小微水体生态恢复的实践

2019-12-23潘志坤

智能城市 2019年23期

潘志坤

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410004）

1 工程简介

自2005年钱正英等6名院士和20多名治水专家为深圳水污染治理进行把脉问诊，深圳水环境生态治理已走在全国的前列，目前深圳各区对小微水体的治理已逐步开展，本文以小微水体黑臭湖塘为实践，着重总结治理的过程及方法，供相类似工程以参考与借鉴。工程范围小微水体中部分湖塘年久失修，附近居民污水直排，无固定活水补给，水体黑臭严重，湖塘底泥腐蚀，无有机植物及水体生物，湖塘水面大量塑料垃圾漂浮物，水面面积6 366.3 m2。含大量病原微生物，如细菌、病毒、病虫卵、寄生虫、藻类等。

湖塘小微水体村落居民生活垃圾、周边建筑垃圾无规范管理，造成乱排乱放；小微水体湖塘内底泥积累大量污染物质，微生物的解体和底泥中的营养物质逐渐被释放到水体中，造成长期性的污染；地表径流冲刷地面的污染物，直接污染池塘；水生态系统结构不完整，水体缺乏自净能力。

2 生态治理原则及步骤

城市街道湖塘水体污染多因水体富营养严重、水质恶化功能退化、生态链中物质能量循环闭塞、水生生物多样性降低、水体自净能力丧失等原因构成。生态修复也自以上方面对应治理，治理完成还需湖塘进行后续维护保养、生物种群优化、生态平衡调节，控制生态链，使富营养转移上岸，最终实现水体生态自净，形成自然的水体生态景观，恢复水域生态服务功能。

小微水体生态治理施工步骤：水面与驳岸清杂→底质改良与微生物活化系统→水生植物群落构建→浮游动物引导水生态系统构建→极端天气应急措施→曝气设施系统安装。

3 资源配置

3.1 人员配置及职责要求

根据小微水体水域规模面积，本案例施工人员参考配置如表1所示。

表1 施工人员配置

3.1 设备配置

根据小微水体水域规模面积，本案例设备配置如表2所示。

表2 设备配置

3.2 材料配置

根据小微水体水域规模面积，常用材料类型如表3所示。

表3 常用材料类型

4 小微水体生态治理方法、施工工艺

小微水体生态治理需先根据水体污染情况、周边环境、水质检测数据等进行对策设计。各种小微水体污染程度、污染源物质、有无补给情况不同，施工中也需灵活对待，选定适宜的施工工艺、方法，才能保证小微水体生态治理效果。

4.1 本案例小微水体生态治理方法

（1）换水，全水体范围采用人工巡查小微水体湖塘污染情况，将湖塘中的杂物垃圾，采用人工工具清理，更换为生态水体，创建稳定的生态水体系统。

（2）塘底铺设种植草，使整个塘底种植土厚度均匀在20 cm左右，为沉水植物生长创造适宜条件；底泥消毒活化常用的微生物菌种，根据施工实际进度逐步进行调控。微生物菌种主要采用两类：①光合细菌（简称SB）有益放线菌和有益芽孢杆菌的混合系统微生物群体，主要用于降解种植土中有机物、氨及亚硝酸盐，含磷和硫等物质。②氨氧化细菌（兼性菌种）与反硝化细菌（厌氧菌种）的混合系统微生物群体，主要用于降解水体中含氮物质。

（3）全水域投放浮游生物，投放密度和投放量依据现场水质及实际情况而定。生态系统构建初期，浮游动物能促进沉水植物快速成长建群并形成优势，提高生态构建效率。主要目的：①吞噬和抑制蓝绿藻，防止蓝绿藻爆发，减缓水体毒素。②吞噬有机碎屑等，净化水质，提升水体透明度。③促进沉水植物生长。④打通水体食物链，构建水体食物链。⑤浮游生物投放密度为25 mL/ m2，施工期间一次性投放。

（4）水生植物群落构建：①以人工插秧的方式种植沉水植被（水深≤0.5 m），具体种植程序如图1所示。沉水植物以完全自然、纯生态的方式生长、繁殖与演替，具有复杂的群落物种多样性、生态演替性，当生态系统建立后，沉水植物的最终面积以植被群落实际演替形成为准。N/P营养掠夺型水草为矮型苦草。②浮叶植物种植：配置宫廷睡莲，定点分散点缀。

图1 生态水植移植程序图

（5）水生动物配置。①待沉水植被生长稳定后，投放水生动物（鱼类、虾类、螺类、贝类）。②根据投放面积及设计要求，设置好投放点。③投放的鱼类有两种：肉食性鱼类和景观鱼类；投放的虾类有两种：河虾和沼虾；投放的螺类有两种：环棱螺、萝卜螺；投放的贝类是小河蚌。④鱼类、虾类采取人工投放方式在水体中心投放、螺类、贝类在岸边以人工抛洒形式投放。

（6）曝气设施系统安装。曝气基础设施布置图如图2所示。

图2 曝气基础设施布置图

湖塘水抽干、清淤完成后，即进行曝气设施基础砼浇筑，选择湖塘中心位置，基础埋深为塘底0.4 m，浇筑0.1 m厚混凝土垫层，基础外露0.5 m，顶部预埋不锈钢环，用于固定锚绳牵引。

4.2 生态治理施工工艺

4.2.1 截污、清杂、排水

小微水体生态治理，需对水体周边污染源进行截流，本案例通过设置截污管道将污染源截除至附近污水管网。水体内浮游垃圾及杂草采用人工清除，设置污水泵将病源污水排入污水管道。

4.2.2 内源污染清除

小微水体底泥是主要内源污染，首先采用吸污车将流质淤泥抽吸清除，然后采用挖机将淤泥堆牛，翻晒脱水，逐步清运至垃圾填埋场。内源污染清除至设计高程后，需对基底进行泥质取样送检，并通过验收合格后，采用生石灰铺底消毒，用量为75 kg/亩，静置7 d后进行覆土填料。

4.2.3 底泥覆盖活化植物构建

填料又称基质，是小微水体植物活化系统中的重要组成部分，它不仅是植物生长、微生物附着的重要载体，对水体中污染物的去除也具有重要作用。人为设计将不同粒径的填充材料按一定厚度铺成人工基底，供植物生长、微生物附着，该体系具有过滤、沉淀、吸附和絮凝等作用，能将水体中的SS、N、P等营养物质有效去除，同时为植物、微生物生长以及O2传输提供了必备条件。填料是微生物赖以生存的场所，是有机污染物转为无机无毒物质的枢纽，起着将污水转变成清水的作用，其组成直接关系到氮磷的净化效率等。

填料在小微水体系统中的作用主要包括：

（1）为植物生长提供营养床；

（2）为微生物繁殖提供表面；

（3）填料中微生物降解、转化和生物固定化作用；

（4）填料的无机、有机胶体及其复合体的吸附、络合沉淀作用；

（5）填料的离子交换作用；

（6）机械阻留作用，延长水流接触反应时间；

（7）气体扩散作用。

不同填料为植物和微生物提供的生存环境不同，从而影响小微水体的运行效果。人工小微水体填料主要可分为三大类：天然材料、工业副产品、人造产品。

（1）天然材料。

天然材料主要有砂、石灰石、蛭石、沸石、蒙脱石、页岩、硅藻土、膨润土、贝壳、伊利石、高岭石、白云石、黏土、草炭、钙化海藻等。

（2）工业副产品。

工业副产品主要有钢渣、粉煤灰、煤渣、炉渣、废砖块、明矾污泥、硅灰石尾矿、油棕壳等。

（3）人造产品。

人造产品主要有活性炭、堆肥、硅酸钙水合物、陶粒、改良材料等。目前几种代表性填料的特点、优缺点以及去除污染物效果等情况如表4所示。

表4 代表性填料特性汇总表

4.2.4 生态系统构建

通过在小微水体中配置不同的鱼类、栖息动物等，可逐步修复水生态环境，激活水生生物食物网（链），通过食物链，将水体中营养物质移除。

（1）鱼类生物多样性构建。根据小微水体水质净化的需求，同时根据鱼类水生动物的栖息要求，以及设计要求，在小微水体内部系统投入部分鱼类，在提升小微水体水质的同时，构建鱼类栖息地，提高小微水体内部鱼类生物多样性。

在街区小水域湖塘中，由于水体水质较差，主要在其中投放鲢鱼、鳙鱼等，滤食水体中的藻类。

在多级表流小微水体中，由于植物较密，大型鱼类无法生存，主要在其中投放中华鳑鲏、餐条、泥鳅及麦穗鱼等小型鱼类。

在沉水植物湖塘中，由于水深相对较深，且水质较好，可恢复的鱼类种类较多，主要在其中投放鲢鱼、鳙鱼、黄颡鱼等相对较大的鱼类，同时可少量投放中华鳑鲏、餐条、泥鳅及麦穗鱼等小型鱼类。

（2）底栖动物生物多样性构建。底栖动物是水生态系统中重要的组成部分，部分底栖动物是腐食食物链的重要组成部分，部分底栖动物能够有效滤食水体中的藻类等。

小微水体湖塘内水生植物的数量较多，可设计投放环棱螺、圆田螺、沼虾及无齿蚌等，以有效净化水中的藻类。

（3）水生动物投放时序。水生动物投放主要考虑要避免对水生植物造成危害，防止出现灾变时刻。部分水生动物对水生植物有较强的觅食能力，如草鱼、园田螺等，这些水生动物的投放应该在水生植物复壮4个月之后。鲢鳙及沼虾主要觅食藻类及小型浮游动物，对水生植物没有太大的危害，可在植物复壮后1个月投放。麦穗鱼、中华鳑鲏、餐条等小型鱼类，对水温较敏感，小微水体水深较浅，植物生长不茂盛时，水温变化较剧烈，存活率较低。可在植物复壮后2个月投放。泥鳅、黄颡鱼、环棱螺等为底栖生物，水体中淤泥过少时，存活率也不高，可在植物复壮后3个月投放。

表5 鱼类习性汇总表

（4）水生动物监测及数量控制。水生动物投放后，每年应进行水生动物数量调查，分析其生物量及多样性，水生动物生物量过高，威胁生态系统安全时，应有针对性的进行捕捞。

其中，鲢鳙及草鱼等可通过撒网捕捞的方式，降低其密度。草鱼控制数量以水体中水生植物能够大规模自我繁殖为标准。黄颡鱼等可通过投放地笼的方式，控制其数量。待其密度达到预期数量时，则不再投放地笼。

4.2.5 自动曝气装置

曝气装置主要根据设计要求进行配置，一般采用太阳能曝气装置。太阳能曝气装置是由太阳能光伏板、蓄电池组、曝气系统、微电脑控制系统等组成。通过太阳能光伏板将太阳能转化为电能，储存于蓄电池中，作为曝气设施的动力。

通过太阳能曝气机对湖塘内的水体进行适当曝气，进行好氧生化处理，使湖塘中有机物被微生物进一步生化降解，浓度继续下降，氨氮被硝化，使NH3-N浓度显著下降。当小微水体湖塘缺氧时开启曝气机，可预防鱼虾“浮头”，加速水体的对流，提高水体中、下层的溶氧，有利于鱼虾快速生长，降低饵料系数，促进有机物的氧化分解，减少病害的发生；另外，水体的循环流动，还能促进浮游生物的繁殖生长，提高小微水体生态活性。曝气机不仅能对水体增氧，还有效促进小微水体湖塘生物存活率和水体自净能力，从而改善湖塘水质和生态环境，其产生的水循环流动不适合某些养殖对象如鳗、虾的生活习性，但对促进鱼虾健康、快速生长具有良好的作用。

4.2.6 安全注意事项

（1）对湖塘周围围栏进行检查，确认其是否破损。

（2）定期开展安全交底，组织学习各项操作规程，辨识危险源，提出安全防护措施，增强安全防范意识。

（3）施工作业时须正确佩戴劳保用品及救生用品。

4.2.7 效果与评价

（1）时效评价。小微水体生态治理能快速治理完成，对城市的水安全及水生态环境进行改善；增加雨水收集利用效率，提升截污覆盖率及污水处置率，对全面实现城市水生态环境具有重大意义。

（2）经济评价。小微水体生态治理能有效的对水体消除黑臭，恢复水体生态、城市街区生态景观，提升城市历史底韵，取得社会经济效益。

（3）质量评价。本案例小微水体内源污染已清除，水体生态系统正在构建，截污系统已完善并投入使用，太阳能自动曝气装置也已投入运营，施工各工序质理合格率90%，质量评定优良。

水体治理后，非降雨期水质主要营养指标满足《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ-Ⅳ类标准。具体指标如表6所示。