天津地区再生水景观水体水质变化及保持方法研究

2016-10-20纪陶狄晨光何伟姜威

天津建设科技 2016年2期

□文/纪陶狄晨光何伟姜威

□文/纪陶狄晨光何伟姜威

再生水回用城市景观水体，尽管可依赖生产工艺和工程措施以保障水质达标，但是再生水与自然水体相比营养物底值相对较高，其富含的氮、磷等营养成分成为诱发水体富营养化的首要因素。以天津市涟水园小区景观水体为监测对象，分析了再生水回用于景观水体所产生的水质问题并分析多种水质保持方法的可行性。

再生水；景观水体；水质变化；保持方法

1　再生水回用于景观水体的现状问题

我国北方气候多风少雨，景观水体的蒸发量较大，如天津市年均蒸发量可达1 000 mm，远高于年均降雨量611 mm［1～2］，因此，景观水体需大量补水以维持水量，保持景观效果。北方城市大多水资源紧缺，为缓解水资源短缺和城市生态环境之间的矛盾，再生水已逐渐成为城市景观水体的主要补水水源，是水生态循环和修复利用的重要途径之一。

随着社会对再生水认知度的不断提高，再生水越来越广泛的应用于城市景观水体，由于再生水水源为城市污水，经工艺深度处理后，虽达到再生水回用水质标准，但仍与天然水体存在一定的差别，再生水中氮、磷等水质指标较自来水和自然水体来说相对较高，属易富营养化水源。经国内外工程实践证明，将再生水做为景观水源，如果不采取一定的维护措施，抑制藻类大量繁殖，将会严重破坏景观水体效果。

1.1内部因素

我国城市再生水用于景观环境用水的水质指标依据是GB/T18921—2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》，而GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中，天然景观水体的水质指标对CODCr、BOD5以及TN、TP等的要求十分严格。从工程实例中来看，GB3838—2002中的要求过于苛刻，忽略了水体的自净能力，而GB/T 18921—2002中对TN、TP的要求又过于宽松，往往会给流动缓慢或静止的水体造成隐患，见表1。

表1　再生水回用标准与地表水水质标准对比mg/L

再生水中氮、磷等指标高于天然水体富营养化的临界指标，加上景观水体中缺少对水体自净其促进作用的水生动植物或由于地形原因导致水体流动缓慢甚至停止流动，成为“死水”，使水体的新陈代谢循环过程遭到严重破坏，更易发生富营养化问题，易暴发水华［3］。

1.2外部因素

雨季地表径流的雨水汇携着地面垃圾排入景观水体，加速了水质的恶化且景观水体周边通常受到植被绿化、灌溉、施肥、喷药以及植物的凋零等影响，使景观水体中的氮、磷等含量不断累积。

另外，设计的不合理导致水体流动性较差，易造成局部死水，使污染物聚集，从而影响到整个水体的水质，还有人为的破坏及宠物的便溺都是影响因素。

除此之外，各种大气污染，如霾、扬尘、酸雨等，也会对水体造成一定的影响，尤其是雾霾，近年来各地出现的霾污染也受到的环境保护等相关部门的重视，也已着手开展调研。

2　再生水景观水体水质改善保持的常见技术措施

2.1生物自净

生物自净法主要是利用水生植物吸收利用氮、磷等营养元素进行生物代谢活动的特点，通过引入多种水生动植物建立水体生态系统，从而去除景观水体中营养物质的过程。在利用再生水做为直接水源的城市景观水体中，水生动植物群落能够明显降低景观水体的感官性污染，可有效提高景观水体水质稳定时间，有研究表明，55%的植物覆盖率能够有效缓解再生水回用所导致的富营养化问题［4］。

在再生水景观水体中建立水生植物区域并放养适当的水生动物，以调整植物群落，利用他们产生的协同效应达到水体保持的目的，还可以增加水体生物多样性，构建出完整的生态系统，从而建立水体生态平衡。常用的水生植物，如凤眼莲，其氮磷含量分别约为1.20%和0.79%，按其产量5 kg/m2计算，其每年的氮磷去除负荷分别为60、40 g/m2，其他常用的还有水芙蓉、狐尾藻等［5］。

但需注意一点，水生植物的投放密度应控制在合理的范围内，以防止其繁殖过多，成为新的富营养源，而适得其反，也可利用食草性水生动物来对水生植物的繁殖进行控制，如草鱼等。

2.2人工干预

人工干预主要分为物理方法和化学方法两种。物理法主要有定期补换水、增加旁滤、疏浚底泥等。定期补换水的主要原理是稀释，是污染物一直保持在较低的指标，对一些水面较小的景观水体行之有效。增加旁滤主要是景观水体通过生物滤池、滤沟、砂滤缸等系统装置，一是可以降低水体的浊度，保持较好的感官效果，二是可以进一步去除藻类、营养盐、悬浮物等［6］。疏浚底泥主要是将富含营养的底泥去除，以达到控制藻类的目的，从而延缓景观水体营养化的发生。

3　涟水园景观水体水质变化趋势

3.1概况

以涟水园小区为观测对象，其地处天津市南部，小区湖景绿化率高达56%，开窗即景，户户临水，属于典型的景观水体居住小区，其小区内景观水体的水源来自于原纪庄子（现津沽）再生水厂供水系统，见图1。

图1　涟水园小区景观水体

该小区景观水体面积达万余平方米，平均水深在70 cm左右，池底和池壁皆为建筑石材铺就，属于浅水硬底景观水体，每年4月中旬至11月初为充水期，实现其景观功能，其余时间（即冬季）将水池放空，以防止管道等设备设施受到冻害。

3.2水质变化趋势及分析

由于该景观湖蓄水使用时间为4—11月，因此将水质监测时间定为以2014年4月中旬进水开始，至11月初池水放空结束为一个监测周期，以便摸索水质变化的趋势。经现场勘查，在该湖南北侧分别选取一个取样点进行水体取样，取样器材为磨砂口玻璃取样瓶，取样后密封，每次取样1 L，取样周期为10 d，监测项目为总磷、总氮、COD、浊度和溶解氧。通过连续近7月对景观水体进行采样监测，经数据汇总分析，分别列出了A（北侧）、B（南侧）的各水质指标沿时分布变化趋势，见图2-图6。

图2　2014年涟水园景观水体总磷趋势

图3　2014年涟水园景观水体总氮趋势

图4　2014年涟水园景观水体COD趋势

图5　2014年涟水园景观水体浊度趋势

图6　2014年涟水园景观水体溶解氧趋势

由图2-图6可看出，在4月中旬，也就是景观湖开始进水初期，由于整个冬季，受到降水、刮风等自然影响，使池内有一定的污染物聚积，再加上管道内存有大量的死水，虽然对池体进行冲洗、放空等人工清理作业，仍有部分污染物残留池体中，使得湖体进水初期各项指标偏高，主要体现在浊度、总磷等方面。由于再生水进入水体初期，自身各项污染指标较低，水体自净能力较强，加之气温较低，不利于藻类繁殖，使得水质各项指标趋于下降。

5月份开始，气温逐渐回升，开始进入藻类春季生长期，TN、TP、CODCr都开始体现出明显的增长趋势。在10月份，各水质变化曲线又有增长的趋势，说明秋季也是一个藻类生长期，使得水质指标趋于升高，但随着温度的降低各项指标应逐渐降低，11月中上旬景观湖将放空。

3.3分析水体保持的可行性措施

针对该景观湖体水体实际情况，可采取的水体保持措施有如下几种，采用定期补换水方案、建立旁滤系统、抛洒水质净化药品、投放水生植物。

第一种方法，定期补换水。根据水质恶化情况决定换水周期，即在水质恶化初期或出现恶化前兆时，将水全部或部分排放，补充新鲜水源。该方法直接有效，但成本较高，该景观湖体虽需水量较小，但也有数千立方米之多，按照目前的再生水水价4元/m3，一次整体换水成本也需数万元，显然运营成本过高，所以该方案放弃。

第二种方法，建立旁滤系统。该方法利用砂缸等旁滤设备对水体不断进行处理，使水质维持在较好的指标，其处理效果立竿见影，较第一种方法节省大量水费。但是，该系统初投资较大并且存在长期的运行成本，故该系统适用于大型景观湖泊，相比之下该景观湖规模较小，显然也不适合。

第三种方法，抛洒水质净化药品。一般来说，水质净化药物具有针对性，不同水质情况使用不同的药物，而且药剂的使用方法、使用量以及产生的沉淀物如何处理对于小区物业公司来说明显存在困难。最重要的是，该景观湖临近居民住宅，对人体有无伤害也未可知，故放弃该方法。

第四种方法，投放水生植物。利用一些水生植物的喜磷喜氮特性，通过吸收水体中的各种营养物质满足其自身的生长需求。此类水生植物通常具有易成活、易取得、易管理、价格低廉等特点。该方法易于实现、初投资极低、几乎无后续运行成本，既可起到未雨绸缪之作用，还可增加景观美观和观赏度。

经综合分析，结合现场情况，决定采用第四种方法展开景观水体保持试验并确定试验方案及试验材料采购清单。

在2015年5—9月期间，以涟水园景观湖水源——津沽再生水厂出水和其他两个不同营养化程度的水源作为水生植物培养试验水源。

此试验为露天开展，每四周为一个周期，选择挺水植物、沉水植物、漂浮植物三种类型，每个类型选取两种常见代表性植物进行对比培养，见图7，每个试验样本水量为100 L，植株质量为300 g。首先，选取健壮植株，用蒸馏水冲洗并去除腐烂根叶，用营养液（霍格兰式配方）进行7 d的预培养，见图8。

图7　试验场地及器材

图8　用霍格兰式营养液进行预培养

试验前，用蒸馏水冲洗并用滤纸吸干植株表面水分。每周取水500 mL进行检测，安排TN、TP、DO、COD、色度等5个项目并进行数据汇总及分析，见表2。

表2　水生植物去除氮磷效果比较

涟水园景观水体水面面积只有万余平方米且水深通常在70～80 cm，蓄水量相对较少，只有数千立方米。由于是硬底设计，受地下水水位和渗漏量影响极小，虽然夏季降雨较多，但由于降雨量远小于蒸发量，所以该景观水体水分损失应主要为蒸发量和渗漏量。定期的适当补水，可有效缓解该水体的富营养化过程，使水体水质得到有效的保持，直到进入冬季，景观水放空，完成其景观美化效果。

与此同时，还可以投放一些水生植物，可以更有效的进行水体水质保持，也可以达到更好的景观综合美化效果。例如，挺水植物菖蒲、黄花鸢尾、三棱草、芦苇、荷花等，采用盆栽，整盆置入水中；漂浮植物水芙蓉、黄花荇菜、水葫芦等，建议使用生物浮床、浮篮等水培植物装置，以便管理和控制其过度繁殖，免得适得其反。