城市污染河流的生态处理技术
河流生态系统包括河流和海岸带的所有环境和生物要素。城市河流在排洪、地下水补给、生物多样性保护和城市局部小气候改善等方面发挥着重要作用。然而，城市化通常会对河流生态系统产生负面影响，如径流紊乱、水质恶化和生态系统退化。城市建设用地的增加往往会减少城市水域面积，导致城市水网密度降低，而人口的增加又会导致城市污水排放量逐年增加。污水处理工厂处理能力不足将导致河道成为城市污水的集中排放地。大量污水的流入会造成河道内污染物含量超标(一般达到地表水劣V类标准)，威胁水生生物的生存，而病原体(细菌、病毒、寄生虫卵等)。)也会随着污水扩散，从而危害人体健康。此外，城市发展规划通常对区域内的自然河流进行人为改造(截直、硬化护岸、渠化河道)，使得河流结构趋于简化和固定，功能趋于景观绿化和排洪。最终导致水生态系统内部物质循环和能量传递路径受阻，水体自净能力降低。
一、生态治理模式概述
近年来，城市河流污染引发的诸多环境问题逐渐成为制约城市经济可持续发展的关键。随着国内外对环境建设的不断重视，水污染控制领域呈现出多元化和系统化的发展趋势。然而，传统的污染河流治理方法(物理方法、化学方法和生物方法)侧重于一些环境指标的控制和改善，忽视了河流生态系统修复的重要性，导致治理一段时间后黑臭水体反复出现。生态管理模式是指在不影响河道正常泄洪功能的情况下，恢复河道水生态系统的结构和功能，借助水生态系统内部物质循环过程去除污染物的一种综合管理方式。它是环境和生物相互作用的结果。以往的研究已经证实了大型植物、浮游植物和微生物膜在净化城市生活污水和工业废水中的作用，近年来国内关于生态处理模式应用的案例也取得了良好的效果。
二。项目背景
2017年，北京五大水系河流总长度约2434km，其中劣V类河流长度占34.7%，北运河水系整体水环境质量较差。2018年北京黑臭水体总长度约50.1km，污染面积约19.2km2，横跨丰台区和大兴区的保利沟是北运河水系凉水河的支流。其环境建设滞后于城市经济发展，造成保利沟生态环境破坏和水环境污染的恶性循环:岸坡植被稀疏，水土流失严重；河道内沉积泥沙、垃圾，水体连续性差；水生植物种类单一，水体自净能力低；生活污水和不达标再生水(再生水水质为I B类标准，断面考核标准为V类地表水标准)直排，再生水与河流汇合处及断面考核点距离过短，无法充分净化。经检测，2016年保利沟断面评价点水质常年劣于ⅴ类地表水标准(汛期除外)，属于重度黑臭水体。2017年，各河段评价点COD、TP、NH3-N平均值分别为83.32mg/L、4.48mg/L、44.07mg/L。
生态处理模式的应用应遵循因地制宜的原则。根据保利沟的污染特点，实施了有针对性的生态治理模式。跟踪研究了水生植物净化区生态处理模式运行后的污染物去除效果和影响污染物去除贡献率(本区污染物去除率和整体处理模式污染物去除率)的环境因素。
三。具体措施和研究方法
以井沟梁静路至弘康路段(K0+000~K1+188)为对象，在截污清淤的基础上，设计实施了延长水体停留时间、设置生态滤床、重建水生植物系统、构建微生物系统、构建水生动物系统等措施相结合的生态管理模式。参见表1和图1。通过在河流中建立良性的生态系统循环过程，恢复水生态系统中的物质循环功能，加快污染物的分解转化速度，延长污水净化时间，提高河水的自净能力。
2018年3月，研究段各项措施布局完毕，进入水环境修复期。为了评价生态治理模式的效果，有必要对河道的水质(COD、NH3-N、TP、温度、pH和溶解氧)和生态系统恢复进行检测和分析。COD、TP、NH3-N的检测工具为哈希水质分析仪(DRB200)。为了减少实验误差，每组水样需要重复检测两次。pH检测工具为pH计(上海三鑫PHB-3)，温度和溶解氧检测仪器为便携式溶解氧仪(上海雷磁JPB & # 12539；07a) O检测K0+970 & # 12316；K1+188水生植物净化区水生植物生物量(湿重)。具体方法按照《淡水生物资源调查技术规范》DB43/T432—2009执行，检测时间和次数与水质相同。数据分析由SPSS19.0完成。通过实地调查评价生态系统的恢复情况。检查期间，高里庄污水处理厂出水水质稳定:NH3-N、TP、COD平均值分别为29.8mg/L、2.94mg/L、20.2mg/L。
四。讨论结果
4.1污染物去除率
以《城市污水处理厂污染物排放标准:GB18918—2002》和《地表水环境质量标准:GB3838—2002》为参照标准，评价污染物的去除效果。测试结果如表2和表3所示。
生态管理模式对研究断面COD的平均去除率达到66.45%±0.11%。考核断面的COD指标已由2017年的二级标准(83.32mg/L)提升至2018年的U类地表水标准(9.04mg/L)。COD的去除主要依靠滤料的拦截和吸附、水生植物的拦截、吸附和吸收以及微生物的分解。而低温环境下水生植物和微生物的代谢活动较弱，水温升至25〜。30℃时，水生植物和微生物的代谢活动旺盛，在滤料、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机物。此外，沉水植物和挺水植物的根系可以稳定沉积物环境，避免沉积物中有机碎屑的再悬浮。
生态管理模式对研究断面总磷的平均去除率达到39.36%±0.01%。评价断面TP指数由2017年的二类标准(4.48mg/L)提升至2018年的一类B标准(2.24mg/L)。TP的去除主要依靠生态滤床中滤料的截留和吸附、微生态系统的分解和转化、水生植物和微生物(主要是聚磷菌)的吸收和分解。聚磷菌在有氧条件下过量吸收水中的正磷酸盐，合成多磷酸盐，储存在细胞内。在厌氧条件下，体内的多聚磷酸盐被水解，正磷酸盐被释放到水中。水生植物根部周围的好氧环境有利于除磷菌过量吸收水中的正磷酸盐，从而提高TP去除率。
生态处理模式对研究断面NH3-N的平均去除率达到36.13%±0.03%。考核断面NH3-N均值由2017年的三类标准(44.07mg/L)提高到2018年的二类标准(23.03mg/L)。除了滤料与水生植物的相互作用外，一系列反硝化过程(同化、氨化、硝化、反硝化等。)也能有效降低NH3-N含量，但微生物反硝化过程需要充足的C源作为底物阴离子，研究断面COD平均去除率在60%以上。然而，生态跌水增加的少量碳源如CO2、CO3-和HCO3-不能完全满足微生物的代谢活动要求，微生物反硝化过程受到限制。此外，在弱酸性条件下，滤料对NH3-N的去除效果较强，而在研究过程中，水体呈弱碱性。更多的OH-会影响滤料对NH3-N的吸附效率，这也是研究段NH3-N去除率低的另一个原因。
4.2污染物去除贡献率与环境因素的关系
采用相关分析研究了K0+970~K1+188区域水生植物生物量(湿重)、温度、pH和溶解氧与该区域污染物去除贡献率之间的相关性，并用皮尔逊相关系数表示相关性的强弱。分析结果如表4所示。
在水生植物净化区，三种污染物的去除贡献率与水生植物的生物量和温度呈正相关。三种污染物的去除贡献率与pH值无相关性；COD NH3-N的去除贡献率与溶解氧呈显著正相关，而TP的去除贡献率与溶解氧无相关性。
4.3河流生态系统恢复
项目实施前后河流生态系统对比结果见表5。
表5显示，自生态管理模式运行以来，河流生态系统(保利沟)在表观特征、水文、河流形态、水质和水生生物丰度方面均有明显改善。河流生态系统结构和功能的恢复不仅可以改善保利沟的水污染，还可以帮助物种迁入。例如，在生态系统恢复的早期，草本植物(稗草、菖蒲等。)和浮游动物(轮虫)
4.4污染物去除效果的优化
生态处理模式对污染物的去除是多种措施综合作用的结果。从以上分析可以看出，目前的生态处理模式还有优化和改进的空间。控制水体的弱酸性条件，增加水生植物的生物量，控制适宜的水温，增加水体的溶解氧含量，保持水体中一定量的有机物等措施可以提高整个研究断面污染物的去除效果。但考虑到室外条件和成本控制，如何有效控制部分地区的酸碱度和水温仍需进一步研究。
动词 （verb的缩写）结论
保利沟这次水污染治理过程中，针对污染源，前期截污清淤，可以将河道中的污染物含量控制在一个稳定的水平。针对原河道污水处理路径较短的情况，建设生态跌水，改建中水合流，可以延长河道内水力停留时间，充分净化污染物。另一方面，稳定的水文条件可以为水生生物和微生物提供适宜的栖息地。针对治理前河道水质严重恶化的情况，人工水生植物的微生物净化集中在净化过程的中后期。生态滤床和大型植物前期的初步净化，可以将河道中的污染物含量控制在微生物生存的耐受范围内，为微生物生物膜的形成提供有利的环境。在生态管理模式运行过程中，水体中的营养物质最终进入水生植物和滤食性动物体内。水生生物的收获和捕捞可以及时将营养物质转移出河流，防止水生生物死亡后营养物质再次进入河流。
保利沟生态管理模式运行期间，研究断面COD、TP和NH3-N的平均去除率分别为66.45%±0.11%、39.36%±0.01%和36.13%±0.03%。其中，K0+970-K1+188水生植物净化区COD、TP、NH3-N的去除贡献率与水生植物生物量、温度呈正相关。该生态管理模式可以有效去除水中的污染物，同时可以沿河流建立生态修复区，对该区域生态系统的修复具有现实意义。弱酸性条件、增加水生植物的生物量、适宜的温度、增加溶解氧含量和一定量的有机物可以提高生态管理模式下污染物的去除效果。(来源:北京盛海林生态环境科技有限公司；北京市丰台区水务局)
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