水动力循环复氧技术在太原迎泽湖水体修复中的应用
2018-12-10
(山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002)
人工湖在城市中发挥着重要的作用，但是如果水质出现恶化，水体氮、磷增加，藻类大量繁殖，藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，就丧失了水体存在的意义[1-5]。
水动力循环复氧技术维护费低、操作简单、改善效果显著[6]。本文将该技术应用到太原迎泽湖，研究了该技术对该湖水质的改善效果，为湖泊治理技术的选择提供参考。
1 试验方案
1.1 试验布置及监测方法
迎泽湖位于太原市中心，是其最大的人工湖之一。为改善水体环境，净化水质，达到生态修复的目的[7]，选用泰合景升(天津)环境科技有限公司生产的2台水动力循环复氧设备安装于迎泽湖水体中，并设置A、B、C、D 4个采样点(见图1)，监测时间选为2017年4～11月，对物理、化学、生物等指标进行监测并按公式(1)计算其去除率，其中采用酸性法测定高锰酸盐指数(CODMn)；用紫外消解分光光度法测定总氮(TN)、总磷(TP)；采用热乙醇法测定叶绿素a。
去除率=(设备采用前指标浓度-设备采用后指标浓度)/设备采用前指标浓度
(1)
图1 迎泽湖水体及采样点分布
1.2 技术原理
水动力循环复氧技术通过高效循环将底层和表层水体不断混掺，提高水体溶解氧，在改善水体表面张力的同时使得界面复氧速度加快，水动力循环设备运行情况见图2。
图2 水动力循环设备运行情况
设备运行时，电机带动叶轮转动产生的主体流使得水体混掺，当水体离开叶轮流过分水盘时，带动浅表层的水形成环流，汇合后的感应流与主导流以辐射状沿着水体表面扩散，其他参数见表1。
表1 设备参数
2 结果与分析
2.1 对CODMn的去除效果
从图3可知，设备运行期间湖中CODMn的浓度在整体下降，试验结束时平均去除率达到39%，这是因为在设备的循环作用下，水体表层和底层水体进行充分交换，从而增加了水体中溶解氧的浓度，有助于有机物的氧化，使CODMn浓度整体下降。
图3 采用设备后各监测点CODMn随时间的变化规律
2.2 对N、P的净化效果
从图4可知，设备运行期间水体中TN初始浓度约为 4.4 mg/L，TP初始浓度约为 0.20 mg/L。在新技术实施时间段内，水体TN、TP浓度都在下降，到新技术实施期末的11月份，TN、TP最高去除率分别达到 65.9%，81%，这是因为水体的混掺作用使水体变为好氧环境，加快了硝化作用及P在底泥的吸附[8-9]，水生植物吸收利用湖中的硝酸盐更充分，使水体中N的浓度降低。
图4 采用设备后各监测点TN、TP随时间的变化规律
2.3 对叶绿素a的改善效果
水体叶绿素a的改善效果如图5所示。试验结果表明，自6月份以来，水体叶绿素a浓度较低，在14～27 mg/L内波动。与4月份相比，11月份叶绿素a 下降率达到68.8%，平均去除率达到62.8%，藻类生长明显受到抑制。原因在于设备运行带来的水体混掺势必会打破喜静蓝藻的生存条件[10-12]，同时设备运行会减少水体的营养盐，使藻类繁殖所需的营养源减少，因此，水体藻类Chl a会出现整体浓度下降趋势。
图5 采用设备后各监测点水体叶绿素a随时间的变化规律
图6 水体中浮游植物数量及透明度随时间的变化
2.4 水体藻类种群的变化
通过对水体透明度及浮游植物的连续监测，从图6可知，随着设备运行，水体的透明度在逐步增加，到11月份透明深度超过110 cm，水体中浮游植物个数由开始的 4.28×107个/L减少到0.079×107个/L,即浮游植物密度大，水体透明度小，反之浮游植物密度小，水体透明度大。
从图7～8可以看出，试验前处理区水体中主要以蓝藻、绿藻、硅藻、裸藻为主，试验后水体中蓝藻比例下降，水体中不再有裸藻，而出现了一定比例的隐藻，说明水动力循环复氧技术使水体温度、溶解氧发生变化，进而增强了水体中藻类的竞争能力，贫营养型藻类硅藻、隐藻在水体中适宜繁殖，所占比例呈上升趋势。由此可见，该技术不仅降低了湖中浮游植物的数量，也改变了浮游植物的种类和结构。
图7 试验前浮游植物种类及百分比
图8 试验后浮游植物种类及百分比
3 结 论
(1)水动力循环复氧技术对迎泽湖水体中CODMn、TN、TP以及藻类叶绿素a的去除效果均较好，明显改善了水体水质。与4月份相比，处理区各监测点水体TN平均去除率均达58%，TP平均去除率达到69%，CODMn去除率达到39%，叶绿素a平均去除率达到 62.8%。试验结果表明，该技术在富营养化湖泊水质改善方面可以起到显著作用。
(2)新技术实施期间，随着设备运行，水体透明度增加，浮游植物数量随着透明度增加而减少。经过水动力循环复氧技术处理过的水体环境改变使藻类竞争激烈，硅藻、隐藻这些贫营养型藻类逐步发展为优势藻类，表明该技术改变了湖泊浮游植物数量，并影响了浮游植物种群的结构。
