生态修复技术在黑臭水体治理中的应用与研究

2021-06-29杨贤群

科技创新与应用 2021年17期

杨贤群

（江苏永威环境科技股份有限公司，江苏南京210029）

1 治理前水环境现状

1.1 水环境概况

芜湖某湖公园是芜湖市第二等级城市公园，是芜湖市重要的景观水体，是芜湖市镜湖区内较大的调蓄水面之一，总面积约13万m2。某湖公园一共分为A、B、C三个水体区域，本次研究水体为C区，水体平均水深约2.0m，面积约52000m2，库容约104000m3，属于浅水景观湖。

1.2 水质情况调查

研究水体受周边雨污水、城市地表径流以往渔业养殖等的多重影响，湖泊水体水质浑浊，部分区域臭味明显，水体藻华严重。对水质进行了取样分析，具体水质数据见表1。

由表1得知，水体氮、磷营养盐超标严重，参照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅴ类标准，分别超标2.14倍、1.55倍，而溶解氧处于较低水平；参照《城市黑臭水体污染程度分级标准》，透明度SD、氧化还原点位ORP均达到轻度黑臭标准。

1.3 底泥状况调查

底泥污染的长期淤积，使湖泊的调蓄能力降低，退化水生态系统，引起河湖水体内源二次污染。研究水体多年未经清淤，湖底存在一定的淤积，平均达到约50cm。对其进行底泥监测采样分析，检测指标涵盖了全氮、全磷、有机质这3项指标，根据《全国土壤普查养分分级标准》情况，总体看来，某湖公园水体底泥养分处于很丰富水平。其中全氮3.3g/kg，处于1级很丰富水平；有机质5.2g/kg，处于1级很丰富水平；全磷0.86g/kg，处于2级丰富水平。

1.4 水生态环境调查

湖体内无沉水植物，岸带挺水植物植被稀疏，水中能见少量野杂鱼类，整体未见底栖动物存活。研究水体呈现生态系统薄弱、水体流动性差、自净能力低下等多方面问题，导致水体服务功能丧失或降低。

对比试验板选择在相同的工况环境下进行焊接，最终经无损检测合格后进行理化检测试验，检测内容包括焊缝金相显微组织、拉伸试验、冲击试验、焊接接头硬度。

1.5 富营养化评价

水体富营养化是一种有机型污染，主要指氮、磷等营养物质含量过多所引起的水质污染现象[1]。根据表1水质检测数据，使用综合营养状态指数法（TLI（Σ）），系统地开展对某湖公园水体富营养化评价，水体的综合富营养化指数为74.92，整个水体基本处于重度富营养状态。

表1 水质检测数据表单位：mg/L

1.6 水体服务功能情况

根据芜湖市某湖公园的功能定位，某湖公园水体其生态价值大致包括：休闲娱乐、蓄水涵养水源、净化水质、大气调节、科研教育、丰富生物多样性、提供良好生态环境等价值。然而，随着研究水体水质污染恶化，涵养水源、净化水质、科研教育、丰富生物多样性、提供良好生态环境等价值将无法实现，而娱乐休闲价值、调节大气价值也大幅降低。

2 可行性分析

通过调查结果显示，研究水体属于目前城市河湖水体较为典型的污染特征。但水体水环境特征、驳岸形态、基底条件均利于水生态系统的恢复；水利蓄水量满足要求；经过截污、清淤等手段，水体污染负荷可以控制在水生态系统可承受范围之内。因此，某湖公园水体水生态修复工程具备实施条件。

3 生态修复方案

针对研究水体存在的问题及建设目标，因地制宜地确定以生态修复技术为核心技术手段，从“岸带”——“水体”——“底质”，再从“水面”——“水下”——“水底”全方位对水体进行有效的污染治理及生态恢复，具体采用污染源控制、水生态系统修复、水质净化及景观提升技术和生态系统优化调整等方面着手，削减水体污染物含量、改善提升水质感官指标，实现研究水体服务功能。

3.1 污染源控制

3.1.1 外源污染控制

（1）截污改造及管道污染物清除

针对研究水体周边存在的破损、漏接、错接的管网进行统一改造或新建，确保污水全部接入污水管网，减少污染进入研究水体。影响范围内管网由于自然沉积的淤泥等污染物将会被雨水裹挟冲刷进入水体内，造成持续性污染，因此，对影响范围内直接排入水体的雨水主干管道进行清淤疏浚。

（2）初期雨水处理

据研究，雨水通过径流带来的面源污染已经成为影响城市河湖水体污染的重要因素，主要污染形式有初期雨水直排、雨季管道溢流、地表径流等，当这些污染远远超过水体环境容量时，水体会逐步发展成为黑臭水体，使水生态系统的结构和功能遭到了严重破坏[2]。根据前期现场勘查，目前水体有5处雨水排口，根据不同管径及水量设置5套不同规模的点源排口处理系统。

3.1.2 内源污染控制

结合某湖公园水体实地情况，采用干式清淤法结合生态清淤理念，即降低湖区水位，清除表层污染严重的底泥，预留5～10cm底泥层，保护湖底原状底泥，以利于沉水植物、底栖动物、土著微生物的生态重建，实现生态清淤的目的。

3.2 水生态系统恢复

3.2.1 湖底原位修复净化技术

为控制清淤之后底泥不平衡释放的问题，全水域底质采用底泥缓释型修复颗粒10t（约200g/m2），对预留底泥层进行消解，固化、降解有机质，调节pH，灭杀有害菌类，利于后期沉水植物、挺水植物、浮叶植物的种植并提高其成活率。

3.2.2 水下生态自净系统构建

高等水生植物群落是生态系统最重要的生产者，也是生态系统的核心组成部分，构建由沉水植物、挺水植物、浮叶植物及其根际微生物等组成的复合生态系统[3]。除此之外，水下生态自净系统还包括水生动物群落构建，鱼类、大型底气动物群落构建等。

（1）沉水植物群落构建

沉水植物是高等水生植物群落中最重要的组成要素，它能吸收大量水体中的营养物质，与此同时，通过沉水植物光合作用增加水体原生氧，提高水体溶解氧，减少底泥的再悬浮，增加水体的透明度；另外，沉水植物分泌的一些化感物质和营养竞争等方式可以有效抑制藻类的生长[4]。

本项目沉水植物主要选取品种有苦草、金鱼藻、穗状狐尾藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜等。根据沉水植物生态位、对水体透明度的要求及后期运行维护的需求，对沉水植物进行浅水区、较深区、深水区三个分区种植。在浅水区种植活和播种苦草、金鱼草、穗状狐尾藻，其中苦草种植面积19300m2，播种500kg，金鱼草种植面积3860m2，穗状狐尾藻3860m2，共计27020m2。在较深区域种植以轮叶黑藻、竹叶眼子菜，其中竹叶眼子菜9650m2，播种200kg；竹叶眼子菜种植面积1930m2。种植密度均在80～120株/m2，采用直接扦插法种植，插入底泥4-6cm。

（2）岸带挺水植物群落构建

岸带挺水植物群落对沿湖岸面源地表径流污染进行拦截、吸收、吸附处理等，降低污染物对研究水体的冲击，形成一道天然的缓冲屏障。本研究一共种植挺水植物带总面积1800m2，选择香蒲、雨久花、花黄鸢尾、再力花、旱伞草、千屈菜、花叶芦竹、水生美人蕉等8个品种交替种植，种植宽度2～5m不等，在保证拦截效果的同时，保证一定的景观效果。

（3）过渡带浮叶植物群落构建

浮叶植物也是水生植物的主要组成部分。浮叶植物常作为治理富营养化水体的先锋种，用以控制浮游植物，改善水体透明度，为其他水生植物恢复创造条件。浮叶植物群落的恢复和重建是重建富营养化浅水湖泊生态系统的重要措施之一[5]。设计距沿岸2～10m，50～100cm水深范围内种植景观睡莲825m2，荷花450m2，菱角225m2，考虑到浮叶植物自然繁衍的不可控性，主要采取盆栽的方式种植。

（4）鱼类群落构建

鱼类的群落构建主要设计虑食性白鲢、鳙鱼，肉食性乌鳢、黄颡鱼，完善水生态食物链。滤食性鱼类主要以浮游植物和浮游动物为食，可以适当去除水体藻类的含量，有效控制水体富营养化藻类的爆发；肉食性鱼类主要以小型鱼类、昆虫等为食，适当放养可以均衡鱼类结构，减少野杂鱼对沉水植物的过渡牧食。具体放养白鲢3827kg，鳙鱼333kg，乌鳢120kg，黄颡鱼280kg。

（5）大型底栖动物构建

在水生态系统中，大型底栖无脊椎动物对物质分解起着重要作用，是生态系统中物质循环、能量流动中积极的消费和转移者，并通过摄食、掘穴和建管等扰动活动直接或间接地影响着水生态系统[6]。腹足类铜锈环棱螺、双壳类河蚬、三角帆蚌主要以有机碎屑等为食，适当放养可有效去除、过滤上覆水悬浮颗粒和浮游藻类，提高水体透明度，改变可溶解性氮、磷形态[7]。按研究水体总水域面积进行大型底栖动物自然放养，其中腹足类铜锈环棱螺放养密度为36g/m2，共计1900kg；双壳类河蚬、三角帆蚌按1：3的配比进行组合放养，放养密度为24g/m2，共计1260kg。后期大型底栖动物依据其自然繁殖能力进行扩展，不断丰富生物总量。

3.3 水质净化及景观提升技术

水质净化及景观提升技术是将复合生态浮岛、浮水喷泉、仿生人工水草、微生物菌种等进行技术集成，发挥各自优势，辅助完成水体生态系统的构建。复合生态浮岛总布设面积2000m2，布设形式有环形组合浮岛和长方形浮岛两种。布设7套1.5kW浮水喷泉，其中6套喷泉组成两套组合喷泉，景观效果突出。仿生人工水草布设4200m2，布设在深水区，补充可能由于沉水植物对光照、水深、季节上的缺位。水生态系统中，微生物通过氧化、还原、光合、同化、异化把有机物转变为简单的化合物，净化水质，从而维持水生态系统中水生植物、水生动物、水质间的平衡[8]。微生物菌剂主要成分为光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫化细菌等液态有益微生物，共计15t，分批次投撒。