通惠湖水環(huán)境治理技術(shù)與效果

張建強，傅 忠，卜一峰，戚月東，周炳炳

(1.杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)規(guī)劃國土建設(shè)局，浙江 杭州 311225；2.杭州大江東建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江 杭州 311225)

隨著城市化的快速推進，城市人口密集程度日益提高，城市湖泊成為最容易被污染且難以治理的水體。水環(huán)境治理技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法和生物修復(fù)法三大類[1]。物理法通過調(diào)水引流[2]、機械除藻、疏挖底泥等方法將污染物從水體中移除。因湖泊水面寬闊，流速小，常采用調(diào)水引流的方法加速水體交換，移除污染物，如武漢東湖[3]、杭州西湖[4]、昆明滇池[5]等，但這種方法工程量較大，僅對防止水質(zhì)進一步惡化起到延緩作用，不能從根本上解決水質(zhì)問題。化學(xué)法是向水體中投放氧化劑、除藻劑、脫硝劑等化學(xué)藥劑，降低或者去除水體中污染物，這種方法見效快，但投放的藥劑容易造成二次污染。生物修復(fù)法是利用動植物或微生物吸收、轉(zhuǎn)化水中的污染物，達到凈化水體、恢復(fù)生態(tài)的目的，如人工濕地、人工浮島、生物格柵、植物浮床、生物膜、菌種投放等技術(shù)[6]，這種方法成本低，耗能小，無二次污染，持續(xù)時間長，是目前城市湖泊常用的水環(huán)境修復(fù)方法。實際上，由于水環(huán)境中的污染物來源廣泛，成分復(fù)雜，單一治理技術(shù)很難徹底完成城市水環(huán)境的生態(tài)修復(fù)，因此目前多采用綜合治理技術(shù)進行水環(huán)境治理，但如何選擇合適的綜合治理技術(shù)是水環(huán)境修復(fù)的關(guān)鍵和難點[7-11]。

杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)是一座在建的新城，通惠湖位于大江東新城的核心區(qū)，總面積0.36 km2，水深2～3 m，其水環(huán)境狀況對大江東產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)的景觀和城市品質(zhì)具有重要意義。通惠湖現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅴ類水，采用節(jié)制閘與周邊河網(wǎng)隔斷，周邊河網(wǎng)水質(zhì)為Ⅴ類水或劣Ⅴ類水，無清水可引，只能采用其他治理措施改善水環(huán)境。本文以相對封閉的通惠湖為研究對象，在分析其水環(huán)境現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出適用于通惠湖水體的水環(huán)境綜合治理措施，并對照治理前后的水質(zhì)檢測報告，分析水環(huán)境綜合治理效果。

1 通惠湖水環(huán)境現(xiàn)狀

杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)位于蕭山平原東北部的沿錢塘江區(qū)域，總面積427 km2，大江東大部分土地為20世紀圍墾錢塘江而得，區(qū)域內(nèi)地面平坦，河道縱橫交錯，呈網(wǎng)格狀分布，大部分河道水質(zhì)為劣Ⅴ類。通惠湖本是大江東核心區(qū)的一段內(nèi)河，在開挖的基礎(chǔ)上形成了一個內(nèi)湖，其形態(tài)見圖1。為控制水位，同時避免周邊河道污染，采用節(jié)制閘與周邊河網(wǎng)隔斷，僅在大雨期間打開排澇，即現(xiàn)有湖水與外界基本不流通，是一個死水湖。根據(jù)現(xiàn)場勘察，市政雨水管網(wǎng)接入湖體雨水排放口3個。

圖1 通惠湖形態(tài)

通惠湖處于封閉狀態(tài)，水體流動性差，且無優(yōu)質(zhì)水源，水質(zhì)較差，水生生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱。2017年7月31日(晴)對通惠湖內(nèi)5個均勻分布的取樣點進行了水質(zhì)檢測，結(jié)果見表1。由表1可見，通惠湖水體中CODMn為Ⅳ類水，DO、CODCr、NH3-N、TP為Ⅴ類水，TN為劣Ⅴ類，水體透明度較低。由此可見，通惠湖的氮磷濃度較高，有機污染嚴重，水體溶解氧低，透明度差，根據(jù)歷年觀測，高溫季節(jié)極易暴發(fā)藍藻。底泥取樣發(fā)現(xiàn)，湖底存在大量淤泥，底泥呈黑色，需進行底泥修復(fù)處理。

2 治理措施選擇

通惠湖的水環(huán)境治理首先要控源截污。通惠湖有3個市政雨水管網(wǎng)排放口，因無法移除，只能采取其他措施在湖體內(nèi)對排放的污染物進行攔截處理。排放的物質(zhì)不僅有溶解性污染物，還有樹葉、泥沙等懸浮性污染物，因此擬采用生態(tài)擋墻技術(shù)控源截污，既可以攔截懸浮性污染物，又可以初步降解溶解性污染物。

底泥是水生植物生長的基質(zhì)和底棲動物繁衍的場所，同時也是各種污染物(如營養(yǎng)鹽)累積富集的場所。這些高濃度的營養(yǎng)鹽通過底棲生物活動、濃度差擴散、河道水流流態(tài)發(fā)生改變等過程，又不斷地遷移到上覆水體中，使得底泥中大量的污染物被重新釋放出來，造成河流湖泊水體的二次污染[12-13]。通惠湖是在沙地上圍墾時形成，雖有淤泥但不厚，若進行清淤，則會破壞底棲動物的生存環(huán)境，因此擬采用底泥鎖定劑控制底泥的污染物釋放，避免二次污染。

通惠湖治理必須要解決湖泊水域生態(tài)系統(tǒng)缺失的問題。因平時沒有水源供給，水體流動性差，有機污染嚴重導(dǎo)致DO低，透明度差，氮磷濃度高導(dǎo)致水體高溫季節(jié)易暴發(fā)藍藻。根據(jù)通惠湖水域的特殊性，為徹底改變水環(huán)境狀況，必須建立良好的湖泊水域生態(tài)系統(tǒng)，從而長期保持良好水質(zhì)。因此，擬通過水生植物群落的構(gòu)建，使水域生態(tài)系統(tǒng)完善并平衡，再結(jié)合曝氣復(fù)氧、人工水草、組合填料及微生物修復(fù)技術(shù)等輔助措施對通惠湖進行綜合生態(tài)修復(fù)。

針對通惠湖實際情況，經(jīng)過多次專家論證篩選，最終確定采用以下水環(huán)境綜合治理方案：生態(tài)擋墻+底泥鎖定+曝氣增氧+人工水草修復(fù)+微生物強化修復(fù)+水生植物修復(fù)。通惠湖水環(huán)境綜合治理工程于2017年8月1日開工，10月8日完工。

3 施工工藝與施工過程

3.1 雨水口生態(tài)擋墻

雨水會攜帶大量地面污染物進入雨水管道，為降低雨水中攜帶污染物對通惠湖水質(zhì)的影響，采用生態(tài)擋墻對排入的污染物進行攔截。生態(tài)擋墻施工工序為：先用松木樁制作排放口外框，然后用不銹鋼網(wǎng)固定內(nèi)框，外框與內(nèi)框之間填充濾料，將排放口排入的污染物攔截在框內(nèi)，并定期清理懸浮性污染物，一段時間后濾料上可掛生物膜，具有降解有機物的功能。

3.2 底泥鎖定技術(shù)

對通惠湖底泥的二次污染采用底泥鎖定技術(shù)控制污染物的釋放。底泥鎖定技術(shù)不同于傳統(tǒng)清淤技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用多孔物質(zhì)制成的底泥生態(tài)吸附劑，覆蓋于水體底泥之上以鎖定河道內(nèi)源污染。底泥原位鎖定技術(shù)具有如下3方面功能：①通過覆蓋層，將污染底泥與上層水體物理性隔開；②覆蓋作用可穩(wěn)固污染底泥，防止其再懸浮或遷移；③通過覆蓋物中有機顆粒的吸附作用，有效削減污染底泥中污染物進入上層水體。底泥鎖定施工工序為：首先將底泥活性載體均勻地投放在河道水體底部，然后離岸3 m處每間隔4 m投放生態(tài)吸附劑。2017年9月15日進行了底泥鎖定技術(shù)施工，共投放底泥活性載體10 t。

表1 通惠湖治理前水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

3.3 人工水草修復(fù)技術(shù)

人工水草修復(fù)技術(shù)是一種生物膜載體技術(shù)，它是模仿污水處理中的植物凈化原理，采用耐酸堿、耐污、柔韌性很強的仿水草材料，通過優(yōu)化生物填料以利于生物膜的形成和再生，不受透明度、光照等限制，具有投資低、效果好、二次污染小的特點，在我國污水處理和河流生態(tài)修復(fù)中已多次應(yīng)用[14]。本項目采用聚丙烯材料的細繩狀人工水草，施工時首先將人工水草固定于重物上，然后依據(jù)施工圖將人工水草投放在排放口附近的相應(yīng)位置。人工水草施工面積總計990 m2。

3.4 微生物強化修復(fù)技術(shù)

微生物強化修復(fù)技術(shù)是一種新型河道水體污染修復(fù)技術(shù)，應(yīng)用某種微生物激活劑或高效功能微生物為主要技術(shù)手段，使水體內(nèi)的微生物保持較高的活性，以快速降解和轉(zhuǎn)化污染物[15]。微生物強化修復(fù)技術(shù)的核心是促進水環(huán)境中高效功能性微生物的增殖與富集，針對通惠湖水域大、水體流動性差的特點，通過利用填料、生態(tài)基、人工水草等，營造功能性微生物適宜的穩(wěn)定生態(tài)環(huán)境，從而加快水體污染物的降解和轉(zhuǎn)化。選用具有國家專利的微生物強化修復(fù)技術(shù)(ZL201210094446.6，ZL201420185001.3)，微生物制劑分3種，其中微生物制劑BRM001具有顯著去除氮素，消除臭味的作用；微生物制劑BRM002對懸浮態(tài)有機質(zhì)及附著型有機質(zhì)具有顯著的去除能力，可快速降解水體中的TP；微生物制劑BRM003可與藻類形成競爭性環(huán)境，有效抑制藻類的產(chǎn)生。

微生物制劑施工時，首先將相應(yīng)微生物制劑倒入儲菌桶，然后將微生物制劑均勻灑在河面。從2017年9月10日至10月1日，選擇水溫適宜、天氣較好的情況下，分多批次向水體中投入特異的凈水微生物制劑，共投加8次。其中微生物制劑BRM001、BRM002、BRM003分別投入5.7 t、5.0 t、2.9 t。

3.5 水生植物生態(tài)修復(fù)技術(shù)

水生植物修復(fù)工程主要包括：挺水植物種植和浮游植物種植。本工程在湖中設(shè)置了5處生態(tài)浮島，種植了美人蕉、旱傘草、路易斯安娜鳶尾、翠蘆莉、圓幣草及聚草等水生植物，在形成河道景觀美化水體環(huán)境的同時，可有效利用植物吸收降解污染物，達到水體凈化及污染攔截的效果。本工程設(shè)置系統(tǒng)的生態(tài)浮島等景觀綠化帶總面積為1 096 m2，實現(xiàn)了兼顧水體景觀和生態(tài)修復(fù)的目的。共完成綠化種植4 274.2 m2，其中浮島綠化面積1 105.2 m2。

4 治理效果分析

治理工程實施后，分別于2017年12月19日、2018年1月18日、2018年2月2日委托第三方在通惠湖均勻分布取了21個水樣進行了水質(zhì)檢測，檢測結(jié)果見表2。由表2可見，通惠湖水質(zhì)較治理前有明顯改善，其中NH3-N、TN、TP、CODMn質(zhì)量濃度均有明顯下降。治理后，DO質(zhì)量濃度提升極為明顯，由治理前的2.3～3.2 mg/L升至7.4～12.9 mg/L，TN質(zhì)量濃度由治理前的2.32～2.76 mg/L降至0.79～1.51 mg/L，TP質(zhì)量濃度由治理前的0.25～0.39 mg/L降至0.07～0.18 mg/L；水體透明度也有了大幅改善，由治理前的33～43 cm提高至60～148 cm。由此可見，目前通惠湖水質(zhì)除TN、TP仍有部分點位屬湖泊Ⅴ類水外，其他水質(zhì)指標均達到Ⅲ類標準。

對通惠湖治理前后的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用綜合污染指數(shù)方法評價[16]，水質(zhì)指標選用CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP等5個指標，水質(zhì)標準按照景觀用水Ⅳ類水標準控制，評價結(jié)果見表3。由表3可見，治理前綜合污染指數(shù)為1.63，為重污染狀態(tài)，CODCr、NH3-N、TN、TP等4個指標均超標，其中TP超標達到3.24倍。治理后3次水質(zhì)監(jiān)測的綜合污染指數(shù)為0.52～0.61，為輕度污染狀態(tài)，僅TP出現(xiàn)了超標現(xiàn)象。由此可見，通惠湖治理后水質(zhì)明顯改善，表明選用的水環(huán)境綜合治理措施是適用的和有效的。

表2 通惠湖治理后水質(zhì)檢測結(jié)果

表3 通惠湖治理前后綜合污染指數(shù)及水質(zhì)指標超標倍數(shù)

5 結(jié) 語

對通惠湖采取生態(tài)擋墻、底泥鎖定、微生物強化修復(fù)、水生植物修復(fù)等水環(huán)境綜合治理措施，治理后的水質(zhì)檢測結(jié)果表明，CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP等指標均有明顯下降，尤其是DO提升極為明顯，水質(zhì)狀況由治理前的重污染狀態(tài)提升至輕度污染狀態(tài)。