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user: 4. 讨论 4.1. 治理前官河生态系统处于崩溃状态，水体失去了自净能力 治理前官河水体虽然处于开放流动状态，但由于有机污染物极度污染，使水体溶解氧消耗殆尽，且全水体水质状况基本一致，均处于黑臭状态。检测结果(表1)表明，治理前扬州官河极度缺氧，基本处于无氧状态。8月14日2号与3号两个抽样检测点溶氧量只有0.12 mg/L和0.13 mg/L，即表明8月14日前官河水体基本无溶解氧。在此溶氧水平下，该水体中除厌氧菌外的一切生物都无法生存。据观察，治理前河道中间地段基本没有发现鱼类、虾类、蛙类等各类水产动物，也未发现水蚯蚓、螺类、蚌类等底栖型水生动物，连红虫(枝角类)和水生昆虫等其他水生动物也未发现，也未发现水生植物和浮游生物。仅水体南部与北部涵闸闸门附近偶有少数鱼类出现。即使之前负责该河段污染治理的单位种植的浮床植物(茭草)，在高浓度H 2 S等有毒有害物质作用下，根部发黑腐烂，虽勉强生存，但已停止生长。因此，官河黑臭水体治理前生态系统已经崩溃，几乎没有任何生物能够生存，水体完全失去了水质自我净化能力。 4.2. “生态活水”能全方位迅速恢复黑臭水体溶解氧，为生物回归打牢基础 溶解氧是水生生物生存的基本前提，无论是水生动物，还是水生植物，都离不开溶解氧。即便微生物，除了少数厌氧菌，在无氧情况下也无法生存。因此，恢复水体溶解氧是恢复水体生态系统的关键。黑臭水体缺氧的根源是水体底部沉积了大量有机污染物(黑臭淤泥)，成为水体亟待偿还的“氧债”。即便更换新水带入少量溶解氧，在夜晚和阴雨后水体实现了上下交流，导致水体仅存的少量溶解氧在短时间内消耗殆尽。而且，一般化学增氧和机械增氧仅能恢复水体中上层溶解氧，难以恢复底层溶解氧。因此，黑臭水体生态系统恢复的关键在于偿还水体和水底淤泥中长期累积的“氧债” [ 5 ] 。“生态活水”主要通过机械增氧与机械活水相结合的方法，并适当配合生物和化学改底，全面偿还水体“氧债”，全方位恢复水体溶解氧，尤其是恢复水体底部溶解氧。官河水体3号抽样检测点通过活水机和水车增氧机结合治水，后期溶解氧高达5.61 mg/L。说明活水机和增氧机配合使用能加速恢复水体溶解氧 [ 11 ] 。 黑臭水体最大的污染源是黑臭底泥，黑臭底泥中含有大量有机污染物，是水体主要耗氧源。夏季暴雨和夜晚凉风会使表层水迅猛降温冷缩，带动底层沉积的黑臭底泥泛起，使底泥中有机污染物向水体的二次释放，已成了河湖水体黑臭持续的重要因素 [ 12 ] ，并使黑臭水体中本以匮乏的溶解氧在短时间内消耗殆尽。因此，恢复黑臭水体溶解氧的关键在于尽快消除黑臭底泥中大量累积的“氧债”。由于“气”、“水”比重的巨大差距，因此决定了“水往低处流，气往高处走”，一般机械增氧和生物增氧方法只能增加水体上层的溶解氧 [ 13 ] ，无法解决黑臭水体底层缺氧问题，更无法去除大量沉积在黑臭底泥中的“氧债”。“生态活水”方法通过活水机持续不断地将一般增氧机或生物光合作用产生的溶解氧运送到水体底层和底泥表层，加速消减底泥表层积蓄的大量“氧债” [ 5 ] 。同时，还结合具有强烈氧化作用的生化改底，迅速恢复水底溶解氧并使底泥表面的有机污染物加速氧化还原，形成一定厚度的氧化还原层，阻止表层淤泥之下污染物向水中扩散，这是水体恢复溶解氧的关键措施。建立了表层氧化还原层的淤泥才能附生好氧有益菌，从而提高底泥净化有机污染物的能力。经“生态活水”技术治理后的水体溶解氧迅速恢复，并维持在较高水平。扬州大学跟踪检测结果表明，“生态活水”治理后的黑臭水体溶氧均能维持在2 mg/L以上，其中水体下游活水机与水车增氧机联合治理点——3号点，8月24日溶解氧高达5.61mg/L。9月8日上午9：30检测的溶氧量平均达3.82 mg/L，如下午16：00前后检测，溶氧量应在6~8 mg/L以上。 4.3. “生态活水”治水的核心是恢复和提高好氧有益菌等微生物组成的水体生态系统， 并维持稳定 以水生生物为载体的水体能量转换和物质循环，是水域生态系统的主要功能和本质特征。在水域生态系统中，水是水生生物群落的载体，为水生动物、植物、微生物提供了生存环境。多样化的水生生物与水域中多因子的非生物环境一起，构成了持续进行能量转换和物质循环的水域生态系统。水体多样化生物之间及其与水体中有机、无机环境因子之间既相互对抗、相互冲突，又相互利用、相互依赖，构成了运动发展中的水域生态系统。多样化水生生物的新陈代谢推动了水域生态系统中能量转换和物质转化，带动了投入到水体中各类有机物或由“食物→污染物→营养物”等生物化学过程，或由“污染物→营养物→食物”等生物化学过程，实现循环转化利用，使生态系统或由“自我污染”到“自我净化”，或由“自我净化”到“自我污染”的循环往复中，维持了水体生态系统的稳定与提升，形成了水体相对稳定的自然净化机制 [ 14 ] 。因此，维持水体生物多样性，保持水体营养(食物)链完整性，才能保障水体自我净化能力的稳定性。 黑臭水体因缺氧使以H 2 S为代表的有毒有害物质大量增加，让各类水生生物失去了生存条件，恢复溶解氧是促进各类水生生物回归的基本前提。同时，必须快速完善水域生态系统的主要生物组成，包括水生动物、植物、微生物等三类水生生物。而好氧有益菌是水体生态系统实现物质循环和能量转换的核心。以好氧有益菌为代表的微生物既是物质循环的终点：在水体中各类水生生物都会产生排泄物并伴随死亡，成为水体中废弃污染物，为好氧有益菌生活提供原(食)料；同时，又是物质循环的起点：好氧有益菌带动水体中氧化还原反应时，将有机污染物降解为无机营养盐，又为水生植物(主要是浮游植物)光合作用形成初级生产力提供原料。在溶解氧充足的条件下，好氧有益菌通过分泌产生多种催化酶，加速生物大分子的氧化分解，没有好氧有益菌的参与，生物大分子的氧化分解效率将大幅度降低。因此，在水域生态系统中，好氧有益菌发挥着“既承前启后，又继往开来”的关键核心作用 [ 15 ] 。这里必须指出的是，好氧有益菌必须达到较高密度(浓度)才能发挥作用，因此，只能利用人工培育的高浓度、高活力好氧有益菌，才能形成黑臭水体有机污染物快速降解能力，从而消除黑臭现象。至于组成生态系统的浮游植物、浮游动物、底栖动物和鱼类等水生生物，在水质良好的前提下，通过适当引水便能建立完整的水体生态系统，形成持久高效的污染水体净化能力。 4.4. “生态活水”具有稳定完整的生态系统，形成了高效率的污染净化能力 天然水体生态系统都具有较好的自然净化能力。但是，在春、夏、秋三季晴日，由于阳光增温作用和水的热胀冷缩特点，形成“温跃层”和“热阻力”，水体上下层之间缺少垂直交流。所以，上述三个季节的晴日白天，天然水体仅在中上层水体对污染物有净化能力。而在污染严重的水体，夜晚和阴雨天气形成的上下层垂直交流，往往会因为长期积累在水底的有机污染物(“氧债”)爆发性耗氧(偿还)，使水体溶解氧归零，造成所有生物死亡，原有生态系统崩溃，使水体失去了污染净化的能力。“生态活水”一方面持续稳定进行水体全方位交流，尤其是垂直交流，使水体全方位维持一定溶解氧含量，保证了全水体中各类生物的生存，尤其是好氧有益菌和浮游植物等微生物的生存，进而促进了水体中其他水生生物新陈代谢，带动了水体中能量转换和物质循环，具有稳定高效生态系统。水体中形成的稳定高效生态系统，又能保障水体溶解氧的稳定供给，促进了水体中好氧有益菌对有机污染物的快速降解，加速水中H 2 S、CH 4 和NO 2 - 等有毒有害物质的转化和消除，避免“氧债”累积。据在试验初期(8月13日到8月17日官河两头闸站完全关闭)观察，“‘生态活水’官河黑臭水体试验”的次日(8月15日)，官河水体颜色便由浑浊黑黄色转变为浅绿色，第三天便转变为碧绿色，而成为“绿水”，即具有丰富有益菌和浮浮植物等水生生物组成的“生态活水”；官河水体生态系统恢复后，展现了极强的污染物净化能力(可惜仅检测了氨氮)。表明水体已经基本建立了由有益菌、浮游植物和浮游动物组成的完整生态系统。在本试验中期(8月20~22日)，1号点和2号点附近虽然连续大量排放黑臭污水，且在排污口附近呈现黑色或黑黄色。但官河大部分水面仍然“碧波荡漾”，维持了生态系统的稳定性，保持了“绿水”(生态活水)所具有的强大污染净化能力。1号采样点(主要排污口)，仅两天时间不到(8月22日下午到8月24日上午)水中总氮便由11.19 mg/L下降到9.61 mg/L，降低1.58 mg/L，下降14.12%；总磷由0.72 mg/L降低到0.56 mg/L，下降了22.2%；COD由15.54 mg/L降低到11.68 mg/L，下降24.84%。在试验结束后的9月8日，氨氮含量平均为0.71 mg/L，比8月14日降低了94.9%；化学耗氧量(COD Mn )平均为6.06 mg/L，比8月22日的58.5%，并且全部水质全面达到了国家地表水III类水的标准，即国家饮用水水源水质标准，这在国内黑臭水体治理中尚未见报道。 上述检测结果与我们在水产养殖中应用“活水”技术调控水质的结果高度一致，在短时间内迅速降低了COD、 NO 2 − 和 NH 4 + 等水质污染指标 [ 16 ] 。浙江省海洋水产研究所等单位“耕水机在日本囊对虾高位池养殖中的应用”表明，“活水”养殖塘无机磷含量波动在0.011~0.075 mg/L区间，水车式增氧机对照塘无机磷含量波动在0.006~0.238 mg/L区间，活水塘比对照塘低64.8%。试验塘和对照塘氨氮含量最高值分别为0.059和0.203 mg/L，活水塘比对照塘低64.8%。试验还发现，试验塘沉积淤泥(有机物积累层)厚度为10.6 cm，比对照塘15.2 cm减少4.6 cm。“活水”使有机物彻底氧化还原，淤泥颜色清淡无臭味；对照塘淤泥颜色深黑，腥臭味重 [ 16 ] 。海南省水产技术推广站“耕水机在花鳗池塘养殖中的应用试验”证明，利用“活水”养殖花鳗，水中COD (化学需氧量)下降到20 mg/L以下，BOD (生化需氧量)下降到6 mg/L以下，有效改善了水质 [ 17 ] 。该站“耕水机在罗非鱼精养池塘的应用”结果表明，“活水”养殖降低了水体悬浮物、氨氮和亚硝酸盐含量：试验塘悬浮物含量40.78 mg/L，比对照下降了24.30 g/L，下降37.3%；试验塘氨氮含量0.3722 mg/L，比对照下降了0.2418 mg/L，下降39.4%；试验塘亚硝酸盐含量0.0340 mg/L，比对照下降了0.0718 mg/L，下降67.9% [ 18 ] 。另外，辽宁、安徽、云南和江苏等地开展的“活水”养殖试验水质检测结果也得出了同样的结论 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] 。 黑臭水体持续净化的最重要前提是水中稳定的溶解氧供给。“绿水”即生态活水，具有稳定的生态系统，形成了稳定的供氧能力。扬州官河转化为“生态活水”后，溶氧迅速恢复，从初期接近于0 (0.12 mg/L、0.13 mg/L和1.84 mg/L)稳步提升，尤其是3号采样点，8月22日为3.84 mg/L，8月24日上午即达到5.61 mg/L (见图3)，全面恢复了水体光合作用供氧能力，保障了水体生态系统的稳定和对污染物的高效降解。尽管8月26日最后一期使用了微生态制剂，8月29日全部拆除所有活水机和水车增氧机。但直到9月8日，由于在此期间官河没有新的大量污水排放，整个官河水体始终保维持“一池碧水”，河边浅水区清澈见底，透明度高达透明度平均为60.7 cm。由于周围水体水质差、溶氧量低，大量周围水体的活鱼游到了官河水面，从进入9月开始，每天都有6~8名钓鱼爱好者在官河两岸钓鱼，钓到了鲤鱼、鲫鱼等常见鱼类，仅水体南首和南二桥局部水面附近漂浮少量蓝藻。 据观察，试验期间官河水体曾出现数次红虫(枝角类)繁殖高峰，呈现云片状漂浮在沿岸浅水区。一次出现在8月17日，一次出现在8月27日。出现的区域为安装活水机的沿岸水域，主要是活水机使大量沉积在水底的有机物运送到上层，为有益菌和枝角类提供了重要的营养源。出现高峰的时间都是在施用微生态制剂后2~3天时间，有益菌大量繁殖为红虫提供了丰富的适口优质饵料。均衡的溶氧和丰富的营养为红虫和其他浮游动植物大量繁殖创造了有利条件，带动其他水生生物的恢复，也为鱼类准备了大量饵料。在试验的第四天，便在水体中出现了鱼类；9月8日已有钓鱼爱好者在官河钓到了鲤鱼。黑臭水体已由初步形成的生态系统，逐步向生物多样性生态系统发展。本次试验中，通过在黑臭水体中以超高浓度施用好气性有益菌、(好气厌气)兼性有益菌、喜光性有益菌等多种有益菌，在活水机和水车增氧机的带动下，使黑臭水体中有机污染物全面快速降解。兼性有益菌在水中溶解氧欠丰条件下都能发挥降解作用，并且在晴天溶解氧丰富的条件下释放CO 2 ，改善水中碳氮比，为植物光合作用补充提供原料，提高水体生态效率 [ 23 ] 。喜光性有益菌分布于水体表层，与蓝藻形成竞争关系，能有效抑制蓝藻暴发 [ 24 ] [ 25 ] 。另外，水生植物能吸收水体中的氮、磷等营养元素，而减少水体中总氮、总磷含量，并且水生植物的化感作用对抑制蓝藻暴发也有重要作用 [ 26 ] ，其技术关键是如何选择能高效吸收水体营养盐和快速吸附水体悬浮物的水生植物品种。 图3. “生态活水”治理扬州官河黑臭水体溶氧跟踪检测结果