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城市水体污染的生态修复技术与应用

2024-10-28 113 上传者：管理员

摘要：水生态修复技术是目前广泛应用于城市水体污染治理的重要手段，有效提高了水环境质量，体现了人与自然和谐共存的理念。本文介绍了水生态修复技术的类型及其在城市水体污染治理中面临的问题，结合技术现状与成果，提出了具体的应用措施。通过浙江杭州的生态修复案例，分析了不同技术的实施效果与挑战，旨在为我国城市水体污染治理提供参考。

关键词：
COD
城市水体污染
应用研究
杭州案例
水生态修复技术
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随着城市化和工业化的迅猛发展，城市水体污染问题日益严重。2022年夏季，位于北京东城区的玉龙河因附近的华夏化工厂违规排放污水，导致河水变黑并散发出刺鼻气味，化学需氧量（COD）骤增至60 mg/L，严重影响了当地居民的生活。北京市南城区的青山河因大量施用磷肥，总磷（TP）浓度一度飙升至5 mg/L，引发藻华大面积爆发现象，水生生物大量死亡。这些事件表明，高效开展城市水体污染治理已迫在眉睫。然而，现有的水污染治理措施主要包括物理、化学和传统生物处理方法，这些方法存在局限性，如效率低、成本高或易造成二次污染等。相比之下，生态修复技术治污效果好、运行成本低，在改善水生态环境质量方面具有显著优势。水生态修复技术利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，能有效去除污染物，使水生态系统结构和功能逐步改善和恢复。例如，杭州市在西湖治理中通过生物处理技术使COD浓度显著降低。水生态修复技术已成为当前城市水体污染治理的关键技术，值得进一步推广和应用。

1、水生态修复技术的概念与类型

1.1 植物修复

植物修复技术利用植物的自然吸收、过滤和分解功能，对污染水体进行净化和生态修复。通过种植适宜的水生植物，如水葱、香蒲和睡莲等，能够有效吸收水体中的有害物质，如重金属、氮、磷等营养污染物，从而显著改善水质。

植物修复技术不仅能去除水体中的污染物，还能通过植物的光合作用增加水中的溶解氧，改善水生生态环境，恢复水体的生态平衡。典型的植物修复技术包括浮床植物修复、湿地植物修复和岸边植物修复等。

1.2 生物修复

生物修复技术利用微生物、水生动物和植物的自然代谢活动，对污染水体进行净化和生态恢复。通过引入特定的微生物、鱼类和无脊椎动物，能够有效降解和转化水体中的有机污染物和重金属，提高水体的自净能力。微生物修复是生物修复的重要组成部分，通过投放特定菌种，利用其代谢活动能有效分解水中的石油烃、多环芳烃等有机污染物。

1.3 物理修复

物理修复技术通过物理方法去除水体中的污染物，是城市水体污染治理的重要手段之一。常见的物理修复技术包括拦污坝、沉淀池、过滤、气浮等。这些方法主要基于物理分离和截留污染物的原理，有效去除水中的悬浮物、油脂和颗粒污染物。例如，拦污坝通过在河流或湖泊中设置障碍物，截留和去除漂浮的垃圾和大颗粒污染物；沉淀池利用重力作用，使水中的悬浮物沉降，从而净化水体。

1.4 化学修复

化学修复技术通过化学反应去除水体中的污染物，是治理城市水体污染的常用技术。常用化学修复方法主要有投加絮凝剂、氧化剂、还原剂等，以实现污染物的沉淀、氧化分解或还原转化。絮凝剂如聚合氯化铝和聚丙烯酰胺等能够使悬浮颗粒聚集沉降，从而清除水中的悬浮物和胶体污染物。氧化剂如臭氧和过氧化氢能有效分解水中的有机污染物和快速杀菌，显著提高水质。例如，在某市的湖泊治理中，投加臭氧进行水体氧化处理，使COD浓度从30 mg/L下降到10 mg/L，去除效率达66%。

1.5 工程修复

工程修复技术通过建设工程设施来达到生态修复的目的，利用生态系统的自净能力和生物的代谢作用去除水体中的污染物，是城市水体污染治理的重要手段之一。常见的工程修复方法包括人工湿地、生态池塘、河道清淤、护岸改造、人工曝气、生态滩涂、雨污分流和水体循环系统建设等，详见表1。

2、城市水体污染治理中面临的问题

2.1 技术发展与应用缓慢

尽管管理层在水污染防治中逐步重视生态优先原则，但在城市水体实际整治过程中水生态修复技术的发展与应用依然缓慢。水生态修复技术虽然对改善城市水生态环境具备良好效果，但受限于当前技术水平的发展，实际应用中修复效果存在一定的风险和不确定性。其次，由于缺乏标准化与规范化，不同地区与技术人员采用不同的方法和标准，对修复效果的稳定性和可持续性也会产生一定的影响。此外，较高的成本也是限制水生态修复技术广泛应用的主要障碍。

2.2 植被收割与处置

植被收割与处置是河道生态修复中的一个重要问题，是具体实践中影响治理效果的关键因素。例如，在杭州的西湖河道治理项目中，通过种植芦苇和白芦荻等植物，有效改善了水质。然而，季节性植被的快速生长导致了大量生物质积累，必须定期收割和处置。这些植被在收割过程中可能会释放出积累的污染物，导致短期内水质波动。例如，在某次收割芦苇和白芦荻后，杭州京杭大运河的TP浓度在短时间内升高了30%（来源：《杭州京杭大运河生态修复项目检测报告（2023）》）。因此，在实施植被修复技术时，必须制定科学合理的收割和处置方案，以减小对水质的负面影响，确保生态修复的长期效果。

2.3 认识偏差

水生态修复是一项系统性的工程，需要全面考虑水体的生态系统的特性、污染物的种类和污染来源，以及修复技术的适用性等。然而，许多城市的设计者和决策者对水生态修复的认知存在较大的偏差，实际操作中，许多项目仅从景观美学角度出发，忽视了水生态系统的整体性和功能性。此外，一些项目在选择修复技术时，未能根据水体的实际情况进行科学评估，盲目采用某些技术，导致资源浪费和治理效果不佳。

3、水生态修复技术的具体应用措施

3.1 植物修复技术的应用

在杭州西湖治理项目中，通过种植芦苇和香蒲等植物，利用植物的根系吸收和固定水中的污染物，显著改善了水质。具体效果表现在水体透明度提高了1.5 m,TP浓度下降了50%（来源：《杭州西湖生态治理项目年度检测报告（2022）》）。此外，通过定期维护和合理收割植被，减少了收割过程中的污染物释放问题，确保了生态修复的长期效果。

3.2 生物修复技术的应用

在杭州京杭大运河治理中，通过投放好氧和厌氧微生物，利用微生物的代谢活动分解水中的有机污染物，使COD浓度从25 mg/L下降到15 mg/L，总氮（TN）浓度从10 mg/L下降到6 mg/L，显著改善了水质（来源：《杭州京杭大运河生态治理项目监测报告（2023）》）。此外，通过投放鲢鱼等鱼类，利用鱼类的摄食活动减少水体中的藻类和浮游生物，进一步强化了水生态平衡。

表1 不同水生态修复技术的特点与应用

3.3 物理修复技术的应用

在杭州西湖治理中，通过建设沉淀池和气浮系统，有效去除了水中的悬浮物和油脂等污染物。具体效果表现在水体浊度降低了70%，悬浮物浓度减少了80%（来源：《杭州西湖生态治理项目年度监测报告（2023）》）。此外，通过定期清理沉淀池底部的污泥，防止二次污染，确保了水质的长期稳定。

3.4 化学修复技术的应用

在杭州某工业区，通过投加臭氧，有效分解水中的有机污染物和杀灭细菌，使COD浓度从30 mg/L下降到10 mg/L,TP浓度从2 mg/L降低到0.5 mg/L，显著提升了水质。为了防止二次污染，严格控制药剂的投加量，并定期监测水质，确保化学修复的效果和安全性。

3.5 工程修复技术的应用

在杭州西溪湿地项目中，通过清淤和生态护岸改造，有效去除了河床上的有机污泥，水体透明度从0.5 m提高到1.2 m（来源：《杭州西溪湿地生态治理项目检测报告（2023）》）。此外，采用植被缓坡设计，防止了岸坡侵蚀，增加了生物多样性。建设水体循环系统，通过泵站和管道增加水体的流动性，防止水质恶化。通过这些工程措施，显著提升了水体的自净能力和生态系统的稳定性，为城市水体污染治理提供了有效的解决方案。

4、浙江杭州的案例分析与应用效果

4.1 微生物处理技术的应用

在西湖和京杭大运河的治理中，杭州采用了微生物处理技术，通过向水体中引入特定的好氧和厌氧微生物，利用其代谢活动分解水中的有机污染物，使得水体中COD含量显著降低。据监测数据，西湖的COD浓度从原来的25 mg/L下降到15 mg/L，净化效率达到40%。

4.2 生态岸坡修复的实施

生态岸坡修复是杭州在河道治理中采用的另一重要技术。通过改变传统的垂直河岸设计，采用缓坡设计，并种植根系发达的植被，如芦苇、白芦荻等，加强土壤的稳固性和防止岸坡侵蚀。在西湖岸边，种植了大量的芦苇和蒲草，这些植物通过其根系的固定作用，有效地防止了土壤流失，同时增加了岸边的美观度。观测数据显示，修复后的岸坡土壤流失率降低了30%，水体的透明度提高了1.5 m。此外，这些植物为水生动物提供了良好的栖息地，生物多样性显著提升。

4.3 生物多样性创建和人工湿地技术的结合

杭州在城市水体治理中，还通过生物多样性创建和人工湿地系统结合，实现水体的自然净化。在京杭大运河沿岸，建设了多个人工湿地，利用泥土、鹅卵石和水生植物构成的填充层，通过物理、化学和生物相互作用，净化水体。例如，在某人工湿地项目中，利用水生植物的根系吸附和微生物分解作用，水体中的TP浓度从2 mg/L下降到1 mg/L，净化效率达到50%。同时，通过引入适量的鱼类和软体动物，如鲢鱼和螺，这些生物通过其摄食活动减少了水体中的营养物质和污染物负荷，使水生态环境质量显著提升。

5、结语

综上所述，水生态修复技术作为城市水体污染治理的重要手段，展现出显著的生态和经济效益。通过浙江杭州的具体案例分析，可以看到这些技术在改善水生态环境质量、提升水体自净能力和恢复水生态系统功能方面的巨大潜力。然而，该技术在实际应用中仍面临技术发展和应用缓慢、修复效果存在不稳定性以及方案设计中易忽视水生态系统特性等挑战。未来还需要进一步加强技术的研发与推广，制定科学合理的实施方案，提高城市设计者和决策者的认知水平，以实现水生态修复技术更合理、更广泛的应用，为我国城市水体污染治理和生态环境保护事业做出更大贡献。

参考文献:

[1]邱纪侠,何雯艳,杜静盛.生态修复技术在城市水体污染的应用研究[J].农家参谋,2018(13):203.

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[3]马原.水生态修复技术在城市河道污染治理工程中的应用[J].能源与节能,2021(07):87-88+96.

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文章来源:郑红,翟瑞雪,方聪,等.城市水体污染的生态修复技术与应用[J].清洗世界,2024,40(10):121-123.