2.2　城市河流环境修复技术体系

城市河流环境修复技术种类众多，其技术、经济特征也各不相同，再加上不同城市河流所处的地区经济发展阶段不同，河流自身水文水质、污染情况各异，使得各种技术措施治理效果、经济、环境效益也不尽相同。然而目前，城市污染河流环境修复还缺乏较为完善的技术体系，缺少技术比选依据和原则，在很多地方城市环境河流修复工程中，修复技术的选择和应用比较主观和盲目。针对不同污染程度的城市河流的环境修复，现阶段所釆用的治理技术多注重于某一段河道在某一时期内的治理措施。

因此有必要系统梳理国内外城市河流污染治理的技术及其实践，形成系统的城市河流修复的技术体系，进而从技术、经济和社会特征角度出发进行适用技术的筛选，指导城市河流的修复和管理。

2.2.1　城市河流环境修复的技术路线

这里从时间（不同治理修复阶段）、空间（异地、原位、旁位）和技术原理角度对城市河流治理技术进行梳理，提出修复城市污染河流的技术路线，如图2-3所示。

城市污染河流治理和修复是个长期的工作，可以分阶段有针对性的进行，一般可分为4个阶段。

（1）城市河流水环境特征识别

城市污染河流水环境特征主要是河流水质、水生态状况和污染物排放特征。首先需要开展河流水文、水质、生态的全面调查，识别城市河流的水生态环境特征，鉴别城市河流水体的重点污染物；同时需要识别出各种类型的污染物排放和处理现状，确定重点污染源及其排放特征，有针对性地确定修复目标。对于污染源及其类型的准确识别和排放状况的分析是解决城市河流水环境问题的关键。通常应对影响城市水环境质量的污染源按照点源和非点源进行分类，并重点关注由于人为原因已产生或未来规划要增加的污染源及其负荷。污染源的调查包括河道排污口调查、生活污水污染调查、工业废水污染调查、固体废物污染调查、大气干湿污染沉降调查、地表径流污染调查、航运污染调查和底泥污染调查等。

（2）外源污染控制与治理

入河外源污染的控制与治理是河流水环境修复之本，包括污染物的源头减排，集中污水处理，沿河截污工程，分散入河污水的处理，以及城市降雨径流污染的控制等。入河外源污染的控制与治理的核心就是尽可能多地将污染物削减于进入水体之前，尽可能多地减少入河污染源。鉴于包括产业结构优化、企业清洁生产和循环经济等在内的污染物源头减排策略和技术以及城市污水集中处理技术各自自成体系，并且都有相应的研究，本书就不再赘述。入河截污工程是城市河道治理修复工程中的重要组成部分，主要包括污水的收集技术以及截污设施等，现今污水收集的最主要方式还是重力收集，下面章节会介绍污水收集的其他方式，它们可以作为污水重力收集方式的补充；也将对不同的城市河流截污技术进行归类。对于那些由于各种原因还无法纳入集中污水处理厂进行处理的分散入河污水，也需要结合其分散的特点采取适当的技术进行就近处理，或就近回用，或出水返回河道，补给城市河流的生态需水。城市地表降雨径流污染也已成为城市河流的主要污染源之一，下面章节也将论述基于城市低影响开发LID（low impact development）的城市降雨径流控制的最佳管理措施BMPs（best management practices）技术。

（3）城市河流水质修复与改善

在城市河流外源污染控制与治理的基础上，就需要开展城市河流的水质修复和改善。河流水质修复与改善技术总体上按照空间位置分类可分为异地处理（主要是外源污染物的控制与治理，上面已经论述）、旁位处理和原位净化。河流原位净化即指在河道本身进行水质修复技术，主要包括内源污染治理、河流结构优化与水动力调控、曝气复氧技术、生物膜技术、生态浮床、微生物强化技术等。河流的旁位处理是指利用河道旁边的空间采用不同的水质净化技术改善河流水质，所用的技术主要包括人工强化快滤技术、化学絮凝技术、旁位生物膜技术以及自然处理法（稳定塘、人工湿地和土地处理）等。河流的原位净化和旁位处理技术是河流治理与修复的重要途径，是城市重污染河流治理和修复的必要措施。

（4）河流生态系统的恢复与重构

经过外源污染控制和河流的原位净化和旁位处理后，污染河流的水质将得到大幅度的改善，水体自净能力也得到相应的提升。这时应该开展河流自身生态系统的恢复与重构，包括生态河流结构的构造和健康水生生态系统生物链的构建。河流生态系统恢复的基本目标是促进生态系统自我维持和陆地、缓冲区与水生态系统间相互联系的出现，保护河流的生物完整性和生态健康。生态河流结构的构造从横剖面、纵剖面和平面三个角度进行设计，以自然为轴线，减少人工痕迹，模拟自然河流的形态，通过浅滩、深塘、岛屿、洼地等多种形式，尽量利用现状植被，并配以滨水带植物，建成人工的自然生态走廊和动植物适宜的栖息环境，形成自然流动的河流。健康生态链的构建是指包括动物、植物和微生物等生物群落为主体的生物链的恢复。河流生态系统生物群落的恢复包括水生植物、底栖动物、浮游生物、鱼类等的恢复。在河流水体污染得到有效控制以及水质得到改善后，河流生物群落的恢复可通过自然恢复或进行简单的人工强化，条件合适时可采用人工重建措施。生态河道亲水景观的营造也是这个阶段的重要任务，主要结合居民的景观、文化、休闲、教育等需求，通过亲水护岸、亲水广场、亲水步道等建设为居民营造一个乐水、近水、戏水的场所。

2.2.2　城市河流水环境修复技术分类

城市河流水环境修复技术种类繁多，不同技术对于不同类型的河流以及不同的污染物类型，其净化效果也各不相同。从不同分类的角度，各类河流水环境修复技术的分类也不同。在此借鉴国内外城市河流修复经验，从河流修复的阶段性目标出发，总体上将其分为城市河流水质修复技术和城市河流生态系统修复和重构技术。

而城市河流水质修复技术又可从原理出发，分为物理技术、化学技术、微生物技术和生态技术；根据污染河流的处理系统与河流的相对空间关系，可分为河流外源污染控制与治理、河流原位水质净化、河流水质旁位处理三类。

2.2.2.1　基于技术原理的水质修复技术

城市河流水质修复技术根据处理技术原理的不同，可分为物理技术、化学技术、微生物修复技术和生态修复技术，这也是目前国际上采用最多的河流修复技术分类方法，其体系如图2-4所示。

物理法主要包括底泥疏浚、底泥覆盖、截污工程、水动力调控，以及旁位处理中的过滤技术等。物理法治理会对改善河流水质，减轻河流的黑臭，提升城市河流景观功能起到良好的作用。但是物理法需要建造大型的构筑物或进行相应的工程，费用较高，影响范围大，如底泥疏浚不当很可能造成二次污染，也受到当地水利、水文条件的限制。

化学法主要是指向污染水体中投加化学药剂，通过药剂与污染物质发生化学反应，使水体中的污染物得以去除的一种方法，主要包括强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等。所使用的化学药剂主要有铁盐和铝盐等混凝剂、过氧化钙等氧化剂和生石灰等沉淀剂，目的在于去除水中目标污染物悬浮物，提高水体透明度。使用化学法时，要避免其对生态系统的负面影响。

微生物修复技术是利用微生物的生命活动，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。微生物修复技术主要包括投放生物菌种或微生物促生剂、生物膜法和曝气复氧技术。之所以将曝气复氧技术归入微生物修复技术，主要是因为曝气复氧技术虽然本身是通过物理作用向水体中充氧，应属于物理技术，但曝气复氧技术产生的作用是恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得以净化，从而改善河流的水质，主要属于微生物作用，所以归入微生物修复技术范畴中。

生态修复技术主要是利用自然处理系统、土地和植物等对水中污染物进行降解和去除，从而使河流水体得到净化。其主要包括稳定塘技术、人工湿地技术、人工渗滤技术和人工浮岛技术。

2.2.2.2　基于空间关系的河道环境修复技术

（1）河道外源污染控制与治理

主要是指在各种水环境污染物产生的源头进行控制，或者将其收集后进行集中的污水处理，控制污染物的入河，主要包括污水集中处理、工业污染的源头控制（产业结构优化、企业清洁生产、产业的循环经济）、污水收集和截污技术、分散入河污水的处理和城市地表径流污染控制等。

（2）河道原位净化

污染河流的异地处理方法虽然具有处理效率高、处理水可以回用等优点，但工程建设投资较高，对于污染负荷较轻或水量较小的河流，可以在河道内进行原位净化。污染物入河后的处理，一般来说所用技术或者为周期性去除水体内源污染的技术（比如底泥疏浚和底泥覆盖），或者是为提高河流流态的技术（比如河流结构优化与水动力调控），或者为提高水体自净能力的技术（比如曝气复氧、生物膜和生态浮床），或者是应急性的技术（比如投加化学药剂或生物菌剂）。

（3）河道旁位处理

污染河流的原位净化虽不需要另建管网系统，全部河水在河流内直接处理，但受河流容积的限制，以及水流速度、水力冲刷等因素的影响，一些原位净化法，如投菌法、生物膜法等往往效果难以持久保持。河流的旁位处理技术是在河岸带上建设污水处理系统，将河水分流其中进行单独处理，如建于河岸上的人工湿地处理系统、氧化塘以及多种形式的生物床或生物反应器等。在实际应用中，还可以将各种技术进行改型和改造，或将多种技术进行灵活组合，净化后的水再返回河流，以达到高效低耗净化河水的目的。这种旁路处理法介于异地处理法和原位净化法之间，既可保证污染河水得到充分有效的处理，保障河流原有各功能的作用，又不必兴建大规模的管网。旁路处理法起着人工强化河岸带的作用，是目前受污染河流治理中值得关注的一条新思路，欧洲、美国等发达国家和地区一直非常重视河岸带的生态缓冲作用。

河流水的原位净化或旁路处理法，适用于主要外源已经截除，现状受污染相对较轻的河流。而以中国目前的国情，尤其是在污水收集、污染源控制等方面存在突出问题的地区，大量缺乏必要处理的各种类型污水被混合排放进入城市河流，使河流遭受严重污染。污染河流水的水质一般介于生活污水与工业废水之间，所以一些生活污水的处理工艺和工业废水的处理技术都可以经过适当改造后用于河流水质的原位和旁位处理中，但这些技术都必须具备处理效果良好、运行维护方便、不影响河岸边环境和居民生活、造价适当、运行经济可靠等优势。

2.2.2.3　河流环境修复技术矩阵

将城市河流水污染治理与环境修复技术按原理和空间的两种分类方式按矩阵的形式进行排列，详见表2-4。