河流生態(tài)系統(tǒng)包括河流和海岸帶的所有環(huán)境和生物要素。城市河流在排洪、地下水補(bǔ)給、生物多樣性保護(hù)和城市局部小氣候改善等方面發(fā)揮著重要作用。然而，城市化通常會(huì)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，如徑流紊亂、水質(zhì)惡化和生態(tài)系統(tǒng)退化。城市建設(shè)用地的增加往往會(huì)減少城市水域面積，導(dǎo)致城市水網(wǎng)密度降低，而人口的增加又會(huì)導(dǎo)致城市污水排放量逐年增加。污水處理工廠處理能力不足將導(dǎo)致河道成為城市污水的集中排放地。大量污水的流入會(huì)造成河道內(nèi)污染物含量超標(biāo)(一般達(dá)到地表水劣V類標(biāo)準(zhǔn))，威脅水生生物的生存，而病原體(細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等)。)也會(huì)隨著污水?dāng)U散，從而危害人體健康。此外，城市發(fā)展規(guī)劃通常對(duì)區(qū)域內(nèi)的自然河流進(jìn)行人為改造(截直、硬化護(hù)岸、渠化河道)，使得河流結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)化和固定，功能趨于景觀綠化和排洪。最終導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞路徑受阻，水體自凈能力降低。

一、生態(tài)治理模式概述

近年來(lái)，城市河流污染引發(fā)的諸多環(huán)境問(wèn)題逐漸成為制約城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境建設(shè)的不斷重視，水污染控制領(lǐng)域呈現(xiàn)出多元化和系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢(shì)。然而，傳統(tǒng)的污染河流治理方法(物理方法、化學(xué)方法和生物方法)側(cè)重于一些環(huán)境指標(biāo)的控制和改善，忽視了河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的重要性，導(dǎo)致治理一段時(shí)間后黑臭水體反復(fù)出現(xiàn)。生態(tài)管理模式是指在不影響河道正常泄洪功能的情況下，恢復(fù)河道水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，借助水生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)過(guò)程去除污染物的一種綜合管理方式。它是環(huán)境和生物相互作用的結(jié)果。以往的研究已經(jīng)證實(shí)了大型植物、浮游植物和微生物膜在凈化城市生活污水和工業(yè)廢水中的作用，近年來(lái)國(guó)內(nèi)關(guān)于生態(tài)處理模式應(yīng)用的案例也取得了良好的效果。

二。項(xiàng)目背景

2017年，北京五大水系河流總長(zhǎng)度約2434km，其中劣V類河流長(zhǎng)度占34.7%，北運(yùn)河水系整體水環(huán)境質(zhì)量較差。2018年北京黑臭水體總長(zhǎng)度約50.1km，污染面積約19.2km2，橫跨豐臺(tái)區(qū)和大興區(qū)的保利溝是北運(yùn)河水系涼水河的支流。其環(huán)境建設(shè)滯后于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，造成保利溝生態(tài)環(huán)境破壞和水環(huán)境污染的惡性循環(huán):岸坡植被稀疏，水土流失嚴(yán)重；河道內(nèi)沉積泥沙、垃圾，水體連續(xù)性差；水生植物種類單一，水體自凈能力低；生活污水和不達(dá)標(biāo)再生水(再生水水質(zhì)為I B類標(biāo)準(zhǔn)，斷面考核標(biāo)準(zhǔn)為V類地表水標(biāo)準(zhǔn))直排，再生水與河流匯合處及斷面考核點(diǎn)距離過(guò)短，無(wú)法充分凈化。經(jīng)檢測(cè)，2016年保利溝斷面評(píng)價(jià)點(diǎn)水質(zhì)常年劣于ⅴ類地表水標(biāo)準(zhǔn)(汛期除外)，屬于重度黑臭水體。2017年，各河段評(píng)價(jià)點(diǎn)COD、TP、NH3-N平均值分別為83.32mg/L、4.48mg/L、44.07mg/L。

生態(tài)處理模式的應(yīng)用應(yīng)遵循因地制宜的原則。根據(jù)保利溝的污染特點(diǎn)，實(shí)施了有針對(duì)性的生態(tài)治理模式。跟蹤研究了水生植物凈化區(qū)生態(tài)處理模式運(yùn)行后的污染物去除效果和影響污染物去除貢獻(xiàn)率(本區(qū)污染物去除率和整體處理模式污染物去除率)的環(huán)境因素。

三。具體措施和研究方法

以井溝梁靜路至弘康路段(K0+000~K1+188)為對(duì)象，在截污清淤的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)施了延長(zhǎng)水體停留時(shí)間、設(shè)置生態(tài)濾床、重建水生植物系統(tǒng)、構(gòu)建微生物系統(tǒng)、構(gòu)建水生動(dòng)物系統(tǒng)等措施相結(jié)合的生態(tài)管理模式。參見(jiàn)表1和圖1。通過(guò)在河流中建立良性的生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程，恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)功能，加快污染物的分解轉(zhuǎn)化速度，延長(zhǎng)污水凈化時(shí)間，提高河水的自凈能力。

2018年3月，研究段各項(xiàng)措施布局完畢，進(jìn)入水環(huán)境修復(fù)期。為了評(píng)價(jià)生態(tài)治理模式的效果，有必要對(duì)河道的水質(zhì)(COD、NH3-N、TP、溫度、pH和溶解氧)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)行檢測(cè)和分析。COD、TP、NH3-N的檢測(cè)工具為哈希水質(zhì)分析儀(DRB200)。為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，每組水樣需要重復(fù)檢測(cè)兩次。pH檢測(cè)工具為pH計(jì)(上海三鑫PHB-3)，溫度和溶解氧檢測(cè)儀器為便攜式溶解氧儀(上海雷磁JPB & # 12539；07a) O檢測(cè)K0+970 & # 12316；K1+188水生植物凈化區(qū)水生植物生物量(濕重)。具體方法按照《淡水生物資源調(diào)查技術(shù)規(guī)范》DB43/T432—2009執(zhí)行，檢測(cè)時(shí)間和次數(shù)與水質(zhì)相同。數(shù)據(jù)分析由SPSS19.0完成。通過(guò)實(shí)地調(diào)查評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)情況。檢查期間，高里莊污水處理廠出水水質(zhì)穩(wěn)定:NH3-N、TP、COD平均值分別為29.8mg/L、2.94mg/L、20.2mg/L。

四。討論結(jié)果

4.1污染物去除率

以《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn):GB18918—2002》和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB3838—2002》為參照標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)污染物的去除效果。測(cè)試結(jié)果如表2和表3所示。

生態(tài)管理模式對(duì)研究斷面COD的平均去除率達(dá)到66.45%±0.11%?？己藬嗝娴腃OD指標(biāo)已由2017年的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(83.32mg/L)提升至2018年的U類地表水標(biāo)準(zhǔn)(9.04mg/L)。COD的去除主要依靠濾料的攔截和吸附、水生植物的攔截、吸附和吸收以及微生物的分解。而低溫環(huán)境下水生植物和微生物的代謝活動(dòng)較弱，水溫升至25〜。30℃時(shí)，水生植物和微生物的代謝活動(dòng)旺盛，在濾料、植物根系和人工水生植物表面形成的微生物膜能高效分解和吸收水中的有機(jī)物。此外，沉水植物和挺水植物的根系可以穩(wěn)定沉積物環(huán)境，避免沉積物中有機(jī)碎屑的再懸浮。

生態(tài)管理模式對(duì)研究斷面總磷的平均去除率達(dá)到39.36%±0.01%。評(píng)價(jià)斷面TP指數(shù)由2017年的二類標(biāo)準(zhǔn)(4.48mg/L)提升至2018年的一類B標(biāo)準(zhǔn)(2.24mg/L)。TP的去除主要依靠生態(tài)濾床中濾料的截留和吸附、微生態(tài)系統(tǒng)的分解和轉(zhuǎn)化、水生植物和微生物(主要是聚磷菌)的吸收和分解。聚磷菌在有氧條件下過(guò)量吸收水中的正磷酸鹽，合成多磷酸鹽，儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)。在厭氧條件下，體內(nèi)的多聚磷酸鹽被水解，正磷酸鹽被釋放到水中。水生植物根部周圍的好氧環(huán)境有利于除磷菌過(guò)量吸收水中的正磷酸鹽，從而提高TP去除率。

生態(tài)處理模式對(duì)研究斷面NH3-N的平均去除率達(dá)到36.13%±0.03%?？己藬嗝鍺H3-N均值由2017年的三類標(biāo)準(zhǔn)(44.07mg/L)提高到2018年的二類標(biāo)準(zhǔn)(23.03mg/L)。除了濾料與水生植物的相互作用外，一系列反硝化過(guò)程(同化、氨化、硝化、反硝化等。)也能有效降低NH3-N含量，但微生物反硝化過(guò)程需要充足的C源作為底物陰離子，研究斷面COD平均去除率在60%以上。然而，生態(tài)跌水增加的少量碳源如CO2、CO3-和HCO3-不能完全滿足微生物的代謝活動(dòng)要求，微生物反硝化過(guò)程受到限制。此外，在弱酸性條件下，濾料對(duì)NH3-N的去除效果較強(qiáng)，而在研究過(guò)程中，水體呈弱堿性。更多的OH-會(huì)影響濾料對(duì)NH3-N的吸附效率，這也是研究段NH3-N去除率低的另一個(gè)原因。

4.2污染物去除貢獻(xiàn)率與環(huán)境因素的關(guān)系

采用相關(guān)分析研究了K0+970~K1+188區(qū)域水生植物生物量(濕重)、溫度、pH和溶解氧與該區(qū)域污染物去除貢獻(xiàn)率之間的相關(guān)性，并用皮爾遜相關(guān)系數(shù)表示相關(guān)性的強(qiáng)弱。分析結(jié)果如表4所示。

在水生植物凈化區(qū)，三種污染物的去除貢獻(xiàn)率與水生植物的生物量和溫度呈正相關(guān)。三種污染物的去除貢獻(xiàn)率與pH值無(wú)相關(guān)性；COD NH3-N的去除貢獻(xiàn)率與溶解氧呈顯著正相關(guān)，而TP的去除貢獻(xiàn)率與溶解氧無(wú)相關(guān)性。

4.3河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)

項(xiàng)目實(shí)施前后河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表5。

表5顯示，自生態(tài)管理模式運(yùn)行以來(lái)，河流生態(tài)系統(tǒng)(保利溝)在表觀特征、水文、河流形態(tài)、水質(zhì)和水生生物豐度方面均有明顯改善。河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)不僅可以改善保利溝的水污染，還可以幫助物種遷入。例如，在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的早期，草本植物(稗草、菖蒲等。)和浮游動(dòng)物(輪蟲)

4.4污染物去除效果的優(yōu)化

生態(tài)處理模式對(duì)污染物的去除是多種措施綜合作用的結(jié)果。從以上分析可以看出，目前的生態(tài)處理模式還有優(yōu)化和改進(jìn)的空間?？刂扑w的弱酸性條件，增加水生植物的生物量，控制適宜的水溫，增加水體的溶解氧含量，保持水體中一定量的有機(jī)物等措施可以提高整個(gè)研究斷面污染物的去除效果。但考慮到室外條件和成本控制，如何有效控制部分地區(qū)的酸堿度和水溫仍需進(jìn)一步研究。

動(dòng)詞 （verb的縮寫）結(jié)論

保利溝這次水污染治理過(guò)程中，針對(duì)污染源，前期截污清淤，可以將河道中的污染物含量控制在一個(gè)穩(wěn)定的水平。針對(duì)原河道污水處理路徑較短的情況，建設(shè)生態(tài)跌水，改建中水合流，可以延長(zhǎng)河道內(nèi)水力停留時(shí)間，充分凈化污染物。另一方面，穩(wěn)定的水文條件可以為水生生物和微生物提供適宜的棲息地。針對(duì)治理前河道水質(zhì)嚴(yán)重惡化的情況，人工水生植物的微生物凈化集中在凈化過(guò)程的中后期。生態(tài)濾床和大型植物前期的初步凈化，可以將河道中的污染物含量控制在微生物生存的耐受范圍內(nèi)，為微生物生物膜的形成提供有利的環(huán)境。在生態(tài)管理模式運(yùn)行過(guò)程中，水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)最終進(jìn)入水生植物和濾食性動(dòng)物體內(nèi)。水生生物的收獲和捕撈可以及時(shí)將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移出河流，防止水生生物死亡后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再次進(jìn)入河流。

保利溝生態(tài)管理模式運(yùn)行期間，研究斷面COD、TP和NH3-N的平均去除率分別為66.45%±0.11%、39.36%±0.01%和36.13%±0.03%。其中，K0+970-K1+188水生植物凈化區(qū)COD、TP、NH3-N的去除貢獻(xiàn)率與水生植物生物量、溫度呈正相關(guān)。該生態(tài)管理模式可以有效去除水中的污染物，同時(shí)可以沿河流建立生態(tài)修復(fù)區(qū)，對(duì)該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)具有現(xiàn)實(shí)意義。弱酸性條件、增加水生植物的生物量、適宜的溫度、增加溶解氧含量和一定量的有機(jī)物可以提高生態(tài)管理模式下污染物的去除效果。(來(lái)源:北京盛海林生態(tài)環(huán)境科技有限公司；北京市豐臺(tái)區(qū)水務(wù)局)

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