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2013-03-11

無水不成園,無論是在中國,還是在西方國家,無論是現代園林還是古典園林,水景都占有舉足輕重的地位。“水”是公園的眼睛,公園因為有了水才顯有靈性,更有情趣。城市公園水體具有重要而特殊的景觀價值,可以美化城市環境,同時還具有承載水體循環、改善小氣候、有效調節城市生态環境和解決城市熱島效應等作用,具有生态價值和實用功能價值。然而,近年類由于人類活動的影響,加上缺乏統一規劃、管理不善和維護改造資金不足等因素,全國93%的公園水體都受到不同程度的污染。水體黑臭及富營養化現象比較突出,嚴重影響到城市公園的美感,妨礙我國整體園林水平的提高,導緻人居環境品味的下降,進而影響整個生态城市的構建。因此,如何把這些水體建成生态、清潔、無污染型景觀公園已成為人們關注的話題。

1、公園水體存在的問題

一般公園水體建設初衷都是為了創造一個優美的生态景觀,為居民提供一個親水、休閑場所,但大部分并沒有按自然界水循環理論進行規劃設計,大多變成一個幾乎無自淨功能的基本封閉系統,且其内部結構不合理,加上外來污染物質的輸入,以及管理和維護不完善,随着時間的推移必将産生富營養化,最終水體變得腥臭渾濁、後果嚴重者甚至導緻水體發黑、發臭,影響公園水體的水景觀賞效果和居民生活環境。公園水體主要存在以下問題:

1.1水體流動性較差

通常公園水體為封閉型或半封閉型的小面積水體。因其與外界大面域水體缺乏連通,使公園水體基本成為一潭死水。由于公園水體面積較小,水面面域有限,不能形成有效的重力流、風緻流,水體自身動力條件較差。同時由于受場地限制,在水景設計中公園水體往往出現水體流動性差的死角,死角區域水質易惡化,污染物也易在死角處沉積,成為公園水體的内源污染,并影響整個公園水體的水質。

1.2補水水源水質較差

一般公園水體的水源主要來自三個方面:自然降水、地表水、再生水。部分公園日常補充水量以地表徑流彙集為主,而彙集區域公共綠地面積較大,在降雨的淋洗沖刷作用下,綠地的化肥農藥和土壤表層污染物随地表徑流進入水體中,使得補水水源水質較差。另外,還有部分公園以再生水作為補水水源,由于再生水中營養鹽含量較高,這樣給水體富營養化提供了物質基礎。據調查資料顯示,多數以再生水作為公園水體補水水源時,更加加劇了水體的受污染程度。  

1.3外源污染物進入水體

對北京、廣州、深圳、珠海、佛山、長沙和武漢等城市公園的調查分析發現公園的水體外源污染主要來自:(1)臨近公園水體的餐廳、廁所等産生的生活污水和生活垃圾;(2)公園水邊植物的代謝殘留物;(3)遊人随手丢棄的垃圾雜物、垂釣魚餌;(4)公園綠地施加的化肥農藥;(5)遊艇等公園娛樂設施的直接接觸污染。

1.4水體生态系統不完善

完整的生态系統是由生産者、消費者、分解者所構成。生産者作為生态系統的能量來源,決定整個生态系統的穩定和發展,系統的穩定性也為水體充分發揮自淨能力提供了保證。目前公園水體生态系統不完善主要體現在以下幾個方面:其一是公園水體中的水生植物種類比較單一,多數公園水體考慮到防滲問題采用硬質結構,不适合水生動植物和微生物的栖息,使水生生物的生存環境受到很大制約,同時又阻斷了水陸生物間的物質和能量交換;其二是部分公園水體為了給遊人提供一個很好的與魚類、水禽等動物親密接觸的機會,專設有遊人投喂區,這受到了遊客的歡迎。但是目前公園水體中存在魚類數量過多、種類不宜、投喂無度的現象;其三是公園水體水深較淺,生存環境單一,沒有深淺、緩急、曲折之分,使衆多水生生物無隐蔽和藏身之處。因此,公園水體難以形成一個完整的、功能健全的、良性的水生态系統。

2、公園水體治理措施及特點

針對以上存在的主要問題,為了從根本上解決公園水體日趨嚴重的富營養化問題,公園管理部門非常重視,也針對自身情況采取了一定的治理措施,這些措施對改善水體水質,提高水體觀賞效果均起到了積極的作用,但單項措施又不可避免地存在一定的局限性,這方面尚待采取新技術,進行進步嘗試和探索。目前采用的主要包括物理法、化學法和生物-生态法。

2.1 物理法

(1)外源污染控制

對于存在于公園内的生活污水這樣的點源,應排入城市污水處理系統,嚴禁排入公園水體;對初期雨水經過收集簡單處理後再進入公園水體是減少污染源的有效措施之一。目前部分公園就實施了該項工程,采取了堤岸加高、閘闆加高、雨水口封堵與初期雨水棄流、循環水泵吸水井、植物生态淨化塘等一系列措施,收到了一定的治理效果,但會存在建設和運行成本較高等缺點。

(2)清淤換水

底泥是天然水體中的重要内源污染源,清淤對減少底泥中污染物的釋放是十分有效的措施。但對于小水域的公園水體則應根據具體情況因地制宜。需要特别注意的是,清淤會對水底生态系統造成一定破壞,需對底部生态系統進行修複。實踐證明這種方法需要投入巨大的人力和物力,其局限性顯而易見,不可能經常使用。換水是稀釋現有水體中污染物,改善水質的有效方式之一,但是會造成水資源的嚴重浪費。

(3)水動力循環

水動力循環技術開始逐步用于水體富營養化的控制和水體水質的改善,它可以通過泵、射流或者曝氣實現。通過水體循環,可增加水中的溶解氧,使污染物質降解速度加快。動物園和大觀園均采取了類似的措施,并取得了一定的治理效果,但運行成本較高。為了真正實現節能減排的目标,将新能源利用和動水技術有效結合的産品應運而生即太陽能動水除藻機,它能夠大面積持續性地讓水産生上下對流,高效率地起到水體循環、去除藻類、淨化水質、激活修複水生态系統的作用。由于設備充分利用太陽能作為能源,所以在治理環境的同時不會給環境帶來二次污染。該技術在北京市植物園有應用,治理效果十分顯著,治理後三個月内水體中污染物濃度降低20%~50%,水體透明度達到90cm以上,是極具推廣使用價值的高科技技術。

2.2 化學法

化學措施主要為殺藻技術和沉澱鈍化技術,一般采用投加石灰、硫酸銅、明礬等化學試劑,該方法具有快速、高效去除水中污染物以改善水質的特點,一般在節日期間采用此措施。但由于該方法易受水體環境變化的影響,且化學藥劑可能對水生生物具有一定的毒性,對水生生态系統産生不可逆轉的破壞作用,進而引發生态系統的二次污染,因此一般不推薦使用,隻作為臨時應急措施使用。部分公園采用本方法治理水體,從長遠效果來看,收效甚微,甚至增加了後期治理的難度。

2.3 生物-生态法

生物-生态法是一種利用特定生物對水體污染物的吸收、轉化和降解,達到減少或消除水體污染,恢複水體生态功能的生物措施。生态修複可分為人工修複和自然修複兩類。在生态缺損較大的區域,以人工生物修複技術為主開始,促進自然修複進程,最後通過水體生态系統的自我調節能力使其生态系統進入良性循環。目前實施的人工生物修複技術主要有原位生物修複技術和異位生物修複技術,而原位生物修複具有以下明顯優勢:①維持時間長,一次性投資後隻需簡單的維護管理即可;②基本不破壞自然環境的條件下,對受污染的水體不作搬運或輸送,省去了水體異位處理過程中的動力消耗;③适用于低污染、大面積的受污染水體;因此,對于受污染的公園水體來說,更适宜采用原位生物修複技術。下面主要介紹微生物技術、水生植物技術和生态草技術。

(1)微生物技術

利用微生物的代謝作用在污染的公園水體中投加菌株或篩選馴化的現場菌株,迅速提高污染介質中的微生物濃度,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為土著微生物、外來微生物和基因工程菌。目前較為成熟的投菌技術有CBS技術和EM技術。但是,微生物技術有一定的局限性。尤其投加外來菌種可能造成與土著微生物間的生存競争,從而影響受污染水體中的水生态系統的平衡。微生物處理技術當前還存在着很大的争議,操作不當易引發生态災難,因而對該技術的應用應當慎之又慎。

(2)水生植物技術

水生植物的修複對富營養化水體來說具有重大的意義,有助于重建和恢複良好水生态系統等優點,日益受到人們的關注。其淨化作用表現在兩個方面:①植物的根、莖和葉吸收污染物質;②根、莖、葉表面附着的微生物轉化污染物質。水生植物常采用挺水植物、浮水植物和沉水植物等。不同種類的水生植物,其淨化功能也存在差異。需要注意的是,目前很多工程設計都側重于宏觀生态系統的構建,以至于出現濫種水草、漫放水生動物,不僅沒有達到預期的治理效果,反而出現很多負面問題。例如:①由于水生植物的種植影響了水體的流動及植物對陽光的阻擋,這些陰暗潮濕的死水區域就成了蚊蠅滋生的最好場所;②水生植物系統缺乏适宜的管理措施(不清除枯爛的水草),導緻被聚集在植物體内的污染物質重新返回到水體中,造成水體的進步惡化等問題。

(3)生态草技術

目前很多工程多采用水生動、植物的方法來吸收和降解水體中的污染物質。但是,大部分設計都側重于宏觀生态系統的構建,而忽略了微觀生态系統。水體中的微生物是水生态平衡的關鍵環節,重建微生物生态系統對于水體的淨化十分重要。生态草技術能夠快速搭建水體微觀生态系統,衡量不同種類的生态草(生态基)優劣的标準首先是材料的生物附着比表面積,它将直接關系到參與淨化水質的微生物量及其活性,從而影響到材料是否具有高效的水質淨化功能。其次是生态草材料的生物親和性和環境安全性,體現為是否能夠有助于恢複水體的生物多樣性,促進水體恢複健康、穩定的水生态系統,并且對水生态環境不會産生二次污染。

目前能夠滿足上述特點的生态草材料是碳素纖維生态草,它是用于生态性水處理的高科技材料,已成功應用于世界各地的水體生态環境修複和水污染防治領域。經過已實施的水生态修複工程證明,碳素纖維高效的水質淨化和生态修複功能是其他生态基或者水生植物無法比拟的。其優越的性能主要體現為:①碳素纖維生态草依靠其巨大的表面積和生物接觸面積快速吸附水中的污濁物質,同時吸引水中的微生物聚集在材料表面加快初期粘合。另外,材料發出的聲波促進微生物增殖形成高活性的微生物膜。碳素纖維材料具有良好的彈性,能夠随着水體的流動而自然搖擺,進而提高淨水作用效率;②碳素纖維生态草具有高度的生物親和性,在水體中具有“人工魚巢”的功能,給水生生物提供良好的繁衍栖息地,促進水體生态系統的恢複。經過科學實驗觀察,其生物卵床功能甚至優于真實水草;③碳素纖維生态草作為“先鋒植物”,在重度污染水體或者水環境狀況無法滿足水生動、植物的生長條件時,尤其是水體透明度無法達到沉水植物所需的生長條件時,可以通過逐步改善水環境為後期水生植物的生長創造有利條件。④碳素纖維具有優良的機械性能(高強度、高彈性)和碳的特征(低密度、低熱膨脹率、耐熱性、化學穩定性、自身的潤滑性)。它實現了水質高效淨化和環境零污染的有機結合;⑤碳素纖維生态草技術系統進入成熟穩定期後無需專人進行維護,整個系統的運行管理非常簡單方便。與采取水生植物技術相比,省去了諸如水生植物的種植、收割、打撈等環節,這樣就大大降低了工程的運行成本。

碳素纖維生态草技術已在蘇州市典型的重度污染河道水體生态治理工程中取得了成功的應用,治理前水體生态系統功能喪失,常發生區域性黑臭或藻類爆發等污染事件,治理後水體主要水質指标均達到地表水Ⅳ類标準以上,水體中生物多樣性得到有效恢複,自淨能力大幅度提高,呈現出水體清澈、魚蝦洄遊的河道生态景觀。另外,廣州市白雲湖水質生态治理工程中,碳素纖維生态草技術作為核心技術,确保了城區河湧的補水水源達到景觀用水的需求,水體透明度達到120cm以上,五日生化需氧量(BOD)小于10mg/L。海南省三亞市白鹭公園治理前水體COD和無機氮指标均劣于海水水質Ⅳ标準(GB3097-1997),工程采用碳素纖維生态草和太陽能動水除藻綜合生态治理措施後,三個月内即取得了顯著的治理效果,水體COD和無機氮濃度均達到海水水質Ⅲ标準。

實際應用中為了能夠最大程度地發揮碳素纖維生态草的作用效率,宜盡可能避免在某些不利條件下單獨使用該技術,諸如:①水體基本或完全靜止情況下;②水體中無機顆粒物含量過高情況下;③水體中浮遊植物量占絕對優勢情況下;

在上述條件下使用時最好配合其他輔助工程措施,以此來提高生态草系統的運行效率,這同樣也是同類技術所共同面臨的問題。

3 治理建議

3.1 控制外源污染

通過加強統一規劃管理,對水體的環境容量進行科學評估,對進入水體的污染物進行嚴格的監控,通過有效的水體外源污染防治技術,達到消除污染的目的。

3.2 依靠生态技術

發揮生态修複技術的優勢,充分利用微生物、動物、植物等生物的生命活動,對水中污染物進行轉移、轉化及降解作用,從而使水體得到淨化,創造适宜多種生物栖息繁衍的環境,恢複并重建水生态系統。提高水體自淨能力,增強公園水體的環境承載力。

3.3 加強專業管理

公園水體的水質保持,管理是關鍵。污染物排放控制、污染物的清理及親水平台的管理都很重要。因此,加強管理減少水體污染的機會,對保證公園水體的水質起着關鍵作用。國外許多公園都配備專業的環保人員,物業管理部門可以考慮交由專業的公司托管,通過專業的隊伍來對水體周圍的環境進行檢測,對公園水體進行定期的取樣分析,提高我們的“防止”和“防治”公園水體污染的水平。當然,正确的操作、養護規程是必不可少的。

4 結語

城市水生态系統在整個生态城市的構建中占有很重要的地位。俗話說,有水則靈。如果一個城市的水生态系統功能喪失的話,将會影響到整座城市居民的生産和生活。随着我國公園水體污染程度不斷加劇,采取有效措施加以治理和管理乃是當務之急。公園水體是一個十分複雜的系統,水體的治理是一個牽涉到污染治理、環境生态和水利水文等多學科的系統工程,必須從水體的功能定位、污染整治的目标和水體生态系統平衡的建立等多方面入手,以維護水體的良性循環和可持續發展,取得良好的環境效益和社會效益。

筆者認為,運用科學的生态修複方法治理城市公園水體,可以提升城市形象和經營城市水平,營造出真正的生态水景,可以說生物-生态修複技術在公園水體治理方面具有廣闊的發展空間,盡管它存在一定局限性,卻具有投資少、環境安全、永久性消除污染物等其他技術無法比拟的優點。雖然我國各公園水體污染情況不同,但是根據具體條件,采取以生物-生态為核心的多種技術組合方法将成為今後公園水體治理的一條必經之路。我們相信,随着我們工作的進一步深入,不久的将來,呈現在我們周圍的會是一處又一處清澈的水景。

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