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2013-03-11

无水不成园,无论是在中国,还是在西方国家,无论是现代园林还是古典园林,水景都占有举足轻重的地位。“水”是公园的眼睛,公园因为有了水才显有灵性,更有情趣。城市公园水体具有重要而特殊的景观价值,可以美化城市环境,同时还具有承载水体循环、改善小气候、有效调节城市生态环境和解决城市热岛效应等作用,具有生态价值和实用功能价值。然而,近年类由于人类活动的影响,加上缺乏统一规划、管理不善和维护改造资金不足等因素,全国93%的公园水体都受到不同程度的污染。水体黑臭及富营养化现象比较突出,严重影响到城市公园的美感,妨碍我国整体园林水平的提高,导致人居环境品味的下降,进而影响整个生态城市的构建。因此,如何把这些水体建成生态、清洁、无污染型景观公园已成为人们关注的话题。

1、公园水体存在的问题

一般公园水体建设初衷都是为了创造一个优美的生态景观,为居民提供一个亲水、休闲场所,但大部分并没有按自然界水循环理论进行规划设计,大多变成一个几乎无自净功能的基本封闭系统,且其内部结构不合理,加上外来污染物质的输入,以及管理和维护不完善,随着时间的推移必将产生富营养化,最终水体变得腥臭浑浊、后果严重者甚至导致水体发黑、发臭,影响公园水体的水景观赏效果和居民生活环境。公园水体主要存在以下问题:

1.1水体流动性较差

通常公园水体为封闭型或半封闭型的小面积水体。因其与外界大面域水体缺乏连通,使公园水体基本成为一潭死水。由于公园水体面积较小,水面面域有限,不能形成有效的重力流、风致流,水体自身动力条件较差。同时由于受场地限制,在水景设计中公园水体往往出现水体流动性差的死角,死角区域水质易恶化,污染物也易在死角处沉积,成为公园水体的内源污染,并影响整个公园水体的水质。

1.2补水水源水质较差

一般公园水体的水源主要来自三个方面:自然降水、地表水、再生水。部分公园日常补充水量以地表径流汇集为主,而汇集区域公共绿地面积较大,在降雨的淋洗冲刷作用下,绿地的化肥农药和土壤表层污染物随地表径流进入水体中,使得补水水源水质较差。另外,还有部分公园以再生水作为补水水源,由于再生水中营养盐含量较高,这样给水体富营养化提供了物质基础。据调查资料显示,多数以再生水作为公园水体补水水源时,更加加剧了水体的受污染程度。  

1.3外源污染物进入水体

对北京、广州、深圳、珠海、佛山、长沙和武汉等城市公园的调查分析发现公园的水体外源污染主要来自:(1)临近公园水体的餐厅、厕所等产生的生活污水和生活垃圾;(2)公园水边植物的代谢残留物;(3)游人随手丢弃的垃圾杂物、垂钓鱼饵;(4)公园绿地施加的化肥农药;(5)游艇等公园娱乐设施的直接接触污染。

1.4水体生态系统不完善

完整的生态系统是由生产者、消费者、分解者所构成。生产者作为生态系统的能量来源,决定整个生态系统的稳定和发展,系统的稳定性也为水体充分发挥自净能力提供了保证。目前公园水体生态系统不完善主要体现在以下几个方面:其一是公园水体中的水生植物种类比较单一,多数公园水体考虑到防渗问题采用硬质结构,不适合水生动植物和微生物的栖息,使水生生物的生存环境受到很大制约,同时又阻断了水陆生物间的物质和能量交换;其二是部分公园水体为了给游人提供一个很好的与鱼类、水禽等动物亲密接触的机会,专设有游人投喂区,这受到了游客的欢迎。但是目前公园水体中存在鱼类数量过多、种类不宜、投喂无度的现象;其三是公园水体水深较浅,生存环境单一,没有深浅、缓急、曲折之分,使众多水生生物无隐蔽和藏身之处。因此,公园水体难以形成一个完整的、功能健全的、良性的水生态系统。

2、公园水体治理措施及特点

针对以上存在的主要问题,为了从根本上解决公园水体日趋严重的富营养化问题,公园管理部门非常重视,也针对自身情况采取了一定的治理措施,这些措施对改善水体水质,提高水体观赏效果均起到了积极的作用,但单项措施又不可避免地存在一定的局限性,这方面尚待采取新技术,进行进步尝试和探索。目前采用的主要包括物理法、化学法和生物-生态法。

2.1 物理法

(1)外源污染控制

对于存在于公园内的生活污水这样的点源,应排入城市污水处理系统,严禁排入公园水体;对初期雨水经过收集简单处理后再进入公园水体是减少污染源的有效措施之一。目前部分公园就实施了该项工程,采取了堤岸加高、闸板加高、雨水口封堵与初期雨水弃流、循环水泵吸水井、植物生态净化塘等一系列措施,收到了一定的治理效果,但会存在建设和运行成本较高等缺点。

(2)清淤换水

底泥是天然水体中的重要内源污染源,清淤对减少底泥中污染物的释放是十分有效的措施。但对于小水域的公园水体则应根据具体情况因地制宜。需要特别注意的是,清淤会对水底生态系统造成一定破坏,需对底部生态系统进行修复。实践证明这种方法需要投入巨大的人力和物力,其局限性显而易见,不可能经常使用。换水是稀释现有水体中污染物,改善水质的有效方式之一,但是会造成水资源的严重浪费。

(3)水动力循环

水动力循环技术开始逐步用于水体富营养化的控制和水体水质的改善,它可以通过泵、射流或者曝气实现。通过水体循环,可增加水中的溶解氧,使污染物质降解速度加快。动物园和大观园均采取了类似的措施,并取得了一定的治理效果,但运行成本较高。为了真正实现节能减排的目标,将新能源利用和动水技术有效结合的产品应运而生即太阳能动水除藻机,它能够大面积持续性地让水产生上下对流,高效率地起到水体循环、去除藻类、净化水质、激活修复水生态系统的作用。由于设备充分利用太阳能作为能源,所以在治理环境的同时不会给环境带来二次污染。该技术在北京市植物园有应用,治理效果十分显著,治理后三个月内水体中污染物浓度降低20%~50%,水体透明度达到90cm以上,是极具推广使用价值的高科技技术。

2.2 化学法

化学措施主要为杀藻技术和沉淀钝化技术,一般采用投加石灰、硫酸铜、明矾等化学试剂,该方法具有快速、高效去除水中污染物以改善水质的特点,一般在节日期间采用此措施。但由于该方法易受水体环境变化的影响,且化学药剂可能对水生生物具有一定的毒性,对水生生态系统产生不可逆转的破坏作用,进而引发生态系统的二次污染,因此一般不推荐使用,只作为临时应急措施使用。部分公园采用本方法治理水体,从长远效果来看,收效甚微,甚至增加了后期治理的难度。

2.3 生物-生态法

生物-生态法是一种利用特定生物对水体污染物的吸收、转化和降解,达到减少或消除水体污染,恢复水体生态功能的生物措施。生态修复可分为人工修复和自然修复两类。在生态缺损较大的区域,以人工生物修复技术为主开始,促进自然修复进程,最后通过水体生态系统的自我调节能力使其生态系统进入良性循环。目前实施的人工生物修复技术主要有原位生物修复技术和异位生物修复技术,而原位生物修复具有以下明显优势:①维持时间长,一次性投资后只需简单的维护管理即可;②基本不破坏自然环境的条件下,对受污染的水体不作搬运或输送,省去了水体异位处理过程中的动力消耗;③适用于低污染、大面积的受污染水体;因此,对于受污染的公园水体来说,更适宜采用原位生物修复技术。下面主要介绍微生物技术、水生植物技术和生态草技术。

(1)微生物技术

利用微生物的代谢作用在污染的公园水体中投加菌株或筛选驯化的现场菌株,迅速提高污染介质中的微生物浓度,在短期内提高污染物生物降解速率。其中投加的微生物可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。目前较为成熟的投菌技术有CBS技术和EM技术。但是,微生物技术有一定的局限性。尤其投加外来菌种可能造成与土著微生物间的生存竞争,从而影响受污染水体中的水生态系统的平衡。微生物处理技术当前还存在着很大的争议,操作不当易引发生态灾难,因而对该技术的应用应当慎之又慎。

(2)水生植物技术

水生植物的修复对富营养化水体来说具有重大的意义,有助于重建和恢复良好水生态系统等优点,日益受到人们的关注。其净化作用表现在两个方面:①植物的根、茎和叶吸收污染物质;②根、茎、叶表面附着的微生物转化污染物质。水生植物常采用挺水植物、浮水植物和沉水植物等。不同种类的水生植物,其净化功能也存在差异。需要注意的是,目前很多工程设计都侧重于宏观生态系统的构建,以至于出现滥种水草、漫放水生动物,不仅没有达到预期的治理效果,反而出现很多负面问题。例如:①由于水生植物的种植影响了水体的流动及植物对阳光的阻挡,这些阴暗潮湿的死水区域就成了蚊蝇滋生的最好场所;②水生植物系统缺乏适宜的管理措施(不清除枯烂的水草),导致被聚集在植物体内的污染物质重新返回到水体中,造成水体的进步恶化等问题。

(3)生态草技术

目前很多工程多采用水生动、植物的方法来吸收和降解水体中的污染物质。但是,大部分设计都侧重于宏观生态系统的构建,而忽略了微观生态系统。水体中的微生物是水生态平衡的关键环节,重建微生物生态系统对于水体的净化十分重要。生态草技术能够快速搭建水体微观生态系统,衡量不同种类的生态草(生态基)优劣的标准首先是材料的生物附着比表面积,它将直接关系到参与净化水质的微生物量及其活性,从而影响到材料是否具有高效的水质净化功能。其次是生态草材料的生物亲和性和环境安全性,体现为是否能够有助于恢复水体的生物多样性,促进水体恢复健康、稳定的水生态系统,并且对水生态环境不会产生二次污染。

目前能够满足上述特点的生态草材料是碳素纤维生态草,它是用于生态性水处理的高科技材料,已成功应用于世界各地的水体生态环境修复和水污染防治领域。经过已实施的水生态修复工程证明,碳素纤维高效的水质净化和生态修复功能是其他生态基或者水生植物无法比拟的。其优越的性能主要体现为:①碳素纤维生态草依靠其巨大的表面积和生物接触面积快速吸附水中的污浊物质,同时吸引水中的微生物聚集在材料表面加快初期粘合。另外,材料发出的声波促进微生物增殖形成高活性的微生物膜。碳素纤维材料具有良好的弹性,能够随着水体的流动而自然摇摆,进而提高净水作用效率;②碳素纤维生态草具有高度的生物亲和性,在水体中具有“人工鱼巢”的功能,给水生生物提供良好的繁衍栖息地,促进水体生态系统的恢复。经过科学实验观察,其生物卵床功能甚至优于真实水草;③碳素纤维生态草作为“先锋植物”,在重度污染水体或者水环境状况无法满足水生动、植物的生长条件时,尤其是水体透明度无法达到沉水植物所需的生长条件时,可以通过逐步改善水环境为后期水生植物的生长创造有利条件。④碳素纤维具有优良的机械性能(高强度、高弹性)和碳的特征(低密度、低热膨胀率、耐热性、化学稳定性、自身的润滑性)。它实现了水质高效净化和环境零污染的有机结合;⑤碳素纤维生态草技术系统进入成熟稳定期后无需专人进行维护,整个系统的运行管理非常简单方便。与采取水生植物技术相比,省去了诸如水生植物的种植、收割、打捞等环节,这样就大大降低了工程的运行成本。

碳素纤维生态草技术已在苏州市典型的重度污染河道水体生态治理工程中取得了成功的应用,治理前水体生态系统功能丧失,常发生区域性黑臭或藻类爆发等污染事件,治理后水体主要水质指标均达到地表水Ⅳ类标准以上,水体中生物多样性得到有效恢复,自净能力大幅度提高,呈现出水体清澈、鱼虾洄游的河道生态景观。另外,广州市白云湖水质生态治理工程中,碳素纤维生态草技术作为核心技术,确保了城区河涌的补水水源达到景观用水的需求,水体透明度达到120cm以上,五日生化需氧量(BOD)小于10mg/L。海南省三亚市白鹭公园治理前水体COD和无机氮指标均劣于海水水质Ⅳ标准(GB3097-1997),工程采用碳素纤维生态草和太阳能动水除藻综合生态治理措施后,三个月内即取得了显著的治理效果,水体COD和无机氮浓度均达到海水水质Ⅲ标准。

实际应用中为了能够最大程度地发挥碳素纤维生态草的作用效率,宜尽可能避免在某些不利条件下单独使用该技术,诸如:①水体基本或完全静止情况下;②水体中无机颗粒物含量过高情况下;③水体中浮游植物量占绝对优势情况下;

在上述条件下使用时最好配合其他辅助工程措施,以此来提高生态草系统的运行效率,这同样也是同类技术所共同面临的问题。

3 治理建议

3.1 控制外源污染

通过加强统一规划管理,对水体的环境容量进行科学评估,对进入水体的污染物进行严格的监控,通过有效的水体外源污染防治技术,达到消除污染的目的。

3.2 依靠生态技术

发挥生态修复技术的优势,充分利用微生物、动物、植物等生物的生命活动,对水中污染物进行转移、转化及降解作用,从而使水体得到净化,创造适宜多种生物栖息繁衍的环境,恢复并重建水生态系统。提高水体自净能力,增强公园水体的环境承载力。

3.3 加强专业管理

公园水体的水质保持,管理是关键。污染物排放控制、污染物的清理及亲水平台的管理都很重要。因此,加强管理减少水体污染的机会,对保证公园水体的水质起着关键作用。国外许多公园都配备专业的环保人员,物业管理部门可以考虑交由专业的公司托管,通过专业的队伍来对水体周围的环境进行检测,对公园水体进行定期的取样分析,提高我们的“防止”和“防治”公园水体污染的水平。当然,正确的操作、养护规程是必不可少的。

4 结语

城市水生态系统在整个生态城市的构建中占有很重要的地位。俗话说,有水则灵。如果一个城市的水生态系统功能丧失的话,将会影响到整座城市居民的生产和生活。随着我国公园水体污染程度不断加剧,采取有效措施加以治理和管理乃是当务之急。公园水体是一个十分复杂的系统,水体的治理是一个牵涉到污染治理、环境生态和水利水文等多学科的系统工程,必须从水体的功能定位、污染整治的目标和水体生态系统平衡的建立等多方面入手,以维护水体的良性循环和可持续发展,取得良好的环境效益和社会效益。

笔者认为,运用科学的生态修复方法治理城市公园水体,可以提升城市形象和经营城市水平,营造出真正的生态水景,可以说生物-生态修复技术在公园水体治理方面具有广阔的发展空间,尽管它存在一定局限性,却具有投资少、环境安全、永久性消除污染物等其他技术无法比拟的优点。虽然我国各公园水体污染情况不同,但是根据具体条件,采取以生物-生态为核心的多种技术组合方法将成为今后公园水体治理的一条必经之路。我们相信,随着我们工作的进一步深入,不久的将来,呈现在我们周围的会是一处又一处清澈的水景。

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