2.2　城市河流環境修復技術體系

城市河流環境修復技術種類眾多，其技術、經濟特征也各不相同，再加上不同城市河流所處的地區經濟發展階段不同，河流自身水文水質、污染情況各異，使得各種技術措施治理效果、經濟、環境效益也不盡相同。然而目前，城市污染河流環境修復還缺乏較為完善的技術體系，缺少技術比選依據和原則，在很多地方城市環境河流修復工程中，修復技術的選擇和應用比較主觀和盲目。針對不同污染程度的城市河流的環境修復，現階段所釆用的治理技術多注重于某一段河道在某一時期內的治理措施。

因此有必要系統梳理國內外城市河流污染治理的技術及其實踐，形成系統的城市河流修復的技術體系，進而從技術、經濟和社會特征角度出發進行適用技術的篩選，指導城市河流的修復和管理。

2.2.1　城市河流環境修復的技術路線

這里從時間（不同治理修復階段）、空間（異地、原位、旁位）和技術原理角度對城市河流治理技術進行梳理，提出修復城市污染河流的技術路線，如圖2-3所示。

城市污染河流治理和修復是個長期的工作，可以分階段有針對性的進行，一般可分為4個階段。

（1）城市河流水環境特征識別

城市污染河流水環境特征主要是河流水質、水生態狀況和污染物排放特征。首先需要開展河流水文、水質、生態的全面調查，識別城市河流的水生態環境特征，鑒別城市河流水體的重點污染物；同時需要識別出各種類型的污染物排放和處理現狀，確定重點污染源及其排放特征，有針對性地確定修復目標。對于污染源及其類型的準確識別和排放狀況的分析是解決城市河流水環境問題的關鍵。通常應對影響城市水環境質量的污染源按照點源和非點源進行分類，并重點關注由于人為原因已產生或未來規劃要增加的污染源及其負荷。污染源的調查包括河道排污口調查、生活污水污染調查、工業廢水污染調查、固體廢物污染調查、大氣干濕污染沉降調查、地表徑流污染調查、航運污染調查和底泥污染調查等。

（2）外源污染控制與治理

入河外源污染的控制與治理是河流水環境修復之本，包括污染物的源頭減排，集中污水處理，沿河截污工程，分散入河污水的處理，以及城市降雨徑流污染的控制等。入河外源污染的控制與治理的核心就是盡可能多地將污染物削減于進入水體之前，盡可能多地減少入河污染源。鑒于包括產業結構優化、企業清潔生產和循環經濟等在內的污染物源頭減排策略和技術以及城市污水集中處理技術各自自成體系，并且都有相應的研究，本書就不再贅述。入河截污工程是城市河道治理修復工程中的重要組成部分，主要包括污水的收集技術以及截污設施等，現今污水收集的最主要方式還是重力收集，下面章節會介紹污水收集的其他方式，它們可以作為污水重力收集方式的補充；也將對不同的城市河流截污技術進行歸類。對于那些由于各種原因還無法納入集中污水處理廠進行處理的分散入河污水，也需要結合其分散的特點采取適當的技術進行就近處理，或就近回用，或出水返回河道，補給城市河流的生態需水。城市地表降雨徑流污染也已成為城市河流的主要污染源之一，下面章節也將論述基于城市低影響開發LID（low impact development）的城市降雨徑流控制的最佳管理措施BMPs（best management practices）技術。

（3）城市河流水質修復與改善

在城市河流外源污染控制與治理的基礎上，就需要開展城市河流的水質修復和改善。河流水質修復與改善技術總體上按照空間位置分類可分為異地處理（主要是外源污染物的控制與治理，上面已經論述）、旁位處理和原位凈化。河流原位凈化即指在河道本身進行水質修復技術，主要包括內源污染治理、河流結構優化與水動力調控、曝氣復氧技術、生物膜技術、生態浮床、微生物強化技術等。河流的旁位處理是指利用河道旁邊的空間采用不同的水質凈化技術改善河流水質，所用的技術主要包括人工強化快濾技術、化學絮凝技術、旁位生物膜技術以及自然處理法（穩定塘、人工濕地和土地處理）等。河流的原位凈化和旁位處理技術是河流治理與修復的重要途徑，是城市重污染河流治理和修復的必要措施。

（4）河流生態系統的恢復與重構

經過外源污染控制和河流的原位凈化和旁位處理后，污染河流的水質將得到大幅度的改善，水體自凈能力也得到相應的提升。這時應該開展河流自身生態系統的恢復與重構，包括生態河流結構的構造和健康水生生態系統生物鏈的構建。河流生態系統恢復的基本目標是促進生態系統自我維持和陸地、緩沖區與水生態系統間相互聯系的出現，保護河流的生物完整性和生態健康。生態河流結構的構造從橫剖面、縱剖面和平面三個角度進行設計，以自然為軸線，減少人工痕跡，模擬自然河流的形態，通過淺灘、深塘、島嶼、洼地等多種形式，盡量利用現狀植被，并配以濱水帶植物，建成人工的自然生態走廊和動植物適宜的棲息環境，形成自然流動的河流。健康生態鏈的構建是指包括動物、植物和微生物等生物群落為主體的生物鏈的恢復。河流生態系統生物群落的恢復包括水生植物、底棲動物、浮游生物、魚類等的恢復。在河流水體污染得到有效控制以及水質得到改善后，河流生物群落的恢復可通過自然恢復或進行簡單的人工強化，條件合適時可采用人工重建措施。生態河道親水景觀的營造也是這個階段的重要任務，主要結合居民的景觀、文化、休閑、教育等需求，通過親水護岸、親水廣場、親水步道等建設為居民營造一個樂水、近水、戲水的場所。

2.2.2　城市河流水環境修復技術分類

城市河流水環境修復技術種類繁多，不同技術對于不同類型的河流以及不同的污染物類型，其凈化效果也各不相同。從不同分類的角度，各類河流水環境修復技術的分類也不同。在此借鑒國內外城市河流修復經驗，從河流修復的階段性目標出發，總體上將其分為城市河流水質修復技術和城市河流生態系統修復和重構技術。

而城市河流水質修復技術又可從原理出發，分為物理技術、化學技術、微生物技術和生態技術；根據污染河流的處理系統與河流的相對空間關系，可分為河流外源污染控制與治理、河流原位水質凈化、河流水質旁位處理三類。

2.2.2.1　基于技術原理的水質修復技術

城市河流水質修復技術根據處理技術原理的不同，可分為物理技術、化學技術、微生物修復技術和生態修復技術，這也是目前國際上采用最多的河流修復技術分類方法，其體系如圖2-4所示。

物理法主要包括底泥疏浚、底泥覆蓋、截污工程、水動力調控，以及旁位處理中的過濾技術等。物理法治理會對改善河流水質，減輕河流的黑臭，提升城市河流景觀功能起到良好的作用。但是物理法需要建造大型的構筑物或進行相應的工程，費用較高，影響范圍大，如底泥疏浚不當很可能造成二次污染，也受到當地水利、水文條件的限制。

化學法主要是指向污染水體中投加化學藥劑，通過藥劑與污染物質發生化學反應，使水體中的污染物得以去除的一種方法，主要包括強化絮凝、化學氧化和化學沉淀等。所使用的化學藥劑主要有鐵鹽和鋁鹽等混凝劑、過氧化鈣等氧化劑和生石灰等沉淀劑，目的在于去除水中目標污染物懸浮物，提高水體透明度。使用化學法時，要避免其對生態系統的負面影響。

微生物修復技術是利用微生物的生命活動，對水中污染物進行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化。微生物修復技術主要包括投放生物菌種或微生物促生劑、生物膜法和曝氣復氧技術。之所以將曝氣復氧技術歸入微生物修復技術，主要是因為曝氣復氧技術雖然本身是通過物理作用向水體中充氧，應屬于物理技術，但曝氣復氧技術產生的作用是恢復和增強水體中好氧微生物的活力，使水體中的污染物質得以凈化，從而改善河流的水質，主要屬于微生物作用，所以歸入微生物修復技術范疇中。

生態修復技術主要是利用自然處理系統、土地和植物等對水中污染物進行降解和去除，從而使河流水體得到凈化。其主要包括穩定塘技術、人工濕地技術、人工滲濾技術和人工浮島技術。

2.2.2.2　基于空間關系的河道環境修復技術

（1）河道外源污染控制與治理

主要是指在各種水環境污染物產生的源頭進行控制，或者將其收集后進行集中的污水處理，控制污染物的入河，主要包括污水集中處理、工業污染的源頭控制（產業結構優化、企業清潔生產、產業的循環經濟）、污水收集和截污技術、分散入河污水的處理和城市地表徑流污染控制等。

（2）河道原位凈化

污染河流的異地處理方法雖然具有處理效率高、處理水可以回用等優點，但工程建設投資較高，對于污染負荷較輕或水量較小的河流，可以在河道內進行原位凈化。污染物入河后的處理，一般來說所用技術或者為周期性去除水體內源污染的技術（比如底泥疏浚和底泥覆蓋），或者是為提高河流流態的技術（比如河流結構優化與水動力調控），或者為提高水體自凈能力的技術（比如曝氣復氧、生物膜和生態浮床），或者是應急性的技術（比如投加化學藥劑或生物菌劑）。

（3）河道旁位處理

污染河流的原位凈化雖不需要另建管網系統，全部河水在河流內直接處理，但受河流容積的限制，以及水流速度、水力沖刷等因素的影響，一些原位凈化法，如投菌法、生物膜法等往往效果難以持久保持。河流的旁位處理技術是在河岸帶上建設污水處理系統，將河水分流其中進行單獨處理，如建于河岸上的人工濕地處理系統、氧化塘以及多種形式的生物床或生物反應器等。在實際應用中，還可以將各種技術進行改型和改造，或將多種技術進行靈活組合，凈化后的水再返回河流，以達到高效低耗凈化河水的目的。這種旁路處理法介于異地處理法和原位凈化法之間，既可保證污染河水得到充分有效的處理，保障河流原有各功能的作用，又不必興建大規模的管網。旁路處理法起著人工強化河岸帶的作用，是目前受污染河流治理中值得關注的一條新思路，歐洲、美國等發達國家和地區一直非常重視河岸帶的生態緩沖作用。

河流水的原位凈化或旁路處理法，適用于主要外源已經截除，現狀受污染相對較輕的河流。而以中國目前的國情，尤其是在污水收集、污染源控制等方面存在突出問題的地區，大量缺乏必要處理的各種類型污水被混合排放進入城市河流，使河流遭受嚴重污染。污染河流水的水質一般介于生活污水與工業廢水之間，所以一些生活污水的處理工藝和工業廢水的處理技術都可以經過適當改造后用于河流水質的原位和旁位處理中，但這些技術都必須具備處理效果良好、運行維護方便、不影響河岸邊環境和居民生活、造價適當、運行經濟可靠等優勢。

2.2.2.3　河流環境修復技術矩陣

將城市河流水污染治理與環境修復技術按原理和空間的兩種分類方式按矩陣的形式進行排列，詳見表2-4。