玻璃輕石在景觀湖水體治理中的應(yīng)用

李靜 董翔 趙威 宋雨賢

中圖分類號(hào)：x52DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-7824

作者簡(jiǎn)介：李靜（1991—），女，在職研究生，初級(jí)工程師，研究方向?yàn)榛C(jī)械、化學(xué)工程、水處理。

摘要：景觀水體多為靜止或流動(dòng)性差的封閉水體，易污染，在運(yùn)行過程中，水質(zhì)會(huì)出現(xiàn)各種問題。因此，景觀水的污染治理也開始受到關(guān)注和重視。玻璃輕石，作為一種多孔輕質(zhì)的無機(jī)材料，是一種性能優(yōu)越的環(huán)保型新材料，在水處理方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文分析總結(jié)了玻璃輕石在景觀湖水體治理中的應(yīng)用方式，為玻璃輕石在景觀水體治理中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：玻璃輕石 ?景觀湖 ?水體治理 ?生態(tài)修復(fù)

Application of Glass Pumice in Landscape Lake Water Treatment

LI Jing ?DONG Xiang ?ZHAO Wei ?SONG Yuxian

（Huaian High Technology Institute of Lanzhou University， Huai'an， Jiangsu Province， 223100 China）

Abstract： Landscape water bodies are mostly static or closed water bodies with poor fluidity， which are easy to be polluted. In the process of operation， there will be various problems in water quality. Therefore， the pollution control of landscape water has also begun to receive attention and attention. Glass pumice， as a porous and light inorganic material， is a new environmental protection material with superior performance， which has unique advantages in water treatment. This paper analyzes and summarizes the application mode of glass pumice?in landscape lake water treatment， and provides a reference for the application of glass pumice?in landscape water treatment.

Key Words： Glass pumice; Landscape lake; Water management; Ecological restoration

1 概述

近年來，我國城市景觀水體質(zhì)量嚴(yán)重下降，水體污染成為一個(gè)突出的問題。目前我國超過90%的公園景觀水體受到了污染，污染程度不一^[1]。景觀水體多為靜止或流動(dòng)性差的封閉水體，與空氣接觸少，溶解氧不足，水體中大量有機(jī)污染物，這些都為藻類提供了一個(gè)理想的繁殖環(huán)境，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，水質(zhì)惡化，長(zhǎng)時(shí)間的積累后會(huì)引起水體透明度變差、顏色發(fā)暗、蚊蟲滋生，嚴(yán)重的可發(fā)展為黑臭水體，喪失景觀功能。為保持景觀湖水景功能，很多城市或地區(qū)的解決方式是定期換水，但是多次、大量換水的支出帶來了經(jīng)濟(jì)壓力，也浪費(fèi)了水資源。從水體自身出發(fā)，從根本上解決污染問題，保證景觀湖水質(zhì)清潔、無污染，才能真正解決景觀湖水體污染問題?；诘湍芎?、維護(hù)簡(jiǎn)單、無二次污染的原則，結(jié)合水處理領(lǐng)域的治污技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水體自凈，才能具有廣闊的發(fā)展空間及應(yīng)用前景。

2 玻璃輕石

玻璃輕石是將廢玻璃破碎、研磨成粉末，通過添加不同的助劑，使其在高溫焙燒過程中發(fā)泡膨脹后冷卻，從而形成的一種多孔輕質(zhì)的無機(jī)材料^[2]。按照孔徑大小和密度高低的不同，分為不同規(guī)格型號(hào)。玻璃輕石具有質(zhì)輕、多孔、強(qiáng)度高、吸水率高、性能穩(wěn)定和防蟲抑菌等特點(diǎn)，如圖1所示。質(zhì)輕是玻璃輕石的首要特性，因其含有大量微孔而具有很好的主動(dòng)吸水能力和較大的持水量，其單體密度在0.2～0.8g/cm³，孔隙率為50%～90%，體積儲(chǔ)水率為30%～80%，抗壓強(qiáng)度為0.9～13MPa，且耐腐蝕、抗風(fēng)化、不溶解，使用壽命長(zhǎng)，玻璃輕石主要成分如表1所示。與同類產(chǎn)品如陶粒相比，玻璃輕石的強(qiáng)度和透氣性更優(yōu)，且使用壽命更長(zhǎng)。

作為一種集儲(chǔ)水、過濾、吸附和降解于一體的新型環(huán)保材料，可廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能、道路交通、水利設(shè)施、農(nóng)田改造、園藝、土壤改良、水質(zhì)凈化、環(huán)境保護(hù)和海綿城市建設(shè)等領(lǐng)域。玻璃輕石內(nèi)部和表面布有密集的連通孔隙，本身具有良好的吸附和過濾特性，并有一定的絮凝、沉淀和降解水體污染物的能力，因此將玻璃輕石應(yīng)用于景觀湖中水的凈化和修復(fù)，具有較好的效果和優(yōu)勢(shì)。

玻璃輕石應(yīng)用于水處理方面可通過以下3個(gè)方面原理進(jìn)行應(yīng)用。

第一，物理方面。不同粒徑玻璃輕石配合使用可以將水中大部分的懸浮物篩濾掉。具體可分為篩濾、沉淀、萃取和離心分離等方式。

第二，化學(xué)方面。玻璃輕石含有氧化硅、氧化鈣及少量氧化鈉，可以調(diào)節(jié)水體的酸堿性，使有機(jī)物質(zhì)絮凝沉淀去除。具體可分為中和法、絮凝、氧化還原、吸附、離子交換、電滲析、反滲透和電解等方式。

第三，生物方面。玻璃輕石為微生物的附著生長(zhǎng)提供較大的表面積，是很好的生物掛膜材料，利用微生物的代謝作用降解水體中N、P等難以去除的物質(zhì)^[3]。

目前玻璃輕石在水處理方面的工程應(yīng)用有湖水凈化工程、生態(tài)浮島工程、雨水收集回用工程、生態(tài)綠化工程、生活污水處理、魚缸水凈化處理、生態(tài)濕地修復(fù)工程以及黑臭河水治理等^[4]。玻璃輕石與生態(tài)浮島技術(shù)相結(jié)合，在生態(tài)浮島設(shè)計(jì)和施工中以玻璃輕石作為主要種植層和浮力層，在凈化水質(zhì)的同時(shí)，還可促進(jìn)了浮島上水生植物根系的生長(zhǎng)，并增加了水面的景觀效果，美化了水面環(huán)境^[5]。應(yīng)用場(chǎng)所包括：屋頂綠化、垂直綠化、生態(tài)浮島、城市綠化、室內(nèi)園藝、花卉專用基質(zhì)、土壤改良和農(nóng)田土壤修復(fù)等。

3景觀湖水體分析

江蘇一藥業(yè)廠景觀湖為人工開挖景觀湖，占地面積為10畝，整體水域較前，平均水深1.2m，最深部分水深達(dá)1.8m。目前景觀湖補(bǔ)水主要來源于雨水和地下水（用泵提升），由于景觀湖補(bǔ)水來源較為單一，周邊的柳樹落葉、雨水夾雜草坪草屑對(duì)湖水具有一定的污染，景觀湖底部鵝卵石積累灰塵和香樟枯葉，周圍有部分青苔。同時(shí)湖水缺乏流動(dòng)性，長(zhǎng)時(shí)間后導(dǎo)致湖水渾濁，長(zhǎng)有青苔，影響美觀，甚至?xí)a(chǎn)生異味。

景觀湖沿岸邊有土壤草皮植被，對(duì)雨水中夾帶的污染物起到了一定的截流、吸附、過濾作用，使得入河雨水的污染物大大降低。景觀湖內(nèi)水體透明度較高，但相對(duì)清澈的水質(zhì)反而給水綿之類的絲狀藻及藻苔生長(zhǎng)提供了條件，使得景觀湖岸邊的鵝卵石附著生長(zhǎng)大量的水綿和藻苔，這些藻類的死亡反過來又對(duì)水體造成了污染，影響環(huán)境。

景觀湖水體現(xiàn)狀是由以下原因造成：一是水源水質(zhì)問題。景觀湖水源來自自然降水、地表水和地下水，其中地下水受一些有機(jī)碳源的污染，水質(zhì)中N、P高，呈現(xiàn)富營養(yǎng)化;景觀湖周邊的柳樹落葉、雨水夾雜草坪草屑對(duì)湖水具有一定的污染，景觀湖底部鵝卵石積累灰塵和香樟枯葉，周圍有部分青苔。二是湖水缺乏流動(dòng)性。廠區(qū)景觀湖由于只考慮了整體美觀，而忽視了循環(huán)流動(dòng)因素，導(dǎo)致景觀湖經(jīng)常出現(xiàn)“靜止死水潭”，水體不流動(dòng)一段時(shí)間后導(dǎo)致湖水渾濁，長(zhǎng)有青苔，影響美觀，甚至?xí)a(chǎn)生異味。因周邊環(huán)境復(fù)雜及外部污染源不可控的原因，使得景觀湖四周匯集的雨水會(huì)把周圍很多散落的生活垃圾、污水都溶解在內(nèi)。雨水夾雜著整個(gè)外圍的污染物流入湖內(nèi)，造成了景觀水二次污染^[6]。三是水體生態(tài)單一問題。廠區(qū)景觀湖的結(jié)構(gòu)與功能單一，水體生物多樣性較低，湖水水體景觀效果差;同時(shí)水體自凈能力差，水環(huán)境的生態(tài)平衡無法保證。

此次治理是通過將玻璃輕石與沉水植物組合應(yīng)用，利用玻璃輕石的濾水、吸附和生物降解功能，在景觀湖水中形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，抑制水綿和藻苔的生長(zhǎng)，提高水體含氧量和透明度，保證水體清澈透亮，不發(fā)生水華，水綿類、藻類得到有效抑制，水體景觀功能得以保證。同時(shí)建立景觀湖穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水體自凈，維護(hù)水體水質(zhì)，確保景觀湖美化廠區(qū)環(huán)境。

4 治理過程

4.1 治理思路

對(duì)該景觀湖水體進(jìn)行水生態(tài)治理，以生態(tài)修復(fù)方式，搭建“水生植物種植沉水植物+玻璃輕石過濾器”生態(tài)自凈系統(tǒng)。其中針對(duì)最突出的生態(tài)（單一）短缺問題，種植沉水植物是整個(gè)治理方案的關(guān)鍵部分，通過在景觀湖中心區(qū)域種植一定數(shù)量的沉水植物，利用景觀湖噴泉強(qiáng)化水體的流動(dòng)性，部分沿岸種植浮水植物的手段，去除水體中的部分氨氮和TP，在一定程度上降低景觀湖富營養(yǎng)化，從而達(dá)到提高水體含氧量和透明度的目的。通過沉水植物和浮水植物初步完善景觀湖水體生態(tài)，適當(dāng)時(shí)期投入底棲類水生動(dòng)物，抑制水面和藻苔的生長(zhǎng)^[7]，讓景觀湖水體建立初步的水生態(tài)系統(tǒng)。為了進(jìn)一步保證水體的自凈能力，通過投加玻璃輕石，作為增效技術(shù)保證水體水質(zhì)清澈。作為景觀湖的濾水材料，不僅會(huì)增強(qiáng)水體呼吸，也會(huì)為微生物的繁殖和生存提供條件，在玻璃輕石表面形成藻菌共生體，從而對(duì)污染物進(jìn)行分解^[8]。

4.2?治理方法

1. 初階段：通過在景觀湖中心區(qū)域種植沉水植物，部分沿岸種植浮水植物的手段來完善景觀湖水體生態(tài)。沉水植物是指植株全部或大部分沉沒于水下的植物，它是“水下森林”的生產(chǎn)者。沉水植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，會(huì)釋放出大量氧氣，為生物提供營養(yǎng)，而營養(yǎng)物質(zhì)可以在這個(gè)生物群落中進(jìn)行良好的循環(huán)，因此，沉水植物又被形象地稱為水下森林。沉水植物是水體生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，是水體生物多樣性維持的基礎(chǔ)^[9]，本次治理中沉水植物選擇以改良四季常綠矮型苦草為主，并配以冬夏季沉水植物。

1. 治理階段：通過對(duì)景觀湖水體投放有益微生物消除水體污染、去除有害藻類和鵝卵石上的附著物。利用玻璃輕石的多孔吸附性及優(yōu)異的生物相容性，將吸附了有益生物菌的玻璃輕石鋪設(shè)在景觀湖中心區(qū)域。進(jìn)水后2～3d左右，玻璃輕石上已附著生長(zhǎng)一層褐色的活性生物膜，這也使得原本渾濁的補(bǔ)水得到凈化，有效地提水了水體透明度，又為沉水植物移栽后的緩苗及生長(zhǎng)提供了有利條件。水體變得清澈透明的同時(shí)，也消除了水體原來的藻腥味。同時(shí)針對(duì)水體流動(dòng)性不足及溶解氧含量低的問題，通過增設(shè)景觀增氧噴泉設(shè)備——浮力噴泉式曝氣機(jī)來增加流通性、提高溶解氧含量及增加景觀性，達(dá)到實(shí)用及美觀兼并的效果。
2. 鞏固和維持階段：玻璃輕石由于其具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，是一種良好的微生物載體，相比傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)有諸多的優(yōu)點(diǎn)。水體經(jīng)過玻璃輕石，水中大部分懸浮固體污染物被截留在玻璃輕石表面上，細(xì)小的污物及其他浮動(dòng)的有機(jī)物被截留在玻璃輕石層內(nèi)部。經(jīng)多級(jí)過濾處理以后，通過玻璃輕石表面復(fù)雜的藻菌共生體，從而對(duì)污染物進(jìn)行高效分解，達(dá)到高效分解水體中微污染物的作用??^[10]。

4.3?實(shí)施過程及維護(hù)

首先，對(duì)景觀湖水進(jìn)行抽排，使得水位降低至20cm以便回填種植土。通過回填種植土，從而為沉水植物提供種植條件，回土坡度是根據(jù)景觀池邊坡實(shí)際情況回填，回土厚度平均約18cm。其次，回填結(jié)束后在景觀湖兩邊深水區(qū)域鋪撒玻璃輕石50m?，鋪撒厚度平均約7cm，鋪撒面積約720㎡。鋪撒結(jié)束后開始進(jìn)水，將回填土全部淹沒，保持水位最深處約90cm，最淺處約10cm。然后，在景觀池進(jìn)水的同時(shí)，投加300kg生物抑藻劑。最后，種植矮化苦草，種植密度約100株/㎡。種植前需要用有益微生物底質(zhì)改良劑，中和底泥，穩(wěn)定pH值。矮化苦草整個(gè)植株沉入水中，具有發(fā)達(dá)的通氣組織，在水下弱光的條件下也能正常生長(zhǎng)發(fā)育，其生命力強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速，凈化效果好。且有研究表明，在富營養(yǎng)條件下，苦草的生長(zhǎng)依然良好，苦草的根系會(huì)吸收水中的氮、磷等元素，產(chǎn)生根系微生物，降解污染物質(zhì);同時(shí)在苦草生長(zhǎng)過程中會(huì)分泌有機(jī)酸類物質(zhì)，在水體中，與藻類形成營養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，從而抑制藻類的生長(zhǎng)^[11]。

4.4?治理成果

通過治理后，景觀湖水體透明度由最初的30cm提升到120cm，沉水植物矮化苦草已全部移栽成活，鋪撒的玻璃輕石表面已附著生長(zhǎng)了一層褐色的活性生物膜。由于矮化苦草到了生長(zhǎng)繁殖期，隨著沉水植物生物量的提高，對(duì)水體中N、P的吸收也會(huì)進(jìn)一步的加強(qiáng)，隨著系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，沉水植物根系逐漸深入生長(zhǎng)，凈化水體作用不斷顯現(xiàn)，同時(shí)加上玻璃輕石對(duì)水體中營養(yǎng)物的吸收和降解，原本景觀池出現(xiàn)的青苔和絲狀藻都得到了有效抑制，效果明顯。整個(gè)系統(tǒng)中玻璃輕石與沉水植物共同起到凈化水體、美化景觀的作用^[12-13]。

5 結(jié)論及建議

對(duì)此景觀湖水體的治理，通過玻璃輕石負(fù)載微生物形成的凈化系統(tǒng)，微生物量大，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效率高，處理成本低;通過搭載沉水植物，形成水下森林生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到多生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，使景觀水體修復(fù)更加科學(xué)，景觀湖水域水體不再出現(xiàn)青苔和絲狀藻現(xiàn)象，且沉水植物保持常綠，水質(zhì)長(zhǎng)效維持穩(wěn)定。整個(gè)修復(fù)工藝簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)成本低。治理后整個(gè)景觀湖水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡，日常只需在以下兩個(gè)方面進(jìn)行維護(hù)。

1. 應(yīng)嚴(yán)禁向水體內(nèi)投放垃圾雜物，以免對(duì)水體造成污染。該湖位于華東地區(qū)，其春季、秋季落葉較多，混入水體對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，需及時(shí)清撈，防止樹葉、垃圾等長(zhǎng)期漂浮在水面，影響水體的自然復(fù)氧功能，并且樹葉等腐爛變質(zhì)后會(huì)引起水質(zhì)下降。
2. 沉水植物的養(yǎng)護(hù)需要日常維護(hù)。春季氣溫回升和雨季來臨時(shí)，水生植物生長(zhǎng)迅速，需去除有可能影響生態(tài)系統(tǒng)的野生雜草。夏秋季水生植物生長(zhǎng)旺盛，對(duì)生長(zhǎng)迅速植物及時(shí)抽稀，對(duì)超出水面的部分進(jìn)行修剪。同時(shí)，檢查有無病蟲害，以人工防治為主，如剪除病蟲葉等，避免污染水源和擴(kuò)散于其他植物，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有水生植物的保護(hù)力度。冬季維護(hù)主要是進(jìn)行水面保潔，以保證水體水質(zhì)和景觀效果。

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