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城市河道的生物修复
摘要：城市河道污染的特点一般是水体富营养化严重，氮磷含量超标；水体滞流，多处于厌氧状态，复氧能力差；淤积严重，透明度低，甚至出现黑臭现象；河道生态系统退化严重，自净能力差等。城市河道往往需要进行综合整治，如调整产业结构、提高污水处理率和废水回用率、控源截污、清淤、水系沟通、护岸整修、完善调水设施、沿河绿化、水质修复等等，以达到标本兼治的目的。
关键词：城市河道、河道治理、修复技术、生物修复
一、前言
城市河道是一个城市的标志，是城市生态系统重要的组成部分，是城市重要的生物廊道。汇集、接纳地面径流和地下径流，沟通内陆和大海，具有航道、文化、娱乐、休闲、景观、生态等多种功能，对减弱城市热岛效应、降低城市洪涝灾害、丰富城市景观多样性和生物多样性、提高城市品位具有十分重要意义[2]。
城市河道作为城市的命脉之一，与人类之间的相互作用越来越强烈，一方面人类更强烈地影响城市河流的水文特性、物理结构和生态环境；另一方面城市的社会经济系统和居民日常生活也更加依赖于城市河流所提供的各种服务功能[3]。
近年来，随着人口的增长和经济的快速发展，越来越多的污染物被排入城市河道，城市河道遭到严重污染。城市河道污染严重影响了人们的生活及健康，制约了我国社会经济的可持续发展。因此，发展经济的同时应积极研究适合我国经济发展阶段的河道污染治理技术。而生物修复因其本身具有费用低廉、高效快速、安全，且二次污染小等优点，被广大专家所推荐[3]。
二、我国城市河道面临的问题
1.河道渠化、直线化、平面化严重。人们出于行洪安全考虑，将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线或折现型的人工河流，河道横断面形状规则化，致使河流原有的“曲折蜿蜒”的形状和“深潭”、“浅滩”等许多生物赖以维持生存的自然生境消失[5]。
2.河流水质恶化。经济的迅速发展，使得废水排放量日益增加，再加之产业结构的不合理，对河道开发利用程度过高等原因造成城市河流功能退化，自净能力衰竭[5]。
3.河道硬化，生态系统损坏严重。传统的河道治理工作，采用了大量的混凝土作护坡，这种混凝土由于是无孔的介质，切断了河流水体与土地、生物之间的有机联系，破坏了自然河流的生态链，生物群落的多样性也随之降低，河流生态环境进一步恶化[5]。
4.河流景观设计缺乏全面的认识。河流是构成富有特色的城市景观的重要因素，经过精心设计的河流景观，不仅可以改善城市面貌，也可带来生态、环境、经济等效益。而传统河流的景观设计仅停留在一般的美学意义上，单纯的追求视觉的美感，忽略了生态、文化、休闲、娱乐等方面的功能[5]。
三、城市河道治理技术的研究
治理河流污染是一项复杂的系统工程，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分为物理、化学和生物三类修复方法。
3.1物理修复
物理修复主要指疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤和调水等。疏浚污染底泥意味着将污染物从(河道)系统中清除出去，可以较大程度地削减底泥对上覆水体的污染贡献率，从而改善水质。调水的目的是通过水利设施(如闸门、泵站)的调控引入污染河道上游或附近的清洁水源以改善下游污染河道水质[3]。
从国内外的相关研究和技术应用来看，物理疏浚技术在一定程度上取得了较为明显的效果。我国城市黑臭河道大部分已有十多年、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，清淤后的下层底泥仍为新的污染源，甚至可能会出现短时期污染浓度增高。而且清出的底泥容易形成二次污染。清淤将底泥底栖生物、微生物等一起带走，可能会打破长期形成的生态平衡，中断生态系统的食物链，出现新的环境问题。因此物理修复的应用仍需具体考察[2]。
3.2化学修复
化学方法处理污染水体主要是添加化学药剂和吸附剂改变水体中氧化还原电位、pH、吸附沉淀水体中悬浮物质和有机质等，从而使污染物得以从底泥中分离，或降解转化成低毒或无毒的化学形态。具体做法包括：混凝沉淀、加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等[3]。
化学方法的暂时效果最为明显，因此一般作为应急控制技术。化学方法的缺点是十分容易造成水体的二次污染，且使用成本比较高，作用效果不持久，也是一种治标不治本的方法，常常作为一种协助技术或应急控制技术[3]。
3.3生物修复
生物修复旨在提高生态系统的自我调节能力，完善系统功能、实现反馈调节机制，统筹系统外部的环境污染因素。生物修复技术是利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施[3]。3.3.1微生物修复技术
多数情况下，微生物修复技术往往与曝气技术、植物修复技术、生物膜技术等复合运用。对于重污染河道来说，微生物往往不能正常生长或发挥作用，一般需要先经过物理化学修复到一定阶段后再使用微生物修复。目前的产品种类丰富，除了常见的微生物菌剂外，也开发了固定化酶、固定化微生物、激活剂等产品，亦有将底质改良剂、氧化剂、钝化剂、抑藻剂等与微生物菌剂复合在一起，使之同时具有降解、氧化、钝化、除磷、抑藻等多种功能[4]。3.3.2水体植物净化技术
水生植物的净化作用主要包括植物吸收、微生物代谢以及植物根部微环境中的吸附、过滤、沉淀等作用，可有效控制水中N的含量[6]。水生植物净化技术的优点是成本低、能耗小、治理效果较好，对环境二次污染小，有利于整体生态环境的改善，同时具有一定经济效益和环境效益[4]。
同样水生植物净化技术也存在着一定的不足，主要表现有：①净化效果问题。植物自身一般不能对有机污染物进行代谢作用，所以净化效果不能完全达到要求。②季节性问题。水生植物的生长易受季节的影响，在冬季往往净化效果不好，因此需选出喜温及耐寒的水生植物，用于不同季节的净化。③应用范围问题。在重污染水体中，植物往往不能正常生长。④入侵植物问题。某些水生植物（如水葫芦）繁殖能力强，可能影响土著植物群落的稳定性，在利用过程需加以控制。⑤后续处置问题。水生植物生长过程中可能会吸收某些风险物，收获后如何有效的进行资源化回收利用缺乏实际操作[4]。3.3.3河道曝气技术
受污染的河流，由于污染物分解耗氧，引起河流水质恶化，自净能力下降，水生生态系统遭到严重破坏，因此，向处于缺氧(或厌氧)状态的河流进行曝气，可及时补充水体溶解氧，加快水生微生物对污染物的分解，帮助河流生态系统恢复到正常状态[7]。河道曝气生态净化系统中氧气的主要来源有人工曝气复氧、大气复氧、水生生物通过光合作用传输部分氧气三种途径[8]。
在采用曝气生态净化系统的河道内，形成了多种微生物和水生生物共存的复杂生态系统，通过物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各类微生物和水生生物之间功能上的协同作用去除污染物，并形成食物链，从而达到去除污染物的目的[4]。
河道曝气一般用于解决河道水体的有机污染问题，同时可以作为应急措施处理突发性河道污染，如突发性事故排放废水造成的污染[4]。该技术是近年来国内外治理河流污染的有效工程措施,能在较短的时间内对河道的黑臭现象有明显的改善,但该技术受到温度、水体微生物与水的混合程度、微生物活性等的影响。因此,河道曝气技术的应用要充分考虑污染水体的特征,并结合一些生物方法以提高其效率[7]。3.3.4人工湿地技术
人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成，是一个独特的土壤-植物-微生物生态系统[7]。其原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的共同作用来实现对污水的净化，在有一定长宽比和底面坡度的洼地上，用土壤和填料混合组成填料床，并在床体表面种植成活率高，生长周期长，抗水性强，性能好，美观的水生植物形成一个独特的生态体系。污水在床体的表面和填料缝隙中流动，利用水生植物进行吸附、降解，达到净化污水的目的。根据湿地中的植物形式，人工湿地可分为浮游植物系统、挺水植物系统、沉水植物系统三种[9]。
人工湿地对有机污染物有较强的降解能力，废水中的不溶性有机物通过沉
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