浅谈苏州地区水体修复技术的应用
浅谈苏州地区水体修复技术的应用
导言
苏州素有“上有天堂，下有苏杭”之美称，水系是其城市的命脉，水环境的好坏直接影响城市的可持续发展。然而在苏州国民经济得到快速增长的同时，苏州地区水体环境也遭受到严重的污染和破坏，污染物排放量超过水环境承载能力，损害了城市人居环境，严重影响城市形象。
近年来，苏州市委、市政府高度重视环境保护工作，相继出台了《苏州市水污染防治工作方案》、《苏州市阳澄湖生态优化三年行动计划（2016～2018年）》等一系列计划方案，系统推进流域综合治理。2017年，苏州市深入开展“263”专项行动，整治完成黑臭河道54条，新增污水管网886.6公里；禁养区扩大至太湖一级保护区，关停490家规模畜禽养殖场，城市水环境综合治理取得很大成效，但水环境质量总体仍处于轻度污染状态，形势依然严峻，水体修复已经成为目前苏州环境保护的一项重要内容。
苏州古城区水体污染分析
苏州市地处以太湖为中心浅碟形平原的底部，全市地势低平，自西向东缓慢倾斜;具有丰富的雨水资源，降雨多集中于6～9月份。苏州市古城区内河道形成了“一环三横四纵”的水系布局。河道周边建筑密集，绿地和可渗透性地面相对较少，水体受潮水顶托与地形影响流向不定，流速缓慢，水体极易恶化，城区主要河道均为Ⅴ类水质。
根据苏州市环保局网站2016年度苏州市环境状况公报，全市地表水环境质量总体处于轻度污染状态。列入江苏省“十三五”水环境质量目标考核的50个地表水断面中，水质达到Ⅱ类断面的比例为16.0%，Ⅲ类为48.0%，Ⅳ类为26.0%，Ⅴ类为10.0%，无劣Ⅴ类断面。
苏州市地表水污染属综合型有机污染，以富营养化为主要特征，主要污染物为氨氮和总磷。总体上，古城区内城河河道污染程度要比外围河道严重，水体恶化后的常见问题为黑臭问题、水华问题、青苔问题。
综上分析，造成苏州城区水体持续污染的原因主要有：
01/点源污染：城中村多、人口密集、餐饮旅游点多，有些地区没有安装地下分流截污管道，仍存在少数偷排现象，造成“三产”污染及城市生活污染等；
02/面源污染：沿岸游客丢弃垃圾、降雨地表径流所携带的污染负荷、城乡结合部地区分散式畜禽养殖废水污染、城市初期雨水等；
03/内源污染：污染物和氨氮从河道底泥中释放，底泥上浮；城市河道富营养化，导致河道中藻类过量繁殖等；
04/苏州市古城区以平原地形为主，河底高程和水流坡降较小，以及苏州城区有部分河道被填断流，水体流动性比较弱，河道的水循环能力比较差；
05/城区河道实施河床硬化、砌石护坡、裁弯取直等工程，破坏了河流自然生态环境；
06/河道中的水生植物和动物生存的环境得不到改善，影响城市河道水体的自净能力。
水体修复的基本概念及技术
水体不仅包括水，还包括水中溶解物质、悬浮物、底泥、水生生物等。水体修复是指除了依靠水生生态系统本身的自适应、自组织、自调节能力以外，采取人工的物理、化学和生物的方法，使水体恢复到原有的生态功能的过程。
01/物理修复技术
物理修复是指修复水体的物理状况，技术手段包括引水稀释、底泥疏浚等。
引水稀释就是通过工程调水以降低污染水体中的污染物质的浓度，使水体在短时间内达到相应的水质标准。但引水稀释对引水水域和引入水水域有一定的负面影响，会导致两水域生态体系发生变化。
底泥疏浚指对整条或局部沉积严重的河段、湖泊进行疏浚、清淤，恢复河流和湖泊的正常功能。底泥疏浚同时也存在一些问题，一是成本过高，二是不能从根本上解决问题，另外还要考虑清出污泥的出路问题。
02/化学法修复技术化学修复技术是指通过向水体投加化学药剂的方式处理被污染水体，达到去除水体中污染物的一种方法。如治理湖泊酸化可投加生石灰;抑制藻类大量繁殖可投加杀藻剂;除磷可投加铝盐或铁盐等。化学修复技术的应用费用较高，并且容易造成二次污染。因此，高效、廉价、安全的药剂的研发和与生物技术相结合是化学修复技术现在以及将来的发展方向。
03/生物法修复技术
水体的生物修复技术是新近发展起来清洁环境的一项新兴技术，具有低投资、高效益，便于应用的特点，未来发展潜力巨大。它利用特定生物(主要是微生物)对水体中污染物的吸收、转化或降解，达到减缓或最终消除水体污染、恢复水体生态功能的目标。从生物的选择和培养应用上来分主要包括直接投加微生物技术、培养微生物技术和高等生物修复技术等。
近期，同济大学研发出一种新技术-生态净水石（EBB）技术，将净化水质的优势菌封入滤料块，根据需要一并使用曝气装置，构成净化系统。利用微生物分解有机物的功能净化水质，同时抑制硅藻类的繁殖，尤其适合苏州地区水体的净化。
对比总结
01/物理修复技术存在暂时性、不稳定性以及治标不治本等缺点，只能是作为救急方法或水体污染治理的辅助手段。
02/化学法修复容易造成二次污染，不利于环境治理的可持续发展，不宜长期大范围使用。
03/生物修复技术以其特有的优点引起了人们的极大关注。大力发展生物修复技术如高等植物对重金属的吸收、开展生物菌工程的研究是一条切实可行的途径。
04/集多种修复手段为一体，将物理、化学、生物修复技术有机结合是未来水体修复的主要技术手段。
建议采取的对策及技术措施
根据苏州水体环境分析及各种水体修复技术的特点，建议如下采取对策及技术措施。
01/外源阻断。外源阻断包括城市截污纳管和面源控制两种情况。针对缺乏完善污水收集系统的水体，通过建设和改造水体沿岸的污水管道，将污水截流纳入污水收集和处理系统。针对目前尚无条件进行截污纳管的污水，可在原位采用高效一级强化污水处理技术或工艺，快速高效去除污染物。
由于苏州河道周围大量的不透水面导致降雨径流直接携带大量的污染物进入河道。初期雨水控制，清理城市水体周边垃圾、餐饮企业厨余是控制面源污染的重要措施。应在苏州雨季（6～9月）来临前期就开始重点集中采取流域面源控制措施，以减轻降雨高峰期的非点源污染。
02/内源控制。清淤疏浚传统技术有两种：抽干河水后清淤；用挖泥船直接从水中清除淤泥。苏州城区河道较窄，河道周边大多为居民区及旅游区，传统清淤方式并不太适合。目前，德国DEW智能清淤机器人生态清淤技术，比较适合苏州城区河道及旅游景区的清淤。该机器人具有浮舟结构和移动装置，体积小、可遥控，吸泥部件可下降到水底10米，日吸泥量2500m，通过软管系统泵送到岸边污泥接收处置场所。该技术清淤时不需要抽干水体；通过柔和方式抽吸底泥，不会湍流翻滚；在吸泥期间，水体可以处于正常状态。
进入春夏季，随着温度的升高，藻类开始大量繁殖并达到顶峰，建议在冬末春初进行河道生态清淤，消除内源污染物，起到抑制藻类生长的效果。对于河道水面漂浮垃圾、水生植物残体等，应多频次进行清捞。
03/水质净化。采用人工曝气充氧，可以提高水体溶解氧浓度和氧化还原电位，缓解水体黑臭状况，苏州河等治理中普遍采用了曝气增氧的方法。高污染区域可以适当采用絮凝沉淀技术等化学修复技术。由于苏州总体处于轻度污染状态，水网密布、河塘众多，比较适合采用人工湿地、生态浮岛、稳定塘、生物修复技术等技术，实现水质净化。
04/水动力改善。通过水质监测数据分析结果可以看出，古城区内部河道水质相对较差，城区外围河道水质较好，可以充分考虑采取引清调水，通过泵站注入河道，借助外来水源稀释城区内河道水，同时沟通、拓宽城区水网水系，减少断头水路，增加水体动力，促进水体循环。流水不腐，是缓减甚至基本消除河流黑臭的关键因素。
05/生态恢复。采用搭配种植岸边植物、挺水植物和沉水植物，设置雨水、洪水蓄滞池，恢复河岸植物群落和储水带。基于“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术，把河堤改造成适合动植物生长的模拟自然状态，建成无混凝土河堤或混凝土外覆盖植被的生态河堤，恢复其自净功能。在河流水质得到有效改善的基础上，通过水生植物和水生动物(如鱼类、底栖动物等)食物链的修复与水文生态系统构建，持续去除城市水体中污染物和营养物，改善水体生境，逐步实现河流生态修复。
结论
城市水体整治仅针对河道本身是不够的，需要进行全流域综合治理，并在传统治理理念的基础上更突出生态修复概念。同时，要全面了解河流污染类型和调查水体恶化的原因，实施“一河一策”对症治理思路，从截污控源、消减内源、增强水体自净能力、水生态修复等方面着手，综合应用多种技术手段，健全长效机制，通过持久不懈的努力，最终实现河流水体自然生态修复。
“共抓大保护，不搞大开发”--习近平总书记关于长江经济带建设的讲话
苏州素有“上有天堂，下有苏杭”之美称，水系是其城市的命脉，水环境的好坏直接影响城市的可持续发展。然而在苏州国民经济得到快速增长的同时，苏州地区水体环境也遭受到严重的污染和破坏，污染物排放量超过水环境承载能力，损害了城市人居环境，严重影响城市形象。
近年来，苏州市委、市政府高度重视环境保护工作，相继出台了《苏州市水污染防治工作方案》、《苏州市阳澄湖生态优化三年行动计划（2016～2018年）》等一系列计划方案，系统推进流域综合治理。2017年，苏州市深入开展“263”专项行动，整治完成黑臭河道54条，新增污水管网886.6公里；禁养区扩大至太湖一级保护区，关停490家规模畜禽养殖场，城市水环境综合治理取得很大成效，但水环境质量总体仍处于轻度污染状态，形势依然严峻，水体修复已经成为目前苏州环境保护的一项重要内容。
苏州古城区水体污染分析
苏州市地处以太湖为中心浅碟形平原的底部，全市地势低平，自西向东缓慢倾斜;具有丰富的雨水资源，降雨多集中于6～9月份。苏州市古城区内河道形成了“一环三横四纵”的水系布局。河道周边建筑密集，绿地和可渗透性地面相对较少，水体受潮水顶托与地形影响流向不定，流速缓慢，水体极易恶化，城区主要河道均为Ⅴ类水质。
根据苏州市环保局网站2016年度苏州市环境状况公报，全市地表水环境质量总体处于轻度污染状态。列入江苏省“十三五”水环境质量目标考核的50个地表水断面中，水质达到Ⅱ类断面的比例为16.0%，Ⅲ类为48.0%，Ⅳ类为26.0%，Ⅴ类为10.0%，无劣Ⅴ类断面。
苏州市地表水污染属综合型有机污染，以富营养化为主要特征，主要污染物为氨氮和总磷。总体上，古城区内城河河道污染程度要比外围河道严重，水体恶化后的常见问题为黑臭问题、水华问题、青苔问题。
综上分析，造成苏州城区水体持续污染的原因主要有：
01/点源污染：城中村多、人口密集、餐饮旅游点多，有些地区没有安装地下分流截污管道，仍存在少数偷排现象，造成“三产”污染及城市生活污染等；
02/面源污染：沿岸游客丢弃垃圾、降雨地表径流所携带的污染负荷、城乡结合部地区分散式畜禽养殖废水污染、城市初期雨水等；
03/内源污染：污染物和氨氮从河道底泥中释放，底泥上浮；城市河道富营养化，导致河道中藻类过量繁殖等；
04/苏州市古城区以平原地形为主，河底高程和水流坡降较小，以及苏州城区有部分河道被填断流，水体流动性比较弱，河道的水循环能力比较差；
05/城区河道实施河床硬化、砌石护坡、裁弯取直等工程，破坏了河流自然生态环境；
06/河道中的水生植物和动物生存的环境得不到改善，影响城市河道水体的自净能力。
水体修复的基本概念及技术
水体不仅包括水，还包括水中溶解物质、悬浮物、底泥、水生生物等。水体修复是指除了依靠水生生态系统本身的自适应、自组织、自调节能力以外，采取人工的物理、化学和生物的方法，使水体恢复到原有的生态功能的过程。
01/物理修复技术
物理修复是指修复水体的物理状况，技术手段包括引水稀释、底泥疏浚等。
引水稀释就是通过工程调水以降低污染水体中的污染物质的浓度，使水体在短时间内达到相应的水质标准。但引水稀释对引水水域和引入水水域有一定的负面影响，会导致两水域生态体系发生变化。
底泥疏浚指对整条或局部沉积严重的河段、湖泊进行疏浚、清淤，恢复河流和湖泊的正常功能。底泥疏浚同时也存在一些问题，一是成本过高，二是不能从根本上解决问题，另外还要考虑清出污泥的出路问题。
02/化学法修复技术化学修复技术是指通过向水体投加化学药剂的方式处理被污染水体，达到去除水体中污染物的一种方法。如治理湖泊酸化可投加生石灰;抑制藻类大量繁殖可投加杀藻剂;除磷可投加铝盐或铁盐等。化学修复技术的应用费用较高，并且容易造成二次污染。因此，高效、廉价、安全的药剂的研发和与生物技术相结合是化学修复技术现在以及将来的发展方向。
03/生物法修复技术
水体的生物修复技术是新近发展起来清洁环境的一项新兴技术，具有低投资、高效益，便于应用的特点，未来发展潜力巨大。它利用特定生物(主要是微生物)对水体中污染物的吸收、转化或降解，达到减缓或最终消除水体污染、恢复水体生态功能的目标。从生物的选择和培养应用上来分主要包括直接投加微生物技术、培养微生物技术和高等生物修复技术等。
近期，同济大学研发出一种新技术-生态净水石（EBB）技术，将净化水质的优势菌封入滤料块，根据需要一并使用曝气装置，构成净化系统。利用微生物分解有机物的功能净化水质，同时抑制硅藻类的繁殖，尤其适合苏州地区水体的净化。
对比总结
01/物理修复技术存在暂时性、不稳定性以及治标不治本等缺点，只能是作为救急方法或水体污染治理的辅助手段。
02/化学法修复容易造成二次污染，不利于环境治理的可持续发展，不宜长期大范围使用。
03/生物修复技术以其特有的优点引起了人们的极大关注。大力发展生物修复技术如高等植物对重金属的吸收、开展生物菌工程的研究是一条切实可行的途径。
04/集多种修复手段为一体，将物理、化学、生物修复技术有机结合是未来水体修复的主要技术手段。
建议采取的对策及技术措施
根据苏州水体环境分析及各种水体修复技术的特点，建议如下采取对策及技术措施。
01/外源阻断。外源阻断包括城市截污纳管和面源控制两种情况。针对缺乏完善污水收集系统的水体，通过建设和改造水体沿岸的污水管道，将污水截流纳入污水收集和处理系统。针对目前尚无条件进行截污纳管的污水，可在原位采用高效一级强化污水处理技术或工艺，快速高效去除污染物。
由于苏州河道周围大量的不透水面导致降雨径流直接携带大量的污染物进入河道。初期雨水控制，清理城市水体周边垃圾、餐饮企业厨余是控制面源污染的重要措施。应在苏州雨季（6～9月）来临前期就开始重点集中采取流域面源控制措施，以减轻降雨高峰期的非点源污染。
02/内源控制。清淤疏浚传统技术有两种：抽干河水后清淤；用挖泥船直接从水中清除淤泥。苏州城区河道较窄，河道周边大多为居民区及旅游区，传统清淤方式并不太适合。目前，德国DEW智能清淤机器人生态清淤技术，比较适合苏州城区河道及旅游景区的清淤。该机器人具有浮舟结构和移动装置，体积小、可遥控，吸泥部件可下降到水底10米，日吸泥量2500m，通过软管系统泵送到岸边污泥接收处置场所。该技术清淤时不需要抽干水体；通过柔和方式抽吸底泥，不会湍流翻滚；在吸泥期间，水体可以处于正常状态。
进入春夏季，随着温度的升高，藻类开始大量繁殖并达到顶峰，建议在冬末春初进行河道生态清淤，消除内源污染物，起到抑制藻类生长的效果。对于河道水面漂浮垃圾、水生植物残体等，应多频次进行清捞。
03/水质净化。采用人工曝气充氧，可以提高水体溶解氧浓度和氧化还原电位，缓解水体黑臭状况，苏州河等治理中普遍采用了曝气增氧的方法。高污染区域可以适当采用絮凝沉淀技术等化学修复技术。由于苏州总体处于轻度污染状态，水网密布、河塘众多，比较适合采用人工湿地、生态浮岛、稳定塘、生物修复技术等技术，实现水质净化。
04/水动力改善。通过水质监测数据分析结果可以看出，古城区内部河道水质相对较差，城区外围河道水质较好，可以充分考虑采取引清调水，通过泵站注入河道，借助外来水源稀释城区内河道水，同时沟通、拓宽城区水网水系，减少断头水路，增加水体动力，促进水体循环。流水不腐，是缓减甚至基本消除河流黑臭的关键因素。
05/生态恢复。采用搭配种植岸边植物、挺水植物和沉水植物，设置雨水、洪水蓄滞池，恢复河岸植物群落和储水带。基于“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术，把河堤改造成适合动植物生长的模拟自然状态，建成无混凝土河堤或混凝土外覆盖植被的生态河堤，恢复其自净功能。在河流水质得到有效改善的基础上，通过水生植物和水生动物(如鱼类、底栖动物等)食物链的修复与水文生态系统构建，持续去除城市水体中污染物和营养物，改善水体生境，逐步实现河流生态修复。
结论
城市水体整治仅针对河道本身是不够的，需要进行全流域综合治理，并在传统治理理念的基础上更突出生态修复概念。同时，要全面了解河流污染类型和调查水体恶化的原因，实施“一河一策”对症治理思路，从截污控源、消减内源、增强水体自净能力、水生态修复等方面着手，综合应用多种技术手段，健全长效机制，通过持久不懈的努力，最终实现河流水体自然生态修复。
“共抓大保护，不搞大开发”--习近平总书记关于长江经济带建设的讲话