前 言

海滩再创造的价值空间是无限的，它能为大众提；供一个可供休闲度假的好去处，同时，它也能为各种有机体的生存提供一个良好的空间。可是，在当今的某些发达国家，其沿海区域正在受到富营养化的损害，海坡水生环境正在呈迅速恶化趋势。基于此，如果我们想要创建一个健康、舒适的海洋环境，则有必要去从事大规模的梅水净化工作。

为了获得使海水得以净化的目的，过去一般所能采取的措施只是被动地去遏制污染源，其中包括废物排放系统和清淤等。由于规模和成本的原因，所采取的各种措施只得通过长期的实践才能达到目的。

另有一种旨在使大而积的海水少受污染，且花费不多又能直接达到净化海水的方法。据信，人们可通过有效利用海洋本身所固有的净化功能就能达到净化海水的目的。

最近，日本科研人员发明一种直接净化海水的方法，该方法利用自然海水净化功能，即在沿海区域的受污染海水通过堤坝孔隙流人堤内而达到海水净化目的。该方法的自然动能来自于潮长潮落和海浪的起伏。

利用堤坝进行海水净化的系统略述

沿海受到污染的海水通过毛石堤坝被部分地隔离开来。然后，受污染海水在潮汐和海浪的作用下，通过堤坝孔隙由外向内利用自然净化功能而受到直接净化。堤坝内风平浪静且清洁的海水可作为一种再创造空间，或作为一处用于创造海水生态系统的地方。这里所指的创造空间系指该区城可用作海滨浴场、人造潮间地、人造环状珊瑚岛、养鱼和养贝场、钓鱼他和清洁海水的水闸门。

表1所示内容为有助于海水净化的因素。该系统的物理化学过程包括，悬浮物会附着于毛石表面，并能在平静海水区城中沉淀下来。最近，净化工艺正在紧密地与生物学工艺联系在一起，形成一种相互间的影响作用。

在沿海地区，人们会经常看见某些细菌和海藻粘结到毛石表面，这些便是被专家称之的生物膜。海水之所以能得到自然净化，正是因为有了这层生物膜的缘故，因为海水中的某些悬浮物会经常被粘结到生物膜表面。另外，粘结到毛石上的微生物还具有氧化和分解有机物的作用，例如通过硝化、脱氮和脱氨，大型无柄生物体，如壳菜属类和藤壶属类则具有吸吮和过滤诸如浮游植物等的悬浮物，由此使海水得以净化；而那些被粘在生物膜上的剩余有机物则会成为寄生于毛石上的蛤蜊，多毛纲环节动物和蜗牛，采螺以及与生物膜生长在一起的其它壳体类动物的美餐。据认为，这些工艺过程具有充当活性剂的作用，因为它不仅能使海水得到净化，而且还能降低沉积物的累积。

通过这种方法，海水中大量的污染物因受到降解而在不断地减少，这时的海水必然会变得清澈起来。

设施试验验证海水净化效果

现场试验设施

1993年7月，在日本MIKIKAWA内湾沿海区建造了一座试验性设施，所采用的工程材料是直径20~30厘米的碎石，作为净化堤坝的芯材。堤坝上端宽度及高度均为5米，堤坝是沿着海滩水平敷设的。在远离面向海洋一侧的三个方向上，将钢板桩打人海底中去，使之形成一个前端深6米，侧部深10米的海面。海水只能通过净化堤在此区域流进或流出，泥浆被沉积在所在海域的底部。当堤坝建成以后，在堤内水域进行过深达20 cm的清漩工作，然后再覆盖上30~40 cm的沙子。

一年期试验结果

试验是从1993年7月到1994年11月进行的，研究人员在堤内区域，沿堤坝周围、钢板桩以及靠近试验设施附近（堤外区域）分别进行过海水透明度、水温、溶解氧浓度的测量。在海水表层约0~50 cm的区域所采集的海水是为了分析悬浮物的浓度、化学氧量和叶绿素的浓度。采集这些数据的时间为每周3~5天，每天两次。

抽吸试验过程及对水量效果的估计

本次试验始于1994年8~11月至1995年6~10月。在堤内海域最靠近钢板桩附近约1米处安装有喷射泵（1个设备单元为0.5 m³/min，4个设备单元为1 m³/min）。在这些泵上均接有挠性软管，并连接到钢板桩后端，用于将堤内海水排到堤外，进行水量变化。

为了能使上层海水和下层海水均等地得到排放，特在内堤海底区安装了一个通风管。通过柔和的通风，使海水得到搅拌。这些抽吸条件相当于在长潮1米的情况下，在30~20米处堤外侧流入的海水量。在堤内和堤外侧一个固定地点上，从上午9点到下午3点钟，研究人员分别采集了上层海水（0~50 cm海水表面）和下层海水（50~100 cm底部海水层）的水样，并分析了海水的浊度和叶绿素浓度（叶绿素和叶褐素的混合物量）。在喷射泵安装一至二天后，且在实施测量之前，研究人员特别对堤内外海域的海水量进行过观察。

一年研究结果

基本特性

研究人员发现，直到1993年8月初，堤内外海水的颜色均呈棕色，两处海水的透明度也没有太大的区别。到了1993年8月中旬，也就是毛石堤坝建成后的40多天，堤内海水的透明度开始有了变化。从此，研究人员发现，有生物体粘结在毛石表面，从而它便成了一种呈棕颜色的滤芯材料。这种现象表明，生物膜包括毛石在净化海水方面做出了极大的贡献。悬浮物和净化效率

在整个夏季，堤外海水年透明度的波动区间在0.5~2.0 m。而堤内的透明度则达到2米以上。从秋天到冬天，堤外水的清洁程度虽有所改善，但仍比不上堤内的清澈水质。

从1993年8月中旬以来，当净化效率达到认可程度后，除遇台风或海水含氧量不足的季节外，堤内海水的SS浓度约保持5 mg/l以下状态。自1993年9月以来，SS浓度月平均值为6~9 mg/l，而这时正值7、8和9月，堤外海水温度达到25℃以上。另一方而，在堤内海水区域的这些数量保持在1/4 mg/l的水平。当月平均温度从12月至3月下降10℃时，堤外海水区域的SS浓度也下降至2~4 mg/l、研究人员注意到，堤内海水也有相同的现象发生，在此区域的SS浓度也下降1至2 mg/l。堤内外海水区域的SS浓度月平均值的比率是，在7、8和9月份时为0.2~0.5，从12月至3月份时为0.5。

叶绿素a占悬浮物重量百分比的0.05~1.4%，比浮游植物中叶绿素重量百分比0.5~1.2%的范围要大。但是，其它与台风有关的数据，经采样发现其中的悬浮物浓度会达到5 mg/l，叶绿素重量百分比为0.5~1.0%，显示与其它所记录的数据相一致。除发生特别情况，如台风，当海水受到严重污染时，其悬浮物的主要成份为浮游生物。尽管这里未作图示，一般情况下，堤内海水区域中的叶绿素的浓度低于50%以下，比堤外的要低。

CODMn净化效率

通过对堤内与堤外海水之间的CODMn浓度的比较显示，自93年8月中旬以后，净化效果得以显现，悬浮物浓度开始下降，海水变得清澈起来，但同时堤内外海水的清澈程度也开始出现了差别。

93年9月以后，堤内海水的CODMn月平均值为2~8 mg/l，堤内外海水月平均值比率为0.5~0.8。水溶成份的CODMn月平均值分别为，堤内海水为1~6 mg/l，堤内为1~4 mg/l，而堤内外海水的浓度比为0.7~0.9。上述发现显示，水溶CODMn得到了净化，但CODMn净化效果则极大地依赖于悬浮物的结构成份。

磷和氮的净化效率

在多次试验中均显示，海水中的磷和氮总浓度：堤内的低于堤外的。如先前的试验一样，对悬浮物的净化效率证明是十分有效。另一方面，堤内外海水中所被溶解了的成份浓度没有明显的区别。

当堤内的海水被泵出堤外以后，堤外海水渗向堤坝内的速度增大了。这样堤坝内海水中叶绿素的浓度便低于堤坝外的了，这便是净化的效果。叶绿素空间载荷的计算是在试验期间，通过每天9 AM到3 PM所测得的叶绿素的平均浓度乘以通过堤坝海水的数量获得的，叶绿素移动速率是通过堤坝内外海水间的浓度差获得的。当容量载荷保持在10/15 mg/m³/hr时，浓度与移动带率间的某种关系即被视为所移动负荷的70%。

用于替代毛石的废旧砼材料的利用

在进行毛石堤坝建设过程中使用砼废旧材料被认为是有效的。但从中所遇到问题是，当将这些砼投入大海中去以后，其废旧砼材料中的碱性物质便会渗入到海洋中去。不过，就其建设堤坝的可适用性，以及解决碱性物渗透的方法均在试验室中得以确认。

试验材料

利用颚式破碎机将试件砸碎，使其破碎成直径为5~20 mm的试件（平均1.25 cm），并按表2中所列方法进行处理试验。

试验方法

在室温环境下，将预处理过的试件浸入海水中。随后便可测量海水的pH值的年表变化情况。且试件与海水间的数量平衡完全按照堤坝实际大小所需的毛石表面与单位海水容量比的数值所进行试验的。

表2试验方法

处理：

（a）没有处理

（b）在自来水中浸洗

（c）在自来水中浸洗，放置2周。

（d）在自来水中浸洗，放置5周。

试验结果

堤坝中被处理海水的滞留时间给予了适当的考虑，并在几个小时内，通过测量海水PH，结果显示呈上升趋势。在（a）和（b）中，由于砼毛石未经空气干燥处理，在3个小时过后，海水的PH达9.5以上，待5~6小时后，PH上升至10。而经过空气干燥处理过的（c）和（d）的砼毛石料，经处理后，研究人员发现，阻止了PH上升，降低了对海水的影响。

结 论

通过在MIKIKAWA海湾沿海利用毛石护坡建造的试验设施是可行的。经长期研究发现，海水质量得以改善的情况如下：

护坡建造40天后，堤内海水的透明度明显好于护堤外海水的透明度。堤内海水区域的透明可见度达2 m以上，且悬浮物浓度低于5 mg/l以下。

护堤外海水区域的月平均悬浮物浓度为2~9 mg/l，而堤内的则只有1~3 mg/l。

净化效果如CODMn，净化效果会随着悬浮物成份和溶解物成份的不同而有所不同。

即使是在高海水负荷状态下，其SS和叶绿素的去除效果性能也是很高的。

本试验中所考虑的利用废旧砼材料作为毛石替代品是可行的，也是适用的。新碾碎的废旧砼料据发现能够得以很明显地漂洗出碱性成份。但这种材料在清洗后，放置一段时间后，其碱性物成份再次被浸出的效果就会受到抑制，且对海水的净化程度就会明显地降低。利用废旧砼材料建造净化护坡能极大地起到净化海水的作用，且还能够创造出一种除护坡堤结构本身所具有的价值外，还会创造出一种良好的海水环境。

 [Science & Technology In Japan，1999年3月3日]