河湖是一個開放的水環(huán)境，由于水生動植物的缺乏，河湖水體的自凈能力非常低下，即使進(jìn)行了徹底的截污和清淤，地表徑流、雨水(因大氣污染)仍會把有機(jī)污染物帶入水中，水體的自然蒸發(fā)也使得水體中N、P等污染物不斷累積。時間一久，河湖中又重新堆積有機(jī)污泥，水體透明度下降，溶解氧降低，水體水質(zhì)重新惡化。因此，我國目前所采取的傳統(tǒng)河湖水體治理方法，污染容易復(fù)發(fā)，維持時間短，往往需要重復(fù)治理，耗資巨大，是治標(biāo)不治本的短期治理措施。
為了擺脫河湖治理高投入低效益的現(xiàn)狀，使我國的河流湖泊較快走出污染困境。我們根據(jù)國際先進(jìn)的河湖治理理念，采用生態(tài)節(jié)能的治理技術(shù)，對污染河湖水域進(jìn)行原位直接凈化。通過水體原位直接凈化，能極大地增強(qiáng)河湖的自凈能力，消滅臭氣、氧化淤泥，防止污染的復(fù)發(fā)，達(dá)到生態(tài)自然凈化、長效凈化的效果。
我們實施的河湖水體原位生態(tài)凈化技術(shù)，主要有立體人工水草技術(shù)、超大流量微氣泡充氧技術(shù)和太陽能動力技術(shù)等三方面的先進(jìn)技術(shù)組成。
一、立體人工水草技術(shù)
立體人工水草的種植(布放)，主要是為了重建水體生態(tài)，提高水體的自凈能力，凡是污染嚴(yán)重的河流、湖泊、池塘都缺乏水生植物。污染水體透明度差，水草難于維持正常光合作用，最后水草全部絕跡，附著在水草上生長繁殖的藻類、菌類等微生物也失去了載體，無法吸收分解水中污染物，水體徹底喪失了自凈能力。因此，對于水生植物難于生長的水體，要提高水體的自凈能力，只能采用人工水草，先為最耐污染的藻菌類提供載體，提高水體透明度，才能逐步重建水生植被和水體自然生態(tài)。
我們研發(fā)的立體人工水草采用具有親水、吸附、耐老化性能的高分子材料制成，形態(tài)逼真，在河湖水域里像沉水水草一樣，豎立“生長”在水體里，為水體微生物提供巨大的附載增殖空間。
這種立體人工水草主要有以下一些優(yōu)點：
1、形態(tài)美觀，放在水里不影響水體景觀，附生藻菌類后很像天然水草;
2、枝葉舒展，立體狀態(tài)，總表面積大，可以附載更多的藻菌類微生物;
3、規(guī)格品種多，可以適應(yīng)不同深度的各種水體，且不影響觀賞、行船等水體使用功能;
4、價格低廉，使用方便，使用壽命長，組成材料可回收利用。
立體人工水草是一種原位水質(zhì)生態(tài)改善技術(shù)。立體人工水草的生產(chǎn)、布放及維護(hù)都很簡單，可以實現(xiàn)免維護(hù)。布放后不需要再額外追加維護(hù)管理費用，一次布放，長期使用，壽命長達(dá)十幾年，非常簡單、實用?？蓮V泛應(yīng)用于河流、湖泊、池塘等各類污染水體。
通過試驗表明，在富營養(yǎng)水體中布放立體人工水草后，為藻菌類提供了空間巨大的附生載體，水質(zhì)改善效果顯著，見效時間短。布放立體人工水草三十天左右，水體透明度顯著增加，水體葉綠素水平明顯降低，水體景觀質(zhì)量得到明顯改善，水體自凈能力逐步提高。三個月以后，可以觀察到部分水生植物會附著生長，魚類等水生動物也會把立體人工水草作為棲息采卵的場所。水體自然生態(tài)得以逐步恢復(fù)。
立體人工水草的發(fā)明，為我國河湖水體的生態(tài)自然凈化、長效凈化，探索出了一條新路子。
二、超大流量微氣泡充氧技術(shù)
部分污染嚴(yán)重的河湖水體有機(jī)污染物超標(biāo)、溶解氧不足，厭氧分解產(chǎn)生的臭氣和黑液造成水體發(fā)黑發(fā)臭。這類河湖水域在布放人工水草的同時還需對水體進(jìn)行曝氣充氧。把河湖水域作為天然的接觸氧化處理池，把立體人工水草作為微生物填料，采用超大流量微氣泡充氧技術(shù)驅(qū)動龐大的河湖水體循環(huán)并高效曝氣，滿足生物接觸氧化的特征要求，實現(xiàn)水域的好氧凈化環(huán)境。
我們的超大流量微氣泡充氧曝氣機(jī)，是在美國的專利機(jī)芯基礎(chǔ)上，進(jìn)行加工開發(fā)的適合在河湖水體應(yīng)用的充氧曝氣設(shè)備。低耗能、高效率，功率僅370瓦到1100瓦，能在水中營造龐大的循環(huán)水流，用很小的耗能就能將龐大的河湖水體推動。并能把空氣在半真空的情況下壓縮成大量的0.25mm直徑的無壓微泡，氣泡不會增大，基本不上浮，微氣泡可在水中維持長達(dá)10小時之久，與水的接觸面積極大，溶氧率極高。在設(shè)定的水深處制造大量微氣泡，通過動力散布到水中各個角落，氧利用率可達(dá) 85%-95% 。耗電量小。在同樣輸出功率情況下，相對傳統(tǒng)設(shè)備效率高得多，節(jié)能效果明顯。由于其特殊的設(shè)計，設(shè)備可長年運行，無故障，無需維修保養(yǎng)，體積小巧，重量輕，運行時水面水下無噪音，安裝使用方便，無需大量基建投入。由于該設(shè)備靈巧緊湊、效率高、移動方便，當(dāng)河道水景突發(fā)污染事件時，還可用作緊急充氧設(shè)備。
微氣泡充氧曝氣機(jī)的使用，可以迅速增加水中含氧量，迅速分解水中的各種有機(jī)顆粒，使之變?yōu)楦〉奈⒘?，有利于進(jìn)一步的生化分解，并可大量減少污泥的沉淀。同時微氣泡又可以大幅度提高氧氣的供應(yīng)量，使水體中產(chǎn)生大量的有益生物菌種，明顯提高生化處理能力。好氧情況下BOD去除率達(dá)95%以上，其余指標(biāo)亦因此相應(yīng)降低。用充氧法使水中有益生物菌種大量繁殖并分解污水中的有機(jī)物，見效快、效果好，節(jié)能節(jié)資，是符合環(huán)保節(jié)能的好方法。
三、太陽能動力技術(shù)
河湖水域一般離電源較遠(yuǎn)，接駁市電不僅很不方便，而且浪費能源，運行成本高,不符合環(huán)保節(jié)能的原則。在污染比較嚴(yán)重，需要動力源驅(qū)動曝氣充氧的地方，我們一般采用太陽能作為動力。由于我們的微氣泡充氧曝氣機(jī)單機(jī)功率僅550瓦，能耗低，效率高，為太陽能應(yīng)用提供了方便。
在比較空曠的地方，沿河岸每隔一段距離，我們設(shè)一套“雙軸追日立桿太陽能電池板”，向微氣泡充氧曝氣機(jī)供電。在房屋比較密集的地方，我們把太陽能電池板架設(shè)在屋頂上，通過電纜向微氣泡充氧曝氣機(jī)供電。采用太陽能動力，不消耗礦石能源，不污染環(huán)境，一次性投資，理論壽命長達(dá)二十年，是生態(tài)治污、長效治污的重要措施之一。
四、一點建議
湖泊水體的污染，除了自身水域范圍內(nèi)的水體自然蒸發(fā)濃縮、地表徑流和雨水(因大氣污染)造成的污染外，最主要的污染來源于注水入湖的眾多河道。如果能夠減少這些河道給湖泊帶來的污染，則湖泊水體的污染將至少減少60%以上。
因此我們建議河湖水系的管理部門，如果這些河道的下游缺少水生植物，河水自凈能力差，則可以在河道入湖口以上的200-300米以內(nèi)種植(布放)立體人工水草(一般不需要充氧曝氣)。使參與自我凈化的微生物大量附著到立體人工水草上生長繁殖，讓立體人工水草的慣性沖撞、屏蔽、過濾等物理作用和微生物的吸附、分解、增殖、氧化等生化作用有機(jī)的結(jié)合在一起，發(fā)揮綜合性作用。使河水在進(jìn)入湖泊前就得到原位直接凈化，從而減少河水污染物對湖泊水體的污染。
五、單位水域生態(tài)凈化投資參考
以長1千米，寬15米，平均水深2.5米的河段為例，若感官上水體污染嚴(yán)重，水體發(fā)黑、發(fā)臭，能見度接近為零，則說明水中溶解氧消耗殆盡，基本處于厭氧狀態(tài)，需要對水體進(jìn)行曝氣充氧。
在選取治理河段的上下游與非治理河段的分界處，我們采取20-30米范圍內(nèi)立體人工水草密集布放，形成生物過濾分隔帶，對分隔帶內(nèi)的1千米河段進(jìn)行河水原位生態(tài)凈化。
對這樣的河段，所需原位生態(tài)凈化工程投資直接費，我們做了一個估算，供投資管理部門參考：
若河水有一定的流速，溶解氧在2mg/L以上，水體能見度達(dá)到10cm以上，則不一定需要進(jìn)行動力充氧曝氣，單獨布放立體人工水草，也能收到較好的效果。
待水體生態(tài)修復(fù)以后，如果沒有大量的污水進(jìn)入河道，太陽能和充氧設(shè)備可以部分移到別處使用。立體人工水草也可以減少密度，部分人工水草可以提出水面，放到其他水域中使用。
如果僅需短時間曝氣充氧，現(xiàn)場距離市電又不是太遠(yuǎn)，也可以采用市電作為動力，這樣一次性投資可以減少一些。
六、水體原位生態(tài)凈化和其他方法的比較分析
河湖水體原位生態(tài)凈化方法和傳統(tǒng)方法相比，一次性投資差距不大，但是對比水體治理的時間效果和水體生態(tài)的修復(fù)效果差距卻比較大。
1、清淤，只能作為水體凈化的前期工程，需要和調(diào)水、配水相結(jié)合。但是調(diào)水、配水只是將污染水體從一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)域，是污染水體的自身循環(huán)，無法從根本上解決問題。而且這種方法維持時間短，污染容易復(fù)發(fā)，往往需要重復(fù)頻繁實施。
2、生態(tài)濕地修復(fù)，生態(tài)濕地具有降解污染物，凈化水質(zhì)的功能。但是生態(tài)濕地要求面積大，凈化效率低。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城區(qū)不具備建造大型生態(tài)濕地的條件，而且對于重污染水源無法治理，甚至?xí)股鷳B(tài)濕地遭受破壞，植物死亡產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)，釋放到水體中，會造成更嚴(yán)重的水體污染。
3、投放微生物和復(fù)合酶，開始投放時效果比較明顯，但是如果沒有像立體人工水草這樣的微生物載體配合，效果的維持時間會很短，需要反復(fù)投放。而且投放的外來微生物不利于土著微生物的生長繁殖，不利于水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和建立。
4、人工浮島技術(shù)。人工浮島具有植物根系附著生物多、水生植物能直接吸收N、P，對日光具有遮蔽效果，能抑制植物性浮游藻類，提高水體的透明度等。但是浮島水生植物生長期短，有很強(qiáng)的季節(jié)性。每年都需要清理、復(fù)種，比較麻煩。水生植物的枯敗枝葉如不及時清除，不僅影響景觀，而且污染水體。
和上述四種方法相比，水體原位生態(tài)凈化方法具有以下明顯的優(yōu)勢：
1、維持時效長，一次性投資，今后十多年基本不需要再投資，只需簡單的維護(hù)管理就行;
2、水體生態(tài)修復(fù)利用的是天然存在的土著微生物，通過大量增值的微生物的生命活動，把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，逐步恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水體的自凈功能。
3、不受季節(jié)更替的影響，春夏秋冬一樣發(fā)揮作用。不會因為水生植物死亡腐爛，造成更嚴(yán)重的水體污染。+
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