前　言

　　水是一座城市的歷史，是財富，是資源，是文明素質(zhì)和文化底蘊的象征。離開(kāi)了水，城市就沒(méi)有靈氣。樂(lè )水親水、近水而棲，是人類(lèi)的天性，由水形成的環(huán)境美是一種天然美。然而近二十年來(lái)，隨著(zhù)人口及社會(huì )經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城區內河及相關(guān)水體的環(huán)境狀況越來(lái)越差。有關(guān)部門(mén)雖然投入了大量的人力物力，實(shí)施了包括引流、截污、清淤等一系列整治措施，但是隨著(zhù)城市污水排放總量的不斷增加，污水處理率未能同步增長(cháng)，使城市內河接納污染的負荷越來(lái)越大， 大多數河段淤積嚴重，水流不暢，納污容量越來(lái)越小，內河水質(zhì)普遍處于國家地面水水質(zhì)標準V類(lèi)及劣V類(lèi)之間。水體惡臭及由水體富營(yíng)養化引起的藍藻水華泛濫，給城市水體景觀(guān)和居民身體健康帶來(lái)了嚴重威脅。

　　為保障寧波生態(tài)市建設的順利實(shí)施，把寧波建設成具有比較發(fā)達的生態(tài)經(jīng)濟、優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境、宜人的生態(tài)人居、人與自然和諧相處的可持續發(fā)展城市，市政府經(jīng)反復論證，提出了以大力建設工業(yè)和生活污水處理設施、市區內河和流域整治為重點(diǎn)的“碧水工程”建設，其中以營(yíng)造“流暢、水清、岸綠、景美”水鄉風(fēng)貌為目標的“千里清水河道”綜合治理工程，預計在今后5年投入資金達100億元。為配合寧波生態(tài)市建設，向“千里清水河道”綜合治理工程提供科學(xué)、實(shí)用的生態(tài)治水方案，開(kāi)展“河道水污染生物——生態(tài)修復技術(shù)研究與示范”，已成為我市生態(tài)環(huán)境建設的迫切需要。

　　國內外同步研究現狀和發(fā)展趨勢

　　河道污染是區域人口、經(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展到一定階段后造成的，污染治理的根本性措施是污染源的治理。因此，世界各國均把污水截流、廢水達標排放和控制排污總量作為河道整治的首要措施。然而，由于難以根除的面源污染及內源污染，即使在污水排放得到有效控制的情況下，河道污染及其富營(yíng)養化問(wèn)題仍然十分突出。為此，各地在河道治理中，把污染源治理和強化水體的自?xún)裟芰ν瑫r(shí)作為河道修復的重要目標�？v觀(guān)國內外河道治理現狀，以下幾種方法較為引人關(guān)注：

　　1．引流沖污和綜合調水。引流沖污實(shí)質(zhì)上是對水體污染物和浮游藻類(lèi)的稀釋擴散，就局部而言常被視為解決水體富營(yíng)養化相對簡(jiǎn)單、易行和代價(jià)較低的辦法。如杭州西湖自錢(qián)塘江引水后對延緩水體富營(yíng)養化發(fā)揮了一定的作用。但從整體出發(fā)，這種辦法實(shí)為污染轉移，有以鄰為壑之嫌；綜合調水不同于引流沖污，主要解決水資源的再分配，利用一定的水利設施合理調活河網(wǎng)水系，達到“以動(dòng)制靜、以清稀污、以豐補枯、改善水質(zhì)”的目的，尤其對提高水體的自?xún)裟芰δ馨l(fā)揮較好的作用。

　　2．曝氣復氧。曝氣復氧對消除水體黑臭的良好效果已被國內一些實(shí)驗室試驗及河流曝氣中試所證實(shí)。其原理是進(jìn)入水體的溶解氧與黑臭物質(zhì)（H2S，FeS等還原物質(zhì)）之間發(fā)生了氧化還原反應。對于長(cháng)期處于缺氧狀態(tài)的黑臭河流，要使水生態(tài)系統恢復到正常狀態(tài)一般需要一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程，水體曝氣復氧有助于加快這一過(guò)程。由于河道曝氣復氧具有效果好、投資與運行費用相對較低的特點(diǎn)，已成為一些發(fā)達國家如美國、德國、法國、英國及中等發(fā)達國家與地區如韓國、香港等在中小型污染河流污染治理經(jīng)常采用的方法。

　　3．底泥疏浚。在污染源控制達到一定程度以后，底泥則成為水體污染的主要來(lái)源。因此清淤疏浚通常被認為是消除內源污染的重要措施。然而，疏浚技術(shù)通常是決定疏浚效果好壞的關(guān)鍵。從最早的人工挖泥到現在的精確水下吸泥，疏浚過(guò)程對環(huán)境的影響正在變得越來(lái)越小。疏浚作為水利工程和航道工程措施有重要效用，但作為水質(zhì)治理目前還存在一些難于克服的問(wèn)題，如一定程度上引起上覆水污染物濃度增加，疏浚后淤泥以其量大、污染物成分復雜、含水量高而難以處理等等。

　　4．化學(xué)絮凝處理�；瘜W(xué)絮凝處理技術(shù)是一種通過(guò)投加化學(xué)藥劑去除水層污染物以達到改善水質(zhì)的污水處理技術(shù)。近年來(lái)，化學(xué)絮凝處理技術(shù)在強化城市污水一級處理的效果方面得到了越來(lái)越廣泛的研究與應用，而隨著(zhù)水體污染形勢的日趨嚴峻，對嚴重污染的水體如黑臭水體的治理，化學(xué)絮凝處理技術(shù)的快速和高效也顯示其一定的優(yōu)越性。但是由于化學(xué)絮凝處理的效果容易受水體環(huán)境變化的影響，且必須顧及化學(xué)藥物對水生生物的毒性及生態(tài)系統的二次污染，這種技術(shù)的應用有很大的局限性，一般作為臨時(shí)應急措施使用。

　　5．生物-生態(tài)修復技術(shù)。生態(tài)—生物方法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型環(huán)境生物技術(shù)。這類(lèi)技術(shù)主要是利用微生物、植物等生物的生命活動(dòng)，對水中污染物進(jìn)行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化，創(chuàng )造適宜多種生物生息繁衍的環(huán)境，重建并恢復水生生態(tài)系統。由于這類(lèi)技術(shù)具有處理效果好、工程造價(jià)相對較低、不需耗能或低耗能、運行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)不向水體投放藥劑，不會(huì )形成二次污染，還可以與綠化環(huán)境及景觀(guān)改善相結合，創(chuàng )造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境，因此已成為水體污染及富營(yíng)養化治理的主要發(fā)展方向。

　　歐美等發(fā)達國家對生物-生態(tài)修復技術(shù)高度重視，并已投入了大量資金進(jìn)行研究與應用，如美國在1972年就研究利用生物修復技術(shù)清除賓夕法尼亞州Ambler管線(xiàn)泄漏的汽油。荷蘭在20世紀80年代就已花費約15億美元進(jìn)行土壤的生物修復； 1991年3月，在美國圣地亞哥舉行的第一屆原位生物修復國際研討會(huì )使生物修復技術(shù)的推廣和應用走上迅猛發(fā)展的道路。我國科技部和云南省于2000年4月投入5000萬(wàn)元經(jīng)費，啟動(dòng)了“滇池水污染治理技術(shù)研究”項目，其中2370萬(wàn)由中科院水生所專(zhuān)項應用于滇池藍藻的生物控制；2002年12月，國家“973”計劃正式啟動(dòng)了“湖泊富營(yíng)養化過(guò)程與藍藻水華暴發(fā)機理研究”，經(jīng)費額度達2800萬(wàn)元。中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所、同濟大學(xué)等科研院所也分別在太湖、上海蘇州河等污染水體進(jìn)行了卓有成效的生物-生態(tài)修復試驗。2000年寧波大學(xué)利用生物操縱技術(shù)成功控制了寧波月湖的藍藻水華，該項成果在2001年國際藍藻控制學(xué)術(shù)會(huì )議上得到了國內外同行專(zhuān)家的一致肯定。綜觀(guān)國內外工作，有關(guān)生物-生態(tài)修復的研究與應用大致可分三個(gè)方面。一是以應用微生物為主體的生物修復技術(shù)，美國、日本及國內一些生物工程公司的產(chǎn)品已進(jìn)入應用試驗階段，在局部區域，特別是城市內河治理中不乏有成功的例子；其二是應用高等植物為主體的植物-生態(tài)修復技術(shù)，適用于大面積、低濃度的污染位點(diǎn)，由于植物修復是一個(gè)自然的過(guò)程，易為公眾接受；第三是基于“食物鏈”原理的生物操縱技術(shù)，應用羅非魚(yú)、鰱魚(yú)及貝類(lèi)等濾食性動(dòng)物的放養及水體生物群落結構的優(yōu)化，對控制富營(yíng)養化水體藍藻水華發(fā)揮了明顯的作用。

　　由于內河治理的最終目的是河道生態(tài)系統功能與結構的恢復，并促使系統的自我維護和自我發(fā)展。因此，生物—生態(tài)修復技術(shù)被認為是21世紀我國生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域最有價(jià)值和最具生命力的生物處理技術(shù)。

　　ESB－生態(tài)演替式水體修復技術(shù)簡(jiǎn)介

　　ESB水體修復技術(shù)（生態(tài)演替式水體修復技術(shù)）是一項目前世界上正在興起的突破性的一種水體修復技術(shù)。ESB水體修復技術(shù)是利用培育的植物、動(dòng)物或培養接種的微生物的生命活動(dòng)。對水體污染物進(jìn)行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)，還可以綠化環(huán)境及景觀(guān)改善結合起來(lái)，在治理區建設休閑和娛樂(lè )設施，創(chuàng )造人與自然融合的優(yōu)美環(huán)境。ESB水體修復技術(shù)思路是，消除爭氧物質(zhì)，穩定水體的高溶氧狀態(tài)，快速培植優(yōu)勢好氧微生物，打造生態(tài)基礎，并通過(guò)水生動(dòng)、植物定向培養、建立起人工生態(tài)，通過(guò)人工生態(tài)向自然生態(tài)演替，恢復水體生物多樣性，并充分利用自然系統的循環(huán)再生、自我修復等特點(diǎn)，實(shí)現水生態(tài)系統的良性循環(huán)。

　　ESB水體修復技術(shù)包括：微生物修復技術(shù)、人工濕地技術(shù)、浮島技術(shù)、植物操控技術(shù)，生態(tài)護提技術(shù)，生態(tài)復氧技術(shù)、生態(tài)清淤技術(shù)、水生動(dòng)物恢復和重建技術(shù)等。在實(shí)際工程應用中，可按照水體污染程度，水體環(huán)境資源現狀及業(yè)主要求等考慮選用不同的技術(shù)組合，以呈現生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的雙贏(yíng)。

　　ESB水體修復技術(shù)的原理和應用

　　1、ESB－生態(tài)清淤技術(shù)（微生物降低內源污染）

　　微生物是生態(tài)系統的重要組成，它們能將自然界中的動(dòng)、植物的尸體及殘骸分解，將一些有害的污染物質(zhì)加以吸收和轉化，成為無(wú)毒害或毒害較小的物質(zhì)。微生物能分解河床底質(zhì)中有機碳源及其它營(yíng)養物質(zhì)并轉化為菌體，促使底泥硝化（減少底泥體積，穩定底泥物理、化學(xué)性質(zhì)，阻隔減少內源污染對水體的影響）。脫氮微生物通過(guò)硝化和反硝化作用能分解氨氮，分解后的硝態(tài)氮被植物吸收，使部分氮退出水體循環(huán)，進(jìn)而能凈化水質(zhì)。

　　2、ESB－生物膜對水體的凈化作用

　　生物膜是一種為參與污染物凈化的微生物、原生動(dòng)物、小型浮游動(dòng)物等提供附著(zhù)生長(cháng)條件的設施。它是在固定支架上設置生物填料，使大量參與污染物凈化的生物在此生長(cháng)，由于其固著(zhù)生長(cháng)而不易被大型水生動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)吞食，使單位體積的水體中生物數量成幾何級數增加，可強化河湖水體的凈化能力。生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著(zhù)表面，有利于加強對污染物的降解作用。

　　生物膜其反應過(guò)程是：

　�、倩�質(zhì)向生物膜表面擴散，

　�、谠谏�物膜內部擴散，

　�、畚⑸�物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應，

　�、艽�謝生成物排出生物膜。

　　生物膜法處理的機理是使工程菌和原生動(dòng)物、后生動(dòng)物一類(lèi)的微型動(dòng)物附著(zhù)在填料或某些載體上生長(cháng)繁育，形成膜狀生物污泥，污水與生物膜接觸時(shí)，污水中的有機污染物、藻類(lèi)、氮、磷等營(yíng)養物，被生物膜上的微生物所攝取，使微污染水得到凈化，微生物自身也得到繁殖。這種處理方法能夠有效的去除污水中有機污染物，降低污染物總量，使水體得到凈化，在污水及微污染水的處理中得到了應用。

　　3、ESB－浮島的凈化作用

　　“浮島” 原本是指由于湖岸的植物附著(zhù)泥碳層向上浮起，漂浮在水面上的一種自然現象。本工程的浮島是一種象筏子的人工浮體，在上邊栽培一些蘆葦之類(lèi)的水生植物， 漂浮在水面。人工浮島的水質(zhì)凈化針對富營(yíng)養化的水質(zhì)，利用生態(tài)工程學(xué)原理，降解、吸收水中的COD、氮、磷等。

　　專(zhuān)家普遍認為植物的遮蔽效果在抑制浮游植物繁殖方面起了很大作用。它的主要機能可以歸納為三個(gè)方面：水質(zhì)凈化；創(chuàng )造生物（鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)）的生息空間；改善景觀(guān)。

　　根據有關(guān)研究資料，人工浮島植物的水質(zhì)凈化要素有以下6個(gè)：

　�、� 植物根莖等表面對藻類(lèi)的吸附、分解。

　�、� 植物根系的營(yíng)養吸收作用。

　�、� 為原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、橈足類(lèi)、枝角類(lèi)、甲殼類(lèi)等的攝食、繁衍等提供場(chǎng)所。

　�、� 為濾食性魚(yú)類(lèi)的攝餌、捕食、產(chǎn)卵繁殖、棲息等活動(dòng)提供場(chǎng)所。

　�、� 去除懸浮性物質(zhì)。

　�、� 日光的遮蔽效果，抑制藻類(lèi)生長(cháng)，平衡水溫。

　　4、ESB－人工濕地（岸邊涉水植物種植）

　　河流沿岸水生植物帶（人工濕地）的水質(zhì)凈化要素有以下8個(gè)：

　　1.植物根莖等表面生物膜對有機物，特別是對藻類(lèi)的吸附去除；

　　2.植物根系的營(yíng)養吸收；

　　3.昆蟲(chóng)的攝餌、羽化等；

　　4.魚(yú)類(lèi)的攝餌、捕食；

　　5.防止已沉淀的懸浮性物質(zhì)再次上��；

　　6.日光的遮蔽效果；

　　7.在污泥表面的除磷脫氮；

　　8.保護河岸作用。

　　5、ESB－水生植物操控技術(shù)

　　控制去污能力強，生長(cháng)速度快的植物的生長(cháng)范圍。同時(shí)有利于對該植物物種的管理，避免造成生態(tài)災難，擴散到相鄰水域。通過(guò)此種方法可以證明，一些所謂的害草是可以進(jìn)行環(huán)境利用的。

　　6、ESB－水生植物凈化景觀(guān)化應用

　　水生植物技術(shù)以生態(tài)學(xué)原理為指導，將生態(tài)系統結構與功能應用于水質(zhì)凈化，充分利用自然凈化與水生植物系統中各類(lèi)水生生物間功能上相輔相成的協(xié)同作用來(lái)凈化水質(zhì)，在水體中適當布置既有觀(guān)賞價(jià)值又有凈化功能的浮水植物和挺水植物，使水體不僅具有自然風(fēng)貌的景觀(guān)，而且增強城市水體的生物凈化功能。

　　根據水面的大小不同布置植物網(wǎng)箱，以控制水生植物的生長(cháng)范圍，滿(mǎn)足景觀(guān)空間形態(tài)的需求，并留出維護行船的通道。

　　水面景觀(guān)綜合岸線(xiàn)景觀(guān)和倒影、水面植物進(jìn)行適當的景觀(guān)組織，形成水面畫(huà)卷；植物以防污抗污、具凈化水質(zhì)功能的水生植物為主，并具有較高的觀(guān)賞價(jià)值，接合植物季節生長(cháng)特點(diǎn)；其中水面浮水植物以睡蓮、風(fēng)眼蓮為主，岸邊挺水植物以蘆葦、香蒲、茭白、荷花等，配合四季常青植物美華景觀(guān)。既有水景綠化的作用，也起到凈化水質(zhì)、保護魚(yú)類(lèi)生長(cháng)環(huán)境、保護河流生物多樣性的目的。

　　7、ESB－水生動(dòng)物凈化水體

　　水體中投放適當的水生動(dòng)物可以有效的去除水體中富余營(yíng)養物質(zhì)，控制藻類(lèi)生長(cháng)，底棲動(dòng)物螺螄主要攝食固著(zhù)藻類(lèi)，同時(shí)分泌促絮凝物質(zhì)，使湖水中懸浮物質(zhì)絮凝，促使水變清。濾食性魚(yú)類(lèi)，如鯽、鳙魚(yú)等可以有效的去除水體中藻類(lèi)物質(zhì)使水體的透明度增加。課題水域面積大，會(huì )成為許多有害昆蟲(chóng)如蚊、蠅的滋生場(chǎng)所，在水中投魚(yú)，它可攝食蚊子的幼蟲(chóng)及其它昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)，避免了水域對周?chē)�環(huán)境造成的危害。

　　魚(yú)是水生食物鏈的最高級，在水體內藻類(lèi)為浮游生物的食物，浮游生物又供作魚(yú)類(lèi)的餌料，使之成為：

　　菌→藻類(lèi)→浮游生物→魚(yú)類(lèi)的食物鏈。利用食物鏈關(guān)系進(jìn)行有效的回收和利用資源，取得水質(zhì)凈化和資源化、生態(tài)效果等綜合效益。

　　8、ESB－新生態(tài)鏈建立恢復

　　種植水生高等植物群落為原生動(dòng)物提供場(chǎng)所，原生動(dòng)物以微生物為食，消耗水中有機物總量完成養分傳遞。提高河流生產(chǎn)力，建立水體中的食物鏈：

　　浮游植物→浮游類(lèi)（含原生動(dòng)物）→ 浮游動(dòng)物（輪蟲(chóng)、橈足類(lèi)、枝角類(lèi)、甲殼類(lèi)等）→濾食性魚(yú)類(lèi)。

　　食物鏈的建立是在生態(tài)循環(huán)的基礎上，它標志河流生態(tài)的恢復，水體生產(chǎn)力的提高，水域環(huán)境改善。

　　9、ESB－生態(tài)護堤技術(shù)（綠化混凝土）

　　綠化混凝土是能夠適應植物生長(cháng)，可進(jìn)行植被作業(yè)，具有恢復和保護自然環(huán)境、改善生態(tài)條件、保持原有防護作用功能的混凝土及其制品。即能長(cháng)草、長(cháng)花的混凝土，或稱(chēng)混凝土草坪。綠化混凝土是一種較理想的近自然河川防護工程材料，實(shí)現了河川安全防護與環(huán)境的恢復和保護的有機結合。

　　目前國內已經(jīng)有10余個(gè)省市采用了綠化混凝土技術(shù)，累計設計、施工面積已超過(guò)60萬(wàn)平方米。其中包括北京奧運會(huì )配套工程、江蘇淮河入海水道工程等重點(diǎn)工程。

　　10、ESB－復氧技術(shù)

　　1、機械增氧：微孔曝氣機、水下射流機、水景噴泉等設備，對水體進(jìn)行曝氣復氧及造流。復氧曝氣和水體造流主要是為了增加水體的溶解氧，提高水體好氧微生物的活性，加快污染有機質(zhì)的分解。

　　2、生態(tài)增氧劑；選用無(wú)殘留、無(wú)二次污染，符合生態(tài)環(huán)保要求的增氧產(chǎn)品。

　　ESB水體修復技術(shù)效益展望

　　1、經(jīng)濟分析

　　ESB－生態(tài)演替式水體修復技術(shù)污水的消納成本低。ESB－生態(tài)演替式水體修復技術(shù)如果生態(tài)修復的技術(shù)能進(jìn)行全面推廣的話(huà)，其工程成本和維護費用可以大大降低，其投資效益非常明顯。

　　隨著(zhù)河道水體生態(tài)系統的修復和城市水體生態(tài)景觀(guān)的形成，可進(jìn)行休閑垂釣、河流水體旅游等商業(yè)用途的開(kāi)發(fā)，以提河流水體自身經(jīng)濟效益的產(chǎn)出，來(lái)籌集部分維護資金，減少長(cháng)期支出河道維護費用的壓力，拓寬了水體治理的資金來(lái)源，使河道治理進(jìn)入市場(chǎng)化和社會(huì )化。

　　2、社會(huì )效益

　　人類(lèi)的所有活動(dòng)都必須依托于所棲息的生態(tài)環(huán)境，生態(tài)系統為人類(lèi)提供了生存維護系統，提供了從事各種活動(dòng)所需的最基本的物質(zhì)資源。通過(guò)生物修復可緩解因水污染給周邊商業(yè)、居住區域帶來(lái)的負面影響和環(huán)境壓力，還美化了環(huán)境，產(chǎn)生了良好的景觀(guān)效應。采用浮島種植的水生花卉清翠碧綠、色彩繽紛、鮮艷奪目，呈現一片欣欣向榮的景象，構成一幅美麗的人工自然生態(tài)景觀(guān)，提升了城市的環(huán)境生態(tài)水平，普及河流生態(tài)知識、提高環(huán)保意識，具有極高的社會(huì )效益和環(huán)保效益。

　　3、應用意義

　　ESB——生態(tài)演替式水體修復技術(shù)實(shí)施，具體為采用耐污性強的活性微生物制劑，結合各種功能性水生植物的生物性能，運用陸生植物的水培技術(shù)和生物浮島技術(shù)、生物膜技術(shù)、復氧技術(shù)等綜合技術(shù)來(lái)分解、吸收水體的污染物質(zhì)，利用濾食性水生動(dòng)物的介入來(lái)轉移水體的污染物質(zhì)，達到人工重建水生生態(tài)系統的目的，同時(shí)在治理過(guò)程中還可以營(yíng)造一個(gè)城市水體生態(tài)景觀(guān)。

　　在還沒(méi)有建造污水處理廠(chǎng)或已有污水處理廠(chǎng)而無(wú)法短時(shí)間進(jìn)行截污納管的城市和地區，利用ESB——生態(tài)演替式水體修復技術(shù)可有效降低水體原有的污染指數，提高河道水體的自?xún)裟芰�和環(huán)境容量。提高自?xún)裟芰�后的河道，納污能力增加，可以有效的分解和吸收連續流入的營(yíng)養鹽，其流出的水達到污水處理廠(chǎng)的一級排放標準，可以減少對河段造成的污染壓力，有利于河道整體水質(zhì)的長(cháng)期保持。