重慶寶圣湖水體富營養(yǎng)化綜合治理方案研究

王曉雪，王毓丹，鐘成華，陳 龍

（1.重慶工商大學(xué)，重慶400067；2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶400020）

城市湖泊是我國水環(huán)境污染的重災(zāi)區(qū)，據(jù)我國5個城市湖泊近年來的水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測分析結(jié)果，只有北京昆明湖水質(zhì)為Ⅲ類，其它4個湖泊（南京玄武湖、杭州西湖、武漢東湖和濟(jì)南大明湖）均為劣V類水質(zhì)，主要污染指標(biāo)是總氮和總磷［1－2］。據(jù)統(tǒng)計，我國主要湖泊處于因氮磷污染而導(dǎo)致富營養(yǎng)化的占統(tǒng)計湖泊的56%［3］。我國自六五期間就不斷加大對污染嚴(yán)重水域的集中整治，但迄今為止還并未實(shí)現(xiàn)水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的完全恢復(fù)。國內(nèi)外實(shí)踐證明單一的治理技術(shù)對污染水體的治理效果很不理想，本文介紹了對重慶寶圣湖水環(huán)境綜合治理的措施。

1 寶圣湖概況

寶圣湖（又名兩河口水庫），位于渝北區(qū)回興鎮(zhèn)街道辦事處境內(nèi)，屬于長江水系一小支流。該工程于1980年竣工，水庫積水面積5km2，河床長度2.8 km，平均水深為5m。水庫總庫容為250萬m3，正常水位375.968m，正常庫容156萬m3，可灌溉面積13 238畝，是渝北區(qū)最大的城區(qū)湖泊。寶圣湖蓄水量常年變化不大，補(bǔ)給水源主要靠城市地面雨水徑流的流入，水位通過溢洪道進(jìn)行調(diào)節(jié)，是一座以防洪為主兼顧景觀用水的綜合性水庫。近年來，由于環(huán)寶圣湖周邊的大量開發(fā)，特別是受高密度人口及其高強(qiáng)度活動的影響，寶圣湖水體富營氧化現(xiàn)象極為嚴(yán)重。

根據(jù)渝北區(qū)環(huán)保局及重慶市環(huán)境監(jiān)測中心提供的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，寶圣湖2008年4月、2009年3月及2010年1月部分水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果及評價如下表所示。

表1 寶圣湖水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表

監(jiān)測結(jié)果表明，寶圣湖水質(zhì)長期處于劣V類狀態(tài)，主要超標(biāo)指標(biāo)為TN、TP、CODCr，其中TN、TP的濃度已大大超出了湖泊發(fā)生富營養(yǎng)化的濃度。因此，對于寶圣湖水體的污染治理及修復(fù)已迫在眉睫。

2 寶圣湖污染成因分析

根據(jù)寶圣湖污染現(xiàn)狀調(diào)查，歸納起來造成寶圣湖污染的原因主要分為內(nèi)、外因兩個方面。

分析其污染的內(nèi)因是流速緩，水環(huán)境容量小，其補(bǔ)水水源僅是汛期的混合雨水及再生水（即經(jīng)過一定處理后的生活污水），水位通過溢洪道進(jìn)行調(diào)節(jié)，換水也微乎其微，湖水基本可視為死水，加之從未清淤湖底，湖底平均淤泥約0.5m厚，雨水經(jīng)管道進(jìn)入湖后，將湖底淤泥沖起，經(jīng)陽光照射后，加重水體污染。

外因一方面是由于寶圣湖受周邊高密度人口及其高強(qiáng)度活動的影響，周邊小區(qū)滲排、漏排進(jìn)入寶圣湖補(bǔ)水系統(tǒng)的雨水管道，污水由此間接入湖。另一方面是城市尤其是中心城區(qū)不透水下墊面（屋面、路面等）的污染物比例都很高，人類活動產(chǎn)生的大量污染物集聚在這些下墊面上，經(jīng)大氣降水及其徑流沖刷并快速進(jìn)入城市湖泊［2］。據(jù)有關(guān)研究報道，城市河湖納污負(fù)荷中大氣濕沉降約占5%～10%［4］。對于城市中心城區(qū)的地面雨水徑流的營養(yǎng)物質(zhì)，如TP、NH3－和COD的濃度均已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了地表水Ⅴ類的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［5］，由此，作為補(bǔ)水的雨水也變成了污染源，因此針對寶圣湖兼具徑流調(diào)蓄功能，控制匯水區(qū)的污染治理十分重要。

3 寶圣湖綜合治理措施

城市湖泊富營養(yǎng)化的治理應(yīng)遵循就地處理、分層處理原則，有效利用系統(tǒng)中每一個可用的水單元。根據(jù)寶圣湖具體地理特性、污染狀況及投資效益情況，對其采取綜合治理措施，從污染源控制和湖區(qū)治理兩方面進(jìn)行，整個整治工程可概括為污水截流工程、雨水凈化工程、生態(tài)清淤工程、湖水復(fù)氧工程、底層排水工程、湖區(qū)的生態(tài)治理工程及后期監(jiān)管措施六部分。本著治理措施與管理措施并重的原則，實(shí)行點(diǎn)源污染治理和面源控制相結(jié)合，常規(guī)手段和生態(tài)治理手段相配套。

3.1 污染源控制

生活污水和生產(chǎn)廢水集中排放是造成城市湖泊污染的最直接原因，由于所排放污染物的種類特性、濃度和排放時間相對穩(wěn)定，污染物集中在很小的范圍內(nèi)高強(qiáng)度排放，所以其對局部水域的影響較大［6］。因此需減少或者截斷這類污水的排入，將湖泊內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的總量降到自然環(huán)境所能支持的范圍內(nèi)。寶圣湖污染源控制的工程性措施主要包括污水截流工程、排水口綜合治理工程及綠化護(hù)坡工程，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)源污染治理和面源控制相結(jié)合的綜合治理。

點(diǎn)源控制措施：①實(shí)施污水截流工程 ，將流量較大的9個污水排放口的污水完全截流。②對于局部量小、分散且難于集中處理的污染源排口采用生態(tài)綜合治理措施。在排污口附近（未被硬化區(qū)域）建立生態(tài)濾溝，種植濕生型植物如香根草、風(fēng)車草、美人蕉等3 000m2，利用植物的持留作用及其與根區(qū)微生物共生作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)來吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，以達(dá)到凈化入湖污水的目的。③在寶圣湖主要補(bǔ)水水源（再生水）入口處建立兩個梯級植物凈化床，單個面積800m2，將污水從兩側(cè)引向植物凈化床，將截流后的污水輸送至植物凈化床，經(jīng)凈化后補(bǔ)充水體。

面源控制措施：④實(shí)施綠化護(hù)坡工程，對寶圣湖周邊近岸裸露土質(zhì)的坡地進(jìn)行植被的補(bǔ)充和強(qiáng)化，擴(kuò)大沿岸植被面積，加強(qiáng)坡地的水土保持作用，有效地隔離和控制入湖污染物質(zhì)。此外，還應(yīng)加強(qiáng)湖內(nèi)及岸邊垃圾清除及水域環(huán)境的衛(wèi)生監(jiān)管力度，提高居民的環(huán)保意識，有效地控制外源性污染物進(jìn)入湖體。

3.2 湖內(nèi)污染控制措施

寶圣湖湖內(nèi)的污染控制措施主要包括湖底生態(tài)清淤、水體曝氣、底層排水等工程性措施以及水生動物的放養(yǎng)，利用高等水生植物的生態(tài)凈化系統(tǒng)凈化湖水等的生態(tài)性措施這兩大方向。

工程性措施：①湖底生態(tài)清淤。湖泊沉積物清淤被認(rèn)為是降低湖泊污染物負(fù)荷最有效、最直接的措施。瑞典Trummen湖通過疏浚工程降低90%總磷負(fù)荷，而美國的Lilly湖疏浚后總磷的消減率達(dá)到55%［7］。本方案采用YFCS－60生態(tài)清淤船進(jìn)行清淤，并配備了YFFL－100泥沙分離器，通過清除湖泊的潛在污染源，斬斷湖泊污染的內(nèi)因，將大部分的污染物清除，使湖泊的環(huán)境容量增大，以達(dá)到改善水域生態(tài)環(huán)境的目的。清淤范圍為寶勝湖水庫面積26萬m2，淤泥平均厚度為0.5m，清淤時間在冬初至春末，即每年的11月至次年3月，該時期湖泊水位低、水體交換緩慢，沉積物基本處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。②水體人工曝氣。人工曝氣技術(shù)主要集中在污染水體的治理方面，有研究報道，曝氣能夠有效地改善水質(zhì)，可以增加DO、削減COD、改善透明度、消除臭味。本方案在湖灣處安裝充氧曝氣機(jī)13套，通過裝置運(yùn)行時對水體產(chǎn)生的攪動作用 ，有利于加強(qiáng)水體的流動性，提高水體中的溶解氧濃度，改善魚類的生長環(huán)境以及在底泥界面產(chǎn)生的厭氧環(huán)境，降低水體中內(nèi)源性磷的污染負(fù)荷，從而達(dá)到防止水質(zhì)惡化目的；③底層排水。通常湖底沉積了大量的含N、P的泥沙、魚類糞便、殘料及其他有機(jī)碎屑，這些污染物會消耗湖水溶解氧并敗壞水質(zhì)。本方案采用3根φ200mm管道，運(yùn)用虹吸原理，在泄洪時置換底層湖水，強(qiáng)化排水去污的效果。

生態(tài)性措施：⑤一是采用非經(jīng)典的生物操縱（Nontraditional Biomanipulation），通過控制兇猛魚類及放養(yǎng)食浮游生物的濾食性魚類（鰱、鳙）來直接牧食藍(lán)藻水華的生物操縱方法，達(dá)到有效預(yù)防或延緩“水華”發(fā)生［8］。直接放養(yǎng)濾食性鰱魚、鳙魚（50g／尾），每立方水體為46～50g。二是移植螺類和蚌類，依靠其在水中產(chǎn)生巨大的過濾作用，濾食環(huán)境中大部分的浮游植物。水生動物的放養(yǎng)是以清水養(yǎng)殖的方式，通過水生動物的濾食作用來降低浮游植物的數(shù)量，控制水體中藻類的生物量，以達(dá)到改善水質(zhì)的目的。⑥建立高等水生植物的生態(tài)凈化系統(tǒng)。利用許多水生植物特別是水生維管束植物能夠大量吸收營養(yǎng)物質(zhì)，或降解轉(zhuǎn)化有毒有害物質(zhì)為無毒物質(zhì)的性質(zhì)，在廢水或受到污染的天然水體中種植大量耐污染凈化較強(qiáng)的水生高等植物，使其通過自身的生命活動將水中的污染物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化或富集到體內(nèi)，然后除去，恢復(fù)水域中的養(yǎng)分平衡；同時通過水生植物的光合作用放出氧氣，增加水中溶解氧含量，從而改善水質(zhì)，減輕或消除水污染［9］。針對寶圣湖的具體情況，本方案一是進(jìn)行了生態(tài)帶的重塑，在寶圣湖沿岸每隔300m向湖中心依次種植錯落有致的濕生植物（蘆葦、風(fēng)車草、美人蕉）、挺水植物（千屈菜、菖蒲、水蔥、再力花等）、浮葉植物（睡蓮、菱角等）、沉水植物（狐尾藻、苦草等），既凈化了水質(zhì)、改善了生態(tài)環(huán)境，也增加了寶圣湖旅游的新景點(diǎn)。二是在寶圣湖公共醒目水面和重要休閑區(qū)水面布設(shè)景觀植物一體化浮島14 300m2，其他水域適度布設(shè)簡易水生植物浮床8 390m2，以美化水面景觀，凈化水質(zhì)。

3.3 后期監(jiān)管措施

（1）逐步對未進(jìn)入市政管網(wǎng)的生活污水，收集使其進(jìn)入市政污水處理廠；

（2）每天定時開放曝氣設(shè)施，尤其在4～6月期間增加開放次數(shù)；

（3）每年對水庫中的大魚捕撈1～2次，并放入魚苗，加速魚類對水體中營養(yǎng)鹽的去除率；定期對水體中漂浮物進(jìn)行打撈，并將打撈物及時運(yùn)走；

（4）定期對生態(tài)濾溝上的植物收割，定期清除濾料上的泥土，間隔2～3年對濾料進(jìn)行更換，將產(chǎn)生廢棄物及時運(yùn)走；

（5）定期對人工濕地、浮島上植物進(jìn)行收割，采取間隔收割的方式收割，防止因植物大量減少，而對處理效果的影響，并將收割植物及時運(yùn)走，須注意的是植物收割不宜太頻繁，雖然重復(fù)收割可以加快營養(yǎng)物從濕地的去除，但頻繁收割可能會使植物營養(yǎng)缺乏，使其正常生長受到破壞；

（6）此外，解決富營養(yǎng)化的問題是系統(tǒng)性的難題，涉及社會生活的多個方面。為此，除了要加強(qiáng)日常的管理與維護(hù)，及時清理染物、換水、定期清淤，嚴(yán)格執(zhí)法的同時提高游人的素質(zhì)，倡導(dǎo)文明的出游行為也是非常必要的。要通過廣泛的環(huán)?？破战逃岣呷竦乃h(huán)境保護(hù)意識，讓全民參與環(huán)保。

4 結(jié)束語

隨著人們對周圍環(huán)境的日益重視和環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，對于城市湖泊水處理的重要性及必要性必將有更深入的認(rèn)識。對于水環(huán)境的保護(hù)和改善不是一勞永逸的，建議成立區(qū)級專門的管理班子，全面負(fù)責(zé)寶圣湖的環(huán)境管理和協(xié)調(diào)；工作整治涉及多種技術(shù)、多個部門，要統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)一致；要加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境科研，對新問題及時研究，采取措施，防范于未然。

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