生態(tài)修復技術在景觀湖治理中的應用

廉 雨，李大鵬，吳益義

（北京天力程環(huán)境技術有限公司，北京 100000）

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和生活水平提高，群眾對生活環(huán)境的要求越來越高，景觀水體在現(xiàn)代城市生態(tài)建設中起到越來越重要的作用。如人工營造或改造的小型河流、人工湖，小區(qū)工業(yè)園內(nèi)的微小型水體等，不但可美化環(huán)境，還可改善局部小氣候［1］。但由于景觀水體大多是人工或半人工修建的工程，基本都是封閉或半封閉水體，存在流動性差、循環(huán)自凈能力較弱的特點，加之受人為活動干擾大，容易引起水質惡化，富營養(yǎng)化，甚至黑臭等問題，破壞環(huán)境和諧，影響景觀效果及觀賞價值［2］，因此受污染的景觀水體治理尤為重要。本文以某庫區(qū)為例，采用物理方法和生態(tài)修復技術相結合的方式對庫區(qū)水體進行治理，并分析其效果，為后續(xù)類似工程提供參考借鑒。

1 景觀水體治理技術概述

1.1 物理方法

曝氣復氧是通過向受污染水體安裝各種曝氣設備增加水中含氧量，提高水體流動性而達到水質凈化的目的。景觀湖的水動力條件對水體的稀釋和自凈能力有不可忽略的重要影響［3］。強烈水流帶動周圍水體運動，形成循環(huán)流，同時可帶動底層水體，實現(xiàn)底層水體的流動性，使水體熱分層消失。并將溶解氧DO 輸入到底部，形成超飽和溶解氧DO 水供給底層微生物，增強微生物活性，分解水體底泥中的污染物，抑制鐵和錳等金屬離子的釋放等，強化水體自凈能力增加景觀效果。

其他常規(guī)的物理方法還有底泥疏浚、補水換水等。底泥疏?？捎行Ы档退械腃ODCr、TP 含量，改善沉積物污染狀況，有利于底棲動物和微生物的多樣性恢復［4］。但此方法工程量大，對疏浚底泥的處置不當易二次污染。補水換水可在一定周期內(nèi)形成有效循環(huán)，效果好見效快，常用于水資源豐富的地區(qū)。

1.2 化學方法

臭氧的強氧化性不但可溶解藻細胞，還可改變藻細胞的形態(tài)結構、顆粒的穩(wěn)定性，對去除藻類有較好效果。但此方法運行成本高，投資太大，且臭氧投加量不好控制。

化學藥劑法常投加的有硫酸銅、漂白粉、次氯酸鈉及高錳酸鉀復合藥劑。硫酸銅類藥劑是應用最多的應急殺藻劑，效果好，但會對魚類、底棲生物產(chǎn)生一定影響，長期使用還會使藻類產(chǎn)生耐受性；漂白粉或次氯可與水中較高濃度的有機物作用生成三鹵甲烷等多種有害副產(chǎn)物，且不好控制投加量；高錳酸鉀復合藥劑在去除藻類的同時，還可去除臭味與色度［5］。

化學方法見效快，但成本高，且易引起二次污染，有一定局限性，一般用于應急處理?？紤]到景觀水的觀賞價值和人們的身體健康，應盡量避免使用這種處理方法。

1.3 生態(tài)修復法

景觀水體常用的生態(tài)修復法有生態(tài)浮島法和人工濕地法。生態(tài)浮島可利用植物發(fā)達的根系吸收水體中的N、P 等營養(yǎng)鹽類，抑制藻類的生長繁殖，減輕水體因封閉或自循環(huán)不足引起的水體腥臭及富營養(yǎng)化問題，亦可有效吸附和濾除水體中的非溶解態(tài)顆粒物，提高水體透明度［6］。同時浮床可搭配種植不同的植物、花卉等，豐富水體的植物種類，營造多層次的景觀效果。在國內(nèi)外湖泊、水庫、河道的原位修復中起著至關重要的作用。

人工濕地一般是利用天然條件，在原有水域的基礎上修建功能區(qū)域，并搭配種植不同植物花卉，利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的技術。大量研究表明：人工濕地對BOD5、COD、SS 及N、P 均有較高的去除率，兼具觀賞性，且費用低、運行維護簡單，對周邊環(huán)境影響小，自20 世紀50 年代始廣泛應用于世界各地的城市景觀水體的生態(tài)修復［7］。

1.4 其他方法

生物操縱是指通過一系列湖泊中生物及其生存環(huán)境的操縱，達到水質凈化的目的。生物操縱技術分為經(jīng)典生物操縱和非經(jīng)典生物操縱。前者是通過放養(yǎng)食魚性魚類，壯大浮游動物種群以消除或控制食浮游生物的魚類，依靠浮游動物來遏制藻類數(shù)量。后者與之相反，是通過控制兇猛魚類，放養(yǎng)食浮游生物的濾食性魚類數(shù)量，直接以藻類浮游植物為食，消除水華。經(jīng)典生物操縱適用于營養(yǎng)水平較低湖泊中的藻類控制，而非經(jīng)典生物操縱技術適用于富營養(yǎng)化程度嚴重水華藍藻易發(fā)的水體控制［8］。

微生物制劑法是向水體中投加特定的高效微生物或基質，以減少或消除水體污染，促進水域生態(tài)功能恢復的方法。微生物制劑種類繁多，根據(jù)其功能可分為控藻類、降低營養(yǎng)鹽類、絮凝類。在實際應用在可根據(jù)不同的情況選擇不同功能的制劑，也可兩種或多種混合使用。此方法高效、無毒、無二次污染，在降解水體氮磷營養(yǎng)鹽、提升水體透明度、抑制有害菌藻生長等方面具有物理和化學技術無法比擬的效果［9］。

2 庫區(qū)現(xiàn)有問題分析

某庫區(qū)位于某河中游，緊鄰奧林匹克水上公園。2006 年為配合奧運水上項目，營造良好的水環(huán)境，庫區(qū)實施環(huán)境整治工作。通過該項工程，在庫區(qū)形成60 萬m2，總蓄水量48 萬m3的水面，深度約0.8～1 m。庫區(qū)斷面是國家水環(huán)境質量考核斷面，考核標準為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》的Ⅲ類水質標準。

2.1 水質

2014—2015 年，庫區(qū)每月水質平均值基本在Ⅳ類～劣Ⅴ劣，主要超標因子為CODMn、CODcr、BOD5、氨氮、總氮及總磷；2016—2018 年水質基本為Ⅲ類、Ⅳ類。主要超標因子為CODcr、BOD5、氨氮、總氮，仍有月份達不到國家斷面水質考核要求。

2.2 水位

某河斷流多年，庫區(qū)為封閉庫區(qū)，無水體流入，亦無流出，補水僅為自然降水，無法與蒸發(fā)滲漏量相平衡，特別是在高溫炎熱的季節(jié)，水位下降較快，污染物易富集。

2.3 景觀

某庫區(qū)緊鄰奧林匹克水上公園，對水質和景觀要求都比較高。雖然經(jīng)過前幾年的治理，水華現(xiàn)象已轉變?yōu)榭煞揽煽?，但由于庫區(qū)水體不流動，水位下降快，污染物富集。污染物富集造成藻類及水草的瘋長，在特定時期，尤其是夏季高溫情況下，水面會呈現(xiàn)一定程度的藻類浮渣聚集現(xiàn)象，透明度低感官效果差。

3 修復技術選擇

針對庫區(qū)存在問題，擬通過兩種途徑進行解決。①通過補水維持水位穩(wěn)定；②在庫區(qū)安裝曝氣造流設備、布設生態(tài)浮床及投加微生物制劑的綜合修復措施，改善水體流動性，提高微生物活性，提高水體自凈能力，構建生態(tài)平衡，營造景觀效果。

4 方案設計

4.1 補水并提升補水水質

通過數(shù)據(jù)計算，每天需補水3000 m3可維持庫區(qū)水位穩(wěn)定。經(jīng)綜合考察論證，最經(jīng)濟有效的方式是從離庫區(qū)最近的減河調水作為補水水源。但減河水質為地表水Ⅳ～劣Ⅴ類，主要超標因子為CODcr、BOD5和TP。為盡量減少外源污染物進入庫區(qū)，需把補水水質提升至符合或優(yōu)于庫區(qū)考核要求。

綜合考慮場地、經(jīng)濟、運維便捷度、小試試驗結果等各方面因素，選取同軸電絮凝+氣浮工藝對補水水質進行提升。設計3 組同軸電絮凝處理器，1 套加壓溶氣氣浮機，1 套污泥處理設備及其他配套的加藥系統(tǒng)等，平均處理量3200 m3/d，最大處理量3600 m3/d。

圖1 工藝流程

同軸電絮凝+氣浮工藝對補水水質處理效果良好，如表1。補水出水水質有5 個月達到庫區(qū)考核要求，4 個月優(yōu)于庫區(qū)考核要求。

表1 補水處理效果分析

表2 庫區(qū)水質效果分析

4.2 安裝曝氣造流設備改善流動性

設計3 種不同的曝氣造流裝置，1 套圓形多點造流設備、10 套曝氣設備、1 套揚水造流設備。

圓形多點造流設備安裝在主庫區(qū)。此設備造流產(chǎn)生的水柱不僅可提高周圍空氣中的負氧離子濃度，增加空氣的水蒸氣含量，減少干燥提高濕度；還可吸附空氣中的細菌與塵埃，在一定程度上使空氣的衛(wèi)生條件得以改善，起到清新潔凈作用。

造流曝氣機安裝在圓形多點造流設備的周圍，利用其噴射水流的卷吸作用使周圍水體形成大流量前驅運動，使水域底部和四周形成流速較大的環(huán)狀主流帶，產(chǎn)生大流量富氧循環(huán)效果，使水體短期內(nèi)溶解氧迅速增加。

揚水造流設備安裝在某河新橋的北側，利用其獨特的揚水及曝氣系統(tǒng)，制造持續(xù)超大流量縱、橫向水體循環(huán)，最大限度地將底部缺氧區(qū)轉移到水體表面，與表層富氧水混合，同時表層富含溶解氧DO 的水體由于受到擠壓，橫向水平擴散、縱向進入底層缺氧區(qū)，實現(xiàn)水體解層、增氧和縱橫向循環(huán)交換三重功效。

3 種曝氣造流設備，把靜止的水塑造成靈動美麗的形式，在改善水體流動性增加氧含量的同時，營造景觀效果，提高觀賞價值和趣味性，增加城市環(huán)境的生機。

4.3 布設生態(tài)浮床降低污染物濃度

本項目設計10 個生態(tài)浮床，每個浮床面積120 m2，按八邊形種植，安裝于曝氣機外圍。種植的植物主要從功能性與景觀性兩個方面考慮。選擇千屈菜、鳶尾、旱傘草、美人蕉4 種植物。其中千屈菜、鳶尾對氮、磷吸收能力好且耐寒；千屈菜及美人蕉對藻類抑制效果顯著。千屈菜花為淡紫色，花期7—9月；鳶尾花為深紫色，花期3—4月；美人蕉花為紅色，花期6—10月；旱傘草花為黃綠色。此4 種植物搭配，色彩豐富，花期長短結合，春夏秋3 季都有不同的花朵開放，賞花與賞葉相結合。栽種時按由高到低從浮床的中心到邊緣依次布置，不同花色花期的植物相間分布、分層配置、錯落有致，使植物景觀豐富多彩。庫區(qū)水面呈深色，與浮床植物有較大的色調和色度上的差異，加強襯托效果。同時在總體布置上與造流設備交相輝映，和諧共生。

圓形多點造流安裝在主庫區(qū)中心位置，以其為對稱中心，每側各安裝5 臺曝氣造流設備，布設5 個生態(tài)浮床，整體形成“V”字型結構，構成動靜相宜的景觀效果。平面布置如圖2。

圖2 造流設備及浮床平面布置

圖3 造流設備與浮床實際效果

圖4 項目實施前后透明度對比

4.4 投加生物制劑提高水體自凈能力

庫區(qū)經(jīng)過連年治理，水華問題已得到基本控制，現(xiàn)階段主要以減少藻類基數(shù)、抑制藻類生長為主。同時考慮制劑安全性及使用效果，共篩選3 種生物制劑投入主庫區(qū)。一種為直接控藻型的BO 水無憂環(huán)境控藻型修復劑。此制劑不僅能夠阻礙微藻細胞的氨基酸生物合成，阻止細胞分裂，減少藻類基數(shù)；降解無活性的藍綠藻，對輕度水華也具有殺滅作用，且對死亡后產(chǎn)生的藻類有分解作用。另外兩種為減少水體中的營養(yǎng)物質、破壞藻類生長環(huán)境的水無憂B型及水無憂C 型，主要以除氮與除污為目的。水體富營養(yǎng)化主要評價指標為總氮、總磷、CODmn、葉綠素。經(jīng)檢測庫區(qū)總磷與葉綠素a 處于較低水平，需降低總氮與CODmn的濃度，因此選擇投加除污和除氮的兩種微生物制劑。除污微生物制劑不僅可降低CODmn的濃度，還可降低濁度提高水體透明度。

5 實施效果

2019 年項目未實施的1—8 月，僅1 月為Ⅱ類水質，實施當月水為Ⅲ類。10，11 月為Ⅱ類。2020 年未實施的1—5 月，僅2 月為Ⅱ類水質，實施當月水為Ⅲ類，其后5 個月均為Ⅱ類。2020 年7，8，9 月主要指標CODMN、CODcr、BOD5、TP 均比2019 年同期有不同程度的降低。其中BOD5分別降低57.89%，88.24%，85.71%，CODcr分別降低21.93%，78.07%，49.03%。

2019 年項目未實施前庫區(qū)的感官狀況，水質渾濁，藻類漂浮聚集，2020 年浮床栽種完畢后，透明度明顯增強，無藻類漂浮聚集現(xiàn)象。

6 結語

（1）同軸電絮凝+氣浮工藝組合可將河水中CODcr、BOD5、TP 等指標從V 類至劣V 類標準提升至Ⅱ或Ⅲ類水質標準。

（2）物理方法、生物生態(tài)修復技術相結合使用，可使某庫區(qū)污染物濃度下降，水質從Ⅲ類提升至Ⅱ類水質標準。

（3）項目實施運行后，庫區(qū)未發(fā)生水華，透明度有較大提高，感官效果有良好改善，成為一個大眾休憩、觀景、交流的理想場所。