小流域治理心得

水质提升的核心是恢复其自净能力，随着各大城市的基础设施的大力投入，厂网河一体化的逐步覆盖，污水、雨水直排口等点源都将被有效控制，面源也可通过海绵城市的建设得到削减。

水质原位提升目前市面流行的技术存在的问题：

1、曝气+微生物

曝气效率低，风机等动设备能耗高，维护频繁。沉水风机损坏后，维修极为麻烦，需要吊机从水底吊起来，安装的时候也需要将水放干，在水底做基础。采用穿孔管、曝气盘、疏水性微滤膜等进行微孔曝气，存在曝气孔污堵等问题（淤泥沉积、生物膜附着）。采用溶气式曝气的问题，能耗高，噪音大。

微生物存在的问题是，菌液浓度不够，必须大于1011CFU/mL才有效，而且对于开放式水体，尤其是流速较快的水体，微生物对污染物的削减效果无法评估。多数工程菌株，污染降解功能不能保持，需连续投加。

2、沉水植物+生物操纵

沉水植物只能在水深<3m的水体适用，且后期需不停打捞断枝残叶，维护工程量，且秋冬季水棉易大量繁殖，影响沉水植物生长，打捞工作量。种植沉水植物之前，必须将杂鱼清理干净，比如草食性鱼类、杂食性鱼类，工作量较大。对于底泥污染较严重的水体，种植之前必须对底泥进行无害化处理并进行基底改良。沉水植物大量生长的潜在危害：湖泊沼泽化。乌梁素海为例，由于有机物氮磷超标，导致水草疯长，使得乌梁素海沼泽化进程加快，水域面积逐年缩小。另如华北的某些河渠，水草疯长，底泥层逐渐增厚，影响行洪。

生物操纵存在的问题是，要控制鱼类过量繁殖，定期打捞工作量较大，且遇暴雨或行洪，损失量较大，需要构建完整的食物链，包括涉禽、鱼类、底栖动物、植物、微生物，才能维持自稳定，周期较长。

针对水质原位提升目前市面流行的技术存在的问题提出策略：

1、提升水动力

流水不腐，附近有水源（如大江大河、水库等）可调水；对于水资源缺乏的，在流速较缓的区域，进行造流（如耕水机、推流曝气、射流曝气、喷泉）；

2、水生植物

沉水植物不能包治百病，但是有条件的地方，如临岸浅水区，可适当种植沉水植物，但面积不易过大，可将其作为先锋物种，让其自行演替

3、跌水和乱石

筑坝挡水虽可解决旱季断流的问题，但坝前水质易恶化，山区河流可利用高差将水位降下来，流速提上去，部分区域修建跌水、布设乱石、形成湍流、增加溶解氧，同时乱石缝隙中为水生植物和水生动物提供栖息场所，恢复水生态系统。

4、底泥治理

随着黑臭水体整治、流域治理的逐年推进，今后河流、湖库的主要问题为底泥的内源污染。由于水土流失、地表径流冲刷，每年都会代入大量的泥沙悬浮物进入水体沉积，形成新的底泥，因此，底泥将会是今后河道治理或运维的一大难题。因为异位清淤的方式，对河道底栖生态系统破坏较大，且无渠道消纳清出来的淤泥有机质，因此，市场急需可原位削减底泥的技术。该技术必须具备：（1）快速降解底泥中的有机质，将其转化为气体和水；（2）对环境无毒无残留。电化学氧化，环保氧化药剂可复合这两大要求。

底泥原位治理技术方向：

1、物理修复

1.1底泥疏挖

底泥疏挖是通过挖除表层含有高浓度氮磷营养盐、重金属和难降解有机物的污染底泥，从而去除底泥污染的修复手段。当底泥中污染物的浓度高出本底值 3~5 倍时被认为其对人类及水生生态系统存在潜在危害，可考虑进行疏挖。

底泥疏挖是目前*常用的内源污染控制技术，与水利疏挖相比，*大特点是底泥疏挖属生态环保工程，要综合考虑环境、社会和经济效益。底泥疏挖有如下特点：（1）尽可能保留原有生态特征，为疏挖区的生态重建创造条件，充分保护生物多样性；（2）去除湖泊底泥中所含的污染物，减少底泥中高浓度污染物向水体的释放；（3）疏挖泥层厚度一般小于 1 m，按清除内源性污染、控制大型水生植物的生长以及有利于生态恢复的要求确定疏挖深度，并将疏挖精度控制在 5~10cm；（4）采用专业环保疏挖设备进行施工，严格监控施工进程，避免因疏浚扰动造成污染物扩散及颗粒物再悬浮，防止二次污染出现；（5）根据底泥和水污染性质和程度不同对底泥进行特殊处理，避免疏挖污染物对其他环境造成污染。   

在底泥疏浚工程得到详尽技术论证，并按底泥疏挖的要求施工，底泥疏挖可带来很高效益：（1）清除内污染源，改善水体质量，降低水华发生风险；（2）促进水生及河岸带生态系统恢复；（3）增加水深和蓄水量，提高水环境承载能力，增强污染物的扩散与水体自净能力；（4）给疏挖区的景观恢复和生态旅游开发提供环境支持。

若疏挖过程中采取的疏挖方案或技术措施不当，将会给疏挖区带来不利影响：（1）底泥间隙水中的污染物随疏挖释放进入水体，导致水体污染加剧；（2）影响水体中原有生态系统，破坏底栖生物的生存环境，降低微生物多样性，改变微生物种群结构；（3）疏挖底泥若未得到妥善处理，底泥中的污染物有可能二次进入环境。

底泥疏挖是一项具有双面作用的内源污染控制技术，在实施前确定正确的疏挖范围、深度和方式，并做好可行性分析和风险评估。疏挖后对生态环境进行详细评估，必要时应针对可能出现的不良后果制定处理预案。疏挖底泥也必须做到合理处置，避免二次污染。总体而言，底泥疏挖是一种将内源污染物移除的有效方法，可从根本上解决底泥对水体的污染作用。

1.2底泥覆盖

底泥覆盖主要是通过在污染底泥上构建一层或多层覆盖物，实现水体和污染底泥的物理隔离，并利用覆盖材料和污染物之间的吸附和降解等作用以减少底泥中的氮磷营养盐、重金属和难降解有机物等污染物向水体迁移。常用的覆盖材料包括天然材料（如清洁的沉积物、土壤、沙子、砂砾）、改性粘土（如有机改性膨润土、有机改性沸石、有机改性高岭土）和活性覆盖材料（如零价铁、磷灰石、方解石）等。

一般工程上通过机械设备表层倾倒、移动驳船表层撒布、水力喷射表层覆盖和驳船管道水下覆盖等方式将覆盖物放置到底泥上形成覆盖层。

覆盖具有对有机污染物和无机污染物处理均适合、环境潜在危害小等优点，但覆盖工程量大、需大量清洁泥沙、增加底泥厚度、减小库容等问题，因此该技术不适用于浅水水域如河道、湖泊和港口等，较适用于深海底泥修复。另外，覆盖技术并未将污染源从水体中移除，在覆盖层遭到破坏时仍存在污染物释放到水体的风险。即使覆盖材料能够吸附污染物，在条件合适时也有发生脱吸附的可能。因此，单独使用覆盖技术是存在一定风险的。但覆盖技术可与底泥疏挖联合使用，即在疏挖后对河床进行覆盖，以求进一步降低污染物向水体释放的可能。但如果污染源不及时去除，会在覆盖层重新形成内源污染，从这方面看覆盖技术不是控制内源污染的长久之计。

2、化学修复

化学修复的原理是化学试剂与污染物发生氧化、还原、沉淀、水解、络合、聚合等反应，使污染物从底泥中分离、转化成低毒或无毒形态。目前常用的化学药剂有铝盐、铁盐、生石灰、Ca(NO3)2、CaO2、H2O2和KMnO4等。将铝盐、铁盐、生石灰投入水体会在沉积物表面形成活性层，其可与沉积物中的磷形成沉淀，阻止磷向水体扩散。

Ca(NO3)2则对提高磷、硫化物、油和 PAHs 的去除有很大帮助。其作用机理主要有三方面：（1）硝酸根可将 Fe2+氧化为 Fe3+，使铁结合态磷更加稳定，同时钙离子也能与磷酸盐结合成稳定的钙结合态磷，有效抑制底泥中磷的释放；（2）促进脱氮细菌的反硝化作用，降解有机物；（3）硝酸根的氧化作用能够有效改善水体黑臭现象。

CaO2作为氧气缓释剂在去除底泥有机碳和有机氮、控制河道底泥臭味及氮磷释放等方面都具有明显效果。此外，研究还发现 CaO2会使底泥中的细小颗粒凝聚形成大颗粒，使污染物不易被其吸附而以游离形式存在，便于去除。

强氧化剂KHSO5、H2O2和KMnO4能提高底泥的氧化还原电位，控制酸挥发性硫化物的含量，有效改善底泥黑臭。

零价铁作为还原剂可将某些大分子有机物还原成生物可利用的小分子有机物，也可对难降解有机物进行脱氯和脱硝作用以提高其生物可利用性，还可还原某些重金属离子以降低其毒性。同时，零价铁腐蚀时释放的 Fe2+和Fe3+可与硫化物形成沉淀抑制硫化氢的产生。

曝气充氧技术也可应用在内源污染控制上。曝气充氧能明显控制底泥中氮磷的释放。此外，氧气可以改善底泥的厌氧环境，提高好氧微生物数量和活性，加速氮磷和有机物的去除。

化学修复虽然能耗较低、投资较少，但也存在问题。首先，化学药剂存在增加水体毒性的可能。如在低或中等碱度（<30~50 mg·L-1以 CaCO3计）的湖泊中投加少量铝盐，水体pH 值会明显下降，使铝盐以毒性较强的 Al(OH)2+和 Al3+形式存在。其次，化学药剂可能会引起污染物的异常释放和稳态改变。如投加 Ca(NO3)2会引起氨氮、重金属等的异常释放；氧化剂在提高底泥氧化还原电位的同时可使底泥中的重金属由稳定结合态向不稳定结合态转化。除曝气充氧技术外，总体而言，化学修复可能更适用于应急处理。在可选用其他技术对内源污染进行控制时，尽量不使用化学修复，以免给水体造成二次污染，增加水体治理成本。

3 生物修复

生物修复技术是利用植物、动物和微生物中的一类或几类对水体中的污染物进行吸附、降解、转化，以实现水环境净化和生态修复目的的技术。植物、微生物和水生动物在水体生物修复中扮演着不同的角色，各自为水体的净化起着不可或缺的作用。

3.1植物修复

植物修复是以植物能耐受和积累的一种或几种化学元素为前提，利用植物吸收、降解、固定等作用，有效去除水中有机和无机污染物，达到净化底泥目的的修复技术。在污染河道中种植对重金属具有较强耐受和富集能力的植物，可通过根部吸收将重金属储藏在植物中，通过收割植物可将重金属污染物从底泥中去除。除直接在河道内种植植物外，目前常用的生态浮床其实质也是植物修复，其原理不再赘述。

与传统物化技术相比，植物修复建造和运行成本相对较低，运行维护技术也相对简单。停水植物根部还能为一些水生动物和微生物提供相应生境，对恢复生态系统和提高水体自净能力有很大帮助。收割的植物得到合理处理后，一般也不会引起水体二次污染。此外，水生植物还可以改善周边的生  态景观。但植物修复也存在一些局限：（1）植物生长周期较长，一般见效时间较长；（2）植物生长和生理活动易受季节变化影响，其修复效果随季节变化可能出现波动；（3）植物对污染物耐受性有限，在出现高浓度突发性污染情况时，水生植物可能由于根部渗透压过大，造成根部严重失水而导致植物死亡，失去水体修复能力，而死亡的植物若未能及时清除可能造成水体二次污染；（4）在营养物质相对丰富的水体进行植物修复时，繁殖能力较强的水生植物会过度繁殖形成优势种群，抑制其他物种繁殖，破坏原有生态系统；（5）引进外地物种作为修复植物时存在生物入侵风险。另外，沉水植物在衰亡过程中会释放氮磷营养盐和重金属。深入研究沉水植物衰亡与污染物释放规律也将是未来研究的重点，也可为植物收割提供科学依据。 

3.2微生物修复

微生物修复即利用微生物代谢、吸附等作用将底泥中的污染物进行削减或减毒的修复技术。微生物作为生态系统中的分解者，对污染物的去除和养分的循环具有很重要作用。研究发现底泥中存在非常丰富的微生物资源，具有很高的生物多样性，在一些特定环境中还存在特异的微生物种群，这为微生物去除内源污染提供了巨大的种质资源库。目前，通过科学筛选已经得到多种可以用来污染物移除的特效菌种。

通过投加微生物菌剂可有效去除底泥中的有机物。另外，由于水体环境变化和水流影响，微生物活性和有效浓度往往不能达到预期效果，而固定化微生物技术能够提高细胞浓度及抗环境因素变化的能力。

除向底泥直接投加微生物外，还可通过投加生物促生剂以刺激土著微生物的生长繁殖，加快微生物对污染物的降解速率。在受污染底泥中投加生物促生剂可使底泥异养菌的数量提高 1 个数量级。此外，向底泥表面投加生物促生剂可大幅提高底泥生物降解能力。与物化修复技术相比，微生物修复技术虽发展时间较短，但其环境友好、操作维护简便、处理费用低。

3.3动物修复

动物修复是通过动物的摄食行为或富集能力去除氮磷、重金属和有机物污染物，以达到底泥净化目的的一种生物学修复手段。

沙蚕能有效降低底质中氮磷和硫化物的积累速率，毛蚶摄食悬浮物和沉积物在一定程度上缓解了有机物的积累。另外，螺类可以从底泥中富集重金属，并且对溶解态、离子交换态、碳酸盐结合态和结晶态重金属都有富集作用。同时，动物在沉积物中的搅动还能促进污染物的释放，有利于底泥中污染物的去除。然而仅放养动物虽可以对池底泥进行修复，但很难彻底净化水质。因此，动物修复应与其他修复技术配合使用，从而达到更好的底泥修复和水质净化效果。另外，动物投放量要保持在合理范围。密度过小，无法起到净化作用；密度过大，动物自身的呼吸作用与排泄反而会导致水体污染。在重污染环境，由于动物对氧气需求和其他生存要求较高，其适用性受到限制。动物修复宜用于溶解氧充足，适于生存的轻度污染水域或后期保持阶段。