1、1城市河湖治理案例的方法、原理、条件适应性及综合技术经济指标研判南京市环境保护科学研究院 陈森上海和协生态环境科技有限公司 邵亚峰摘要：对迄今城市河湖已实施治理的案例进行了分类归纳，分析了各类方法的原理和在各种条件下的效果。并从条件适应性及综合技术经济指标等方面进行应用性研判。1 概述伴随经济的发展，城市河湖污染日益严重，多数处于严重富营养化状态，经 常藻华聚集乃至黑臭，是城市可持续发展亟待解决的问题之一。多年来，我国多数城市实施了大量河湖治理工程，并相继制定了全面开展河湖深度治理的计划。已实施的河湖治理工程采用了多种技术方法：（1）采用截污、岸线整治、驳 岸修筑、清淤、 换水等市政（水利）工
2、程方法的治理案例最多；（2）采用浅滩湿地、浮岛湿地、沉水植被修复，漂浮植物抑藻等生态工程方法的案例较多；（3）采用生态工程和环境工程 组合方法的案例数量近年大量增多；(4) 采用生化- 物化药剂、臭氧、超声波、纳米微气泡、生化过滤箱、高强磁场、沉水生物 带（人工水草）、竹炭 滤床、太阳能生物反应仓、等离子体反应器等新技术方法的案例 仅次于市政工2程，小型项目数量很多。然而，对污染较重的河湖，能达到好的治理效果，又能取得较好技术经济指标的案例很少。本文采用治理效果和综合技术经济指标作为主要研判标准，对不同类型河湖采用的不同治理方法 进行比较研判。2 案例、原理及效果2.1 截污、岸线整治、 驳岸
3、修筑、清淤、 换水等市政（水利）工程方法南通濠河在完成较彻底截污及岸线整治、驳岸修筑后，设计 HRT 2.7 天长江水最大换水量，取得了较好的结果。多数城市河道项目由于难以彻底截污，换水量不足等原因，导致运行不稳定或达不到预期的水质改善效果。国家 85 课题研究成果表明：在水体生态自净能力未得到恢复时，水力停留时间（HRT）高于 3 天，富营养化程度便开始加重。如未进行彻底截污，浮游藻类增殖速度更快，及至发生藻华。大量引水换水成本很高，难以保持 HRT 三天。多数地表水 P、N等远超过富营养化界限（限制因子 P-0.02mg/l），加之老城市难以彻底截污、地表径流污染、人流污染难以阻断、再加之
4、内源底泥释放等因素，所以换 水数周后，水体透明度便开始骤降，及至重现藻华。由于持续换水成本很高，只有在应对重大活动，重要节日时，应急换水才能保持较好水质。需要说明的是， （1）截污、岸线整治、 驳岸修筑、清淤、 换水等市政3（水利）工程方法实施后，仍然需要完成生物多样性的生态修复工程，提高水体自净能力。硬质驳岸占位了生物多样性的生存空间，不利于后期生态修复，发达国家近年多有拆除硬质驳岸恢复生态驳岸的工程，我国北京、上海、昆山等地也有采用软质、半硬质生态驳岸以及二级浅水生态驳岸，完成生态修复提高自净能力的案例。 （2）大体量的异地清淤会破坏生物多样性的生存空间，暴露已被淤积封闭的历史污染，不利于
5、后期生态修复。而且，清淤数月后通量向下的底泥沉积又会开始释放新形成的内源污染。美国环保法对不影响航道的清淤有严格的审批程序，包括提供清淤层的地球化学资料等，进行审查。近年有一些成功案例利用底泥就地构筑有利生态修复的断面，并加以生态和物理的覆盖薄层，进行封闭，可以降低内源污染释放。当生态修复完成后，表层还原态黑臭底泥转化成棕黄氧化态底泥后，内源污染会以一个数量级以上幅度大量降低。 （3）对驳岸和河底断面需要市政（水利）工程与生态工程联合合设计，才能有利后续生态修复，形成生态水体自净能力，达到系统工程的整体效果。2.2 浅滩湿地、浮 岛湿地、沉水植被生 态修复，漂浮植物抑藻等生态工程方法近年生态修
6、复工程有二种类型：（1）水体外源污染负荷较低时，生态系统可以保持健康状态，发挥缓慢的深度净化能力，高 HRT 更易于保持澄清水质，把作为水源的劣类水和生活污水净化成为类水，透明度达到 2m 以上，清澈见底，呈现水下森林般生态景观。此类案4例的水体边界条件大多相对封闭，或人为可控。此类水体治理成功的案例很多，如昆山开发区晨曦湖（外源污染可控）、上海滴水湖 D 港（河段进出水可控）、贵阳红枫湖水源保护地、许多房地产比较封闭的河湖等。迄今此类水体治理成功的面积多在二十万平方米以下。 （2）现代城市河湖的多数水体边界条件庞杂多变，水生态系统能够抵御较小的冲击污染负荷，遇到偶发的环境灾变和自然灾变以后，
7、有机污染，营养盐污染、浊度光限制等冲击污染对生态系统的胁迫往往是致命的，最终导致生态系统被摧毁。实践证明，面积大，水系边界条件复杂，水源可控性差的富营养化水体，难以用纯生态工程的技术方法进行有效治理。众多案例开始生态修复做得好，生物多样性及总生物量足够，水体已经有了很强的自净能力；但生态系统的自净能力是缓慢的、深度的、低负荷的类型，在较小的冲击污染之后可以慢慢恢复，偶遇现代城市的环境灾变和自然灾变，冲击污染远远大于自净能力时，生态系统往往在短时间被摧毁，失败的案例不胜枚举。随着近年的生态热，从事生态工程的单位迅速膨胀。许多项目动辄百万千万投入，匆匆上马，设计、施工及运行管理都缺乏经验，从而导致
8、项目失败。这也是失败案例很多的原因之一。以上种种问题，在生态工程技术发展的过程中正在逐步得到解决。犹如古老的农业，看似门槛很低，有史以来进展缓慢步履维艰。当高度发达的现代农业技术逐渐推广到广大农村之后，农业才有了突5飞猛进的进步。生态工程也正处在迅速进步的过程中，如下述。2.3 采用生态工程和环境工程组合方法的案例能抵御环境灾变和自然在变，能解决重污染水体富营养化、藻华乃至黑臭难题 泰晤士河是大型水体最早采用生态工程、环境工程、水利工程组合系统工程的典型案例。当年生态工程尚不发达，在截污等基础工程之后，采用大量配置芦苇湿地，重污染河段截流水送达岸上的水处理厂，再生水回流泰晤士河，长期高水平的管
9、理等措施。为此，专门组建了独立的泰晤士河管理局，前一节讲的生态驳岸，河床断面，合理清淤等体制条块分割的问题，由管理局统筹，容易得到科学合理的解决。近年，圆明园采用污水处理厂再生水作为景观水源，与泰晤士河的一个处理单元类似。由于现代生态修复技术更发达，水生植物，效果更好，现场 水质清彻透明，生物多样性的“ 水下森林”中可见鱼虾游动呈现生机勃勃生态景观。由于污水厂与生态工程的跨行业协调工作一般难以进行，此方法推广的案例较少。一百三十年前,从第一个沉淀水解装置开始，生化型污水厂集人类的智慧长期演进，现代生化型水处理厂已能达到很好的处理效果和综合技术经济指标。生化-生态组合技术把生化型水 处理厂原理自
10、然水体化并与水生态修复有机结合，取得了更好的综合技术经济效果。百年历史基础上的递进技术,原理简单而深刻，是重富营养化水体治理技术创新的简捷有效途径。十二年前实施的福州白马支河污水河道生化-生态组合工程，成6功采用浮岛湿地加穿孔曝气方法，治理长 547 m，宽 8-12 m,5000 吨污水/天的污水河，成为水清鱼游、2000 m2 景观浮岛湿地虫蛙鸟鸣的生态公园。迄今项目已稳定运行了 10 余年，加拿大公司这一生化- 生态组合技术在世界各地已实施 50 多处，包括在布什总统后花园湖也有应用。但 800 万元投资过高限制了此技术在我国的推广。采用各类曝气机、环形流水体、生态浮岛、微生物、跌水曝气
11、等方法治理城市河道的案例很多。其中有一个关键的要点：三十年前研究者已经探明，氧化态底泥营养盐释放量比还原态底泥低一个数量级以上。如何采用尽量少的动力，能够使大部份底泥表面从黑臭还原态转变成棕黄色的氧化态，使很大面积的水体能够没有死区，是达到稳定效果和提高技术经济指标的关键。多数曝气设备需要很多的动力或台数（福州白马支河等案例）才能达到这一效果，投资和运行费必然很高。这也是迄今多数生态修复案例，遇到冲击性环境灾变难以稳定的主要原因。从 2002 年开始，在南京乌龙谭公园、汤泉生态型污水厂以及其后的多个项目中，对相关技术和装备不断演进，形成了“EV 生化-生态系列专利技术”，在南京、杭州 20 余
12、处，苏 北，安徽，苏南 30 余处工程案例，实施了“ 循环推流生化-生态组合技术” 辅以“新型浮岛湿地滤床” 和 “潜水造流生化处理机”二设备 ，几项专利构成新组合技术。新组合技 术模拟污水厂流程水和污泥的路径，通过推流、导流使水和生化污泥反复经过水解、接触氧化、低负荷活性污泥、沉淀、污泥水解厌氧消化等区域。在过程中，生态系统多物种的巨大比表面积和7生物量直接参与了生化过程，光合作用低成本充氧、生态系统的吸收、生物迁移等综合作用，使污水处理效果优于污水厂效果，而耗电和运行费远低于污水厂运行费，达 0.06-0.1 元/吨污水。污泥量极少是新方法的另一优点。生化污泥通过生态系统多物种吸收、生物迁
13、移和反复的生化水解、厌氧、气化和通量向下的无机化沉积，得以大幅度减量。运行数年后测量水底断面污泥沉积量小于 1cm/年。EV 生化 -生 态组合技术把污水处理厂的原理自然水体化与生态修复技术有机结合，有效克服了冲击污染和环境灾变，保持生态系统的稳定，用 较低的投资和运行费用，解决了重污染水体的富营养化和黑臭治理难题。EV 生化 -生 态组合技术经历了十年以上的实践，日趋成熟。迄今，已经取得十几万平方米级别大型水体稳定运行三年的成果，正着手解决数十万至百万平方米级别的更大型水体富营养化治理难题。2.4 采用生化物化药剂、臭氧、超声破、 纳米微气泡、生化过滤箱、高强磁场、沉水生物带（人工水草）、竹
14、炭生物滤床、太阳能生物反应仓、等离子体反应器等新技术方法富营养化治理技术在不断发展提高。采用生化- 物化药剂、臭氧、超声波、纳 米微气泡、生化过箱滤、高 强磁场 、沉水生物带（人工水草）、竹炭生物滤床、太阳能生物反应仓、等离子体反应器等新技术方法的案例数量很多，每种方法都有技术原理方面的特点。这些创新技术多处在数千平方米级别的逐级放大实践完善过程中，每一级别都要经过8一年以上的时间考验，才能产生成熟，稳定，具有更好综合技术经济指标的创新技术。已经比较成熟的技术应与这些新技术结合，发挥各自的长处，共同应对庞杂多变的自然界，应对现代经济发达带来的更为严酷的环境灾变和自然在变。迄今， “EV 循 环推流生化-生态技术” 与商品芽孢杆菌，EM 菌、大型溞等新兴技术密切结合,已经实施多个成功的工程案例，用于生态系统迅速占领空间水体生态位的生态修复初期，大幅度节约了工期且更稳定，具有突出的效果。已经比较成熟的技术应当密切关注新技术的发展，互相补充短长，用更完善的组合完成更大的技术进步。图片集：
