小型封闭景观水体应急修复技术研究

翟笑伟，潘 杨，王桢桢，郑 蓉，张义朋，马小慧，秦贺贺

(苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州 215009)



小型封闭景观水体应急修复技术研究

翟笑伟，潘 杨*，王桢桢，郑 蓉，张义朋，马小慧，秦贺贺

(苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州 215009)

良好的感官性状是景观水体的基本特征，封闭景观水体的水域面积小、环境容量低、水体自净能力差等特点决定了其易受到污染。目前针对该水体修复常用的技术手段多为换水及固定底泥。以师陶园内500 m2的封闭池塘为研究对象，对该水体实施换水及固定底泥的应急修复工程，通过监测修复前后的水质，分析其变化情况，评估该应急修复方法的经济性及持效性。结果发现修复10 d后，其水质得到明显改善，水质指标达GB38382-2002 IV类标准，表观污染等级由重污染转变为清洁，氨氮、磷酸盐、COD以及浊度由25、1.5、120、90 mg/L下降到2、0.1、40、5 mg/L，DO由0.5 mg/L上升到3.0 mg/L。该修复工程的费用为2.12元/m3，水质持效时间可达10个月左右。

封闭景观水体；应急修复；表现污染指数；经济效能

小型封闭景观水体指存在于城市绿地、公园、建筑区等地，不与外湖(河)相连接的封闭型河道、湖泊、水池等人造的或天然的水量较小、水深较浅的水体[1-2]。良好的感官性状是景观水体最基本的特征，但封闭景观水体具有水域面积小、环境容量低、自净能力差等特点，很容易受到污染[3]。对于景观水体的修复经常采用换水及固定底泥的工程措施。苏州科技学院内部的师陶园池塘是很典型的封闭景观水体，通过观察发现，在一年的多数时间内水体浑浊且发黑发臭，水中有大量的浮萍繁殖，感官性差，尤其温暖季节有不良气味，水质污染情况严重，景观鱼类不能存活，严重影响了师陶园的整体景观。师陶园水体的部分水质指标远远超过国家地表水环境质量V类标准，对该受污染水体进行工程修复，恢复其美学价值已迫在眉睫。基于师陶园水体的水域面积比较小，并且污染极为严重，因此采用了换水并投加氧化钙的应急修复处理。该研究通过对师陶园水体进行监测，分析水质的变化趋势，评估该应急修复工程的去污性能以及持效性，为小型封闭景观水的应急修复提供科学的参考依据。

1 材料与方法

1.1 修复对象概况师陶园池塘是个全封闭的硬质断面水体，平均水深0.6 m，水面积约500 m2。周边无显著污染源，但树木花草较多，有较多凋落物在水底沉积。2013年7月对师陶园池塘进行换水投加氧化钙的应急修复工程，先将部分湖水抽出，再投1 t的氧化钙，待底泥固定后再往池中注入200 m3自来水。由于该水体无明显功能区分，仅根据水体形状设置3个采样点(编号1#、2#、3#)，如图1所示。采样频率大约是每周一次，采样时间基本是09：00左右。

1.2 测定与方法水体表观性状表征采用吸收光谱法[4]，用表观污染指数(SPI，Sensation Pollution Index)方程对水体进行表观污染程度的评判，SPI值越大，表明水体污染越严重，表观污染等级越高。可根据SPI指数将水体表观分为清洁(0～10)、微污染(10～25)、轻污染(25～45)、中污染(45～70)以及重污染(>70)5个表观污染等级。指标检测采样国标法[5]：温度及DO使用YSI便携式溶氧仪测定；氨氮使用酒石酸钾溶液、纳式试剂、HACH DR5000紫外可见分光光度计测定；正磷酸盐使用抗坏血酸、钼酸盐、HACH DR5000紫外可见分光光度计测定；浊度使用HACH2100型浊度仪测定；COD用重铬酸钾法、流动注射分析仪(FIA)法测定。

2 结果与分析

2.1 修复对表观污染的影响水体修复前，水体表观很差，浮萍很密，且较厚，拨开浮萍水面下有很多绿色丝状粘稠物质。水体极度浑浊、整体颜色发黑且散发出严重的臭味，属劣V类水体。其表观污染指数很高，均在70以上(图2)。修复前水体的色系属于黑色系，且有腐殖质漂浮，属于重污染或中污染等级。浮萍覆盖率几乎达100%，尤其是1号采样点，分析其原因可能是1号采样点的光照时间比2、3号采样点的光照时间长，促进了浮萍的生长。并且1号点水体颜色发黑，在采样时可闻到水体有腥臭味。修复后水体色系属于绿色，水体清澈透明，为清洁水质，水体的透明度很高，能见到池底。图3为修复前后水体中浮萍的生长情况对比。

2.2 修复对水质的影响

2.2.1营养盐。N、P营养盐是水体富营养化的关键影响因素，水体富营养化会造成水体的观赏性下降，散发不愉快的腥臭味，甚至导致观赏鱼类的大量死亡[6]。换水修复手段对水体中N、P营养盐的去除有明显的效果，图4为修复前后氨氮和磷酸盐的变化情况。由图4可知，实施修复前师陶园水体的氨氮平均浓度为25 mg/L，磷酸盐平均浓度为1.5 mg/L，修复后氨氮平均浓度下降到2 mg/L，下降了约90%；磷酸盐下降到0.1 mg/L，下降了约91%。氨氮和正磷酸盐的含量持续下降，分析原因，换水时投加了氧化钙，磷酸根离子与钙离子结合生成不溶物，以沉淀物的形式沉落池底，再者，夏季降雨也有效稀释了营养盐的浓度，从而使水质改善。

2.2.2COD。COD用来反映水中还原性物质的含量，它在宏观上反映了水体污染状况[7]。水体的COD变化情况如图5所示。由图5可知，修复前水体的COD浓度可达120 mg/L，远远超出GB38382-2002中V类水(40 mg/L)的指标，水体处于富营养化的状态，从而导致了藻类横生。修复后COD浓度下降至40 mg/L，下降了67%。COD呈波动下降趋势可能是由于注水时水体的扰动使得底泥中的腐殖质呈悬浮状态，浊度也随之升高，后期随着水体的静止，有机物逐渐沉降，浊度也有明显下降。

2.2.3DO。修复前，师陶园水体处于非常恶劣的状态。由于有机物含量比较高，水体被浮萍覆盖，使得与大气隔绝，而且温度很高，大气复氧速率很低，从而使水体DO下降。从图5可知，其含量几乎为零，导致水体中微生物死亡，水质变差，严重影响其观赏功能。水体进行应急修复后，水体中的DO含量明显上升。这说明该方法对水体有很好的修复作用。

2.2.4浊度。由图5可知，原水经处理后，其浊度有了明显的下降，大多稳定在4～10 mg/L之间。虽然有多种原因导致了原水浊度的变化，但水体表现出了较好的去除率，最大可达90%。这表明该方法对原水中浊度的去除能力比较稳定。经测定，师陶园的水质符合景观水质标准。这说明换水并投加氧化钙的方法对景观水有了明显的改善作用。

2.3 修复效果持效性分析

2.3.1水质指标。图6和图7为次年水体中营养盐、COD、DO和浊度的变化趋势。从图6可知，从4月开始，营养盐浓度有明显的升高，氨氮从0.5 mg/L上升到1.3 mg/L，磷酸盐从0.03 mg/L上升到0.09 mg/L。从图7可知，水体中COD的含量呈现波动上升的趋势，由20 mg/L上升到35 mg/L。DO的含量有明显的下降，由8 mg/L下降到几乎为零。浊度骤升到20 mg/L，并且在4月中旬变化尤为明显。分析营养盐上升的原因可能是植物残体腐烂分解后向水体中释放了大量的营养盐，从而导致水体有机物含量和浊度上升。浮萍大面积地覆盖在水面，尤其4月的温度逐渐升高，大气复氧速率变得更低，使得水体处于厌氧状态，导致藻类死亡，腐烂释放腐殖质等污染物质，最终使得水体被污染。修复后水体的水质能维持10个月的良好状态。

2.3.2表观污染。从图2可知，水体的表观性状不断恶化，SPI逐步上升。1、2月是表观性状最好的阶段，呈浅绿或绿色，透明度很高，无不良气味，表观污染等级为清洁。3月气温显著回升，水体颜色由灰绿变为灰，透明度有所降低，SPI缓慢上升，水体表观处于微污染阶段。4、5月表观性状迅速恶化，颜色由灰变黑，透明度明显降低，伴随有不良气味产生并逐步加重，SPI急剧上升，水体由轻污染变为中污染阶段。修复后水体能维持大致10个月的良好的表观状态。

浮萍的可生长温度范围为10～35 ℃，最佳生长温度是25 ℃[8]。3月中旬起，气温升至浮萍的可生长范围，而且师陶园的水环境也比较适合浮萍的生长，如图8所示。浮萍和藻类在营养盐和光能的利用上是竞争关系，师陶园水体中浮萍占优势，因而浮萍得以很好的生长，最终导致水体被大面积的浮萍覆盖。这严重限制了光线穿透水面，使得藻类生长受抑制，光合作用减弱，也阻碍了水体复氧。

3 工程技术经济性分析

该工程技术的设备材料及人工费的投资约为2.12元/m3，该费用为一次性投资，无需后期维护费用。对于师陶园池塘等体积较小的景观水体若采用底泥环境疏浚修复，工程量大，对于小水域的景观水体则需要因地制宜，而且底泥清除后，水底生态系统会受到一定程度的破坏，需及时进行修复[9]。若采用加除藻剂或除磷剂，化学药品不可长期使用，否则会造成藻类的抗药性，而且死亡后的藻体会发臭，破坏生态环境[10]。生物方法可控性比较弱，存在生物安全等问题[11]。换水及投加氧化钙工程量比较小，药剂廉价易得，无需动力设备，操作简单，水体应急修复见效快，并且投加的氧化钙将水中溶解态磷固定到底泥沉淀中，由于磷酸钙溶解度很低，故不会对水体产生污染。因此采用换水及投加氧化钙的方法对水体进行应急修复，相对于其他应急修复工程具有良好的技术性能。

4 结论

(1)对师陶园池塘水体实施换水及投加氧化钙修复工程，其水质得到了很好的的改善。表观污染等级由重污染变为清洁，氨氮、磷酸盐、COD以及浊度的去除率可分别达90%、91%、67%和90%，DO有明显的升高，水质各指标均达到景观水质标准。

(2)换水及投加氧化钙的技术比较适用于小型封闭的景观水体，水质应急修复见效快，无需建设构筑物，药剂投加量小，相应的处理成本低，投资大约为2.12元/m3。修复后水体大概能维持10个月的良好状态，水质指标能达GB38382-2002 IV类标准。

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Small Enclosed Landscape Water Emergency Repair Engineering Research

ZHAI Xiao-wei,PAN Yang*,WANG Zhen-zhen et al

(School of Environmental Science and Engineering, SUST, Suzhou, Jiangsu 215009)

Good apparent property is the essential characteristic of landscape water body.Closed landscape water body can be easily polluted due to its small area,small water environmental capacity and poor self-purification ability. Water change and sediment fixation are the regular remediation methods for this kind of water body. In this research, emergency remediation engineering was carried out including water change and sediment fixation in the 500 m2enclosed pond named Shitao Garden. Then the economicalefficiency and persistence of this engineering was evaluated through water quality variation monitoring and analysis. The results indicated that after the ten days remediation, the water quality was obviously improved and water quality parameters met the GB38382-2002 IV criterion. Apparent pollution level changed from serious polluted to clean with ammonia nitrogen,phosphate,COD and turbidity respectively decreasing from 25,1.5,120,90 mg/L to 2,0.1,40,5 mg/L,DO increasing from 0.5 mg/L to 3.0 mg/L.The cost of the remediation engineering was 2.12 yuan/m3,and the water could maintain good state for ten months.

Enclosed landscape water;Emergency repair; Performance pollution index; Economical effectiveness

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(201310-332049X)；江苏省“十二五”高等学校环境类重点专业建设项目(276-082502)。

翟笑伟(1991- )，女，河北新河人，本科生，专业：环境工程。*通讯作者，教授，博士，从事水污染控制工程研究。

2015-03-05

S 181.5

A

0517-6611(2015)10-222-03