区和集水区，填充适量炉渣，床内填充填料，厚度约为0.5m。

　　为了选择适宜的潜流湿地的填料和植物，在6个床中配置了不同的填料和植物，考察不同床对污染水的净化效果。具体配置方案见表1。

(2)潜流湿地的运行
　　试验系统经过15天的启动运行，达到了一定的除污染效果。此后，分别在低负荷和高负荷下各连续运行40天，水力停留时间均为5天。随着运行时间的延长，污染去除效果提高并逐渐稳定。

(3)污染物去除效果
　　图1—图3分别为第4阶段潜流床进出水CODcr、TN和TP变化曲线。图4为潜流床对CODe，、TN和TP的去除率。
可见，6个床对水中CODcr、TN和&&nbspTP均有一定的去除效果，其中对&&nbspCODcr和TN的去除率分别超过了75％和 80％，其中以页岩作为填料、种植大黄和菖蒲的05床去除效果较好，&&nbspCODcr、TN和TP的去除率分别达到&& nbsp83.36％、91.0％和86.2％。

(4)潜流湿地结构对净化效果的影响
　　具有不同填料和植物配置的 潜流床对水中污染物的去除效果具有差异。经比较可知：以页岩为填料构建的床，对C0Dcr、TN和TP的去除效果均略好于以沸石为填料构建的床。在沸石和 页岩中添加炉渣的影响不同，在沸石中添加炉渣的#2床比单纯以沸石构建的#1床，对CODCr)和TN的去除效果略有提高；而在页岩中添加炉渣的#6床比 单纯以页岩构建的#5床，对CODcr、TN和TP自，去除效果则略有降低。种植植物的#1与未种植物的#3床相比，对&&nbspCODcr的去 除效果略有降低，对TN的去除效；匣影响不大，而对TP的去除效果明显增加，说明植物吸收是去除磷的重要途径。植物种类对床体净化效果的影响不明显。

(5)潜流湿地床内的生物作用
　　为厂确定潜流床结构对于其内部微观不境的影响，考察了不同填料床对敖生物、植物生长的影响。

　　不同填抖床中微生物的适宜性：为了考察沸石、页岩和炉渣对微生物生长的影响，分别在#1床、#2床、#5床和#6床中取4种填料样品，进行平板计数和 FDA活性测定，结果见图5。页岩表面的微生物数量和活性最高，添加炉渣后，其表面微生物数量和活性减少；沸石表面的微生物活性和数量略低于页岩。#5床 中微生物数量和活性值最大。

　　不同填料床中植物的适宜性：为了考察沸石、页岩和炉渣对植物生长的影响，对潜流湿地床后半部分菖蒲的株高和叶绿素两项指标进行测定，结果见表2。

　　不同床中株高和叶绿素值存在较明显的差异，由表中可见，#5页岩床中的菖蒲生长情况最好，#1沸石床中的菖蒲长势最差。

　　添加了炉渣的沸石床，菖蒲的最大株高增加了12.4％，最小株高增加了22.4％，平均株高增加了8.8％，表明沸石床中添加炉渣对植物的生长具有促进作用。

　　添加了炉渣的页岩床，菖蒲的最大株高减少了4.4％，最小株高减少了20.7％，平均株高减少了4.9％，表明页岩床中添加炉渣，对菖蒲的生长具有消极作用。


2，水体大型水生植物恢复及库边带植被恢复

　　通过构筑消浪栅、基质更换和采用特制护土保水材料等措施，恢复大型水生植物和岸边植物带各2000m^2和3000m^3。大型水生植物有菹草、菱角、水 葫芦、菖蒲、芦苇和睡莲等，其水面覆盖率达60％以上。岸边植物带上引入不同习性的植物，实现了从水体中的沉水植物、漂浮植物、浮叶植物、挺水植物和陆生 植物群落的连续性，为水生动物提供了适宜的生境，从而促进水体生态系统的恢复，提高水体的自净化能力。岸边植物带的建设，为水体筑起了一道污染缓冲带，为 捕食昆虫的鱼类提供了诱饵捕食场所，同时为工程的实施开拓了道路。

3．生态村、生态农家庭院建设

　　结合农村的生态村建设，以各家各户建沼气池为核心，实现农家的生活垃圾、养殖垃圾和农业垃圾的沼气化处理，回收沼气能源，沼气发酵液作为肥料还田，污染物 作为资源被多级利用，减少了对水环境的污染。通过在典型农家的试验，对沼气池构造加以改良(两相式和提高发酵容积利用率)，建造10m^3的沼气池基本上 可满足五口之家各种垃圾的沼气化处理，满足生活用燃气的要求。改变了农家的“柴火堆、粪堆、石头堆”满庭院的现象。

4．微气泡法水体藻类回收与资源化的研究

　　根据西方发达国家治理富营养化水体的经验，一般治理富营养化水体的时间要比成为富营养化所用的时间长5－6倍。因此，在短时间内实现洋河水库藻类暴发的控 制难度较大，该课题采取在回收区内向水中释放微气泡，使其与水体中浮游的藻类相结合，将其浮到水面直接进行回收，并将回收的藻类脱水、发酵制成有机肥料供 应市场。本套设备如设在自来水厂取水口附近，进行回收藻类作业，可解决因藻类过多堵塞砂滤池的难题。