生态修复技术在景观湖治理中的应用

2023-08-31李大鹏吴益义

水科学与工程技术 2023年4期

廉雨，李大鹏，吴益义

（北京天力程环境技术有限公司，北京 100000）

随着经济社会发展和生活水平提高，群众对生活环境的要求越来越高，景观水体在现代城市生态建设中起到越来越重要的作用。如人工营造或改造的小型河流、人工湖，小区工业园内的微小型水体等，不但可美化环境，还可改善局部小气候［1］。但由于景观水体大多是人工或半人工修建的工程，基本都是封闭或半封闭水体，存在流动性差、循环自净能力较弱的特点，加之受人为活动干扰大，容易引起水质恶化，富营养化，甚至黑臭等问题，破坏环境和谐，影响景观效果及观赏价值［2］，因此受污染的景观水体治理尤为重要。本文以某库区为例，采用物理方法和生态修复技术相结合的方式对库区水体进行治理，并分析其效果，为后续类似工程提供参考借鉴。

1 景观水体治理技术概述

1.1 物理方法

曝气复氧是通过向受污染水体安装各种曝气设备增加水中含氧量，提高水体流动性而达到水质净化的目的。景观湖的水动力条件对水体的稀释和自净能力有不可忽略的重要影响［3］。强烈水流带动周围水体运动，形成循环流，同时可带动底层水体，实现底层水体的流动性，使水体热分层消失。并将溶解氧DO 输入到底部，形成超饱和溶解氧DO 水供给底层微生物，增强微生物活性，分解水体底泥中的污染物，抑制铁和锰等金属离子的释放等，强化水体自净能力增加景观效果。

其他常规的物理方法还有底泥疏浚、补水换水等。底泥疏浚可有效降低水中的CODCr、TP 含量，改善沉积物污染状况，有利于底栖动物和微生物的多样性恢复［4］。但此方法工程量大，对疏浚底泥的处置不当易二次污染。补水换水可在一定周期内形成有效循环，效果好见效快，常用于水资源丰富的地区。

1.2 化学方法

臭氧的强氧化性不但可溶解藻细胞，还可改变藻细胞的形态结构、颗粒的稳定性，对去除藻类有较好效果。但此方法运行成本高，投资太大，且臭氧投加量不好控制。

化学药剂法常投加的有硫酸铜、漂白粉、次氯酸钠及高锰酸钾复合药剂。硫酸铜类药剂是应用最多的应急杀藻剂，效果好，但会对鱼类、底栖生物产生一定影响，长期使用还会使藻类产生耐受性；漂白粉或次氯可与水中较高浓度的有机物作用生成三卤甲烷等多种有害副产物，且不好控制投加量；高锰酸钾复合药剂在去除藻类的同时，还可去除臭味与色度［5］。

化学方法见效快，但成本高，且易引起二次污染，有一定局限性，一般用于应急处理。考虑到景观水的观赏价值和人们的身体健康，应尽量避免使用这种处理方法。

1.3 生态修复法

景观水体常用的生态修复法有生态浮岛法和人工湿地法。生态浮岛可利用植物发达的根系吸收水体中的N、P 等营养盐类，抑制藻类的生长繁殖，减轻水体因封闭或自循环不足引起的水体腥臭及富营养化问题，亦可有效吸附和滤除水体中的非溶解态颗粒物，提高水体透明度［6］。同时浮床可搭配种植不同的植物、花卉等，丰富水体的植物种类，营造多层次的景观效果。在国内外湖泊、水库、河道的原位修复中起着至关重要的作用。

人工湿地一般是利用天然条件，在原有水域的基础上修建功能区域，并搭配种植不同植物花卉，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的技术。大量研究表明：人工湿地对BOD5、COD、SS 及N、P 均有较高的去除率，兼具观赏性，且费用低、运行维护简单，对周边环境影响小，自20 世纪50 年代始广泛应用于世界各地的城市景观水体的生态修复［7］。

1.4 其他方法

生物操纵是指通过一系列湖泊中生物及其生存环境的操纵，达到水质净化的目的。生物操纵技术分为经典生物操纵和非经典生物操纵。前者是通过放养食鱼性鱼类，壮大浮游动物种群以消除或控制食浮游生物的鱼类，依靠浮游动物来遏制藻类数量。后者与之相反，是通过控制凶猛鱼类，放养食浮游生物的滤食性鱼类数量，直接以藻类浮游植物为食，消除水华。经典生物操纵适用于营养水平较低湖泊中的藻类控制，而非经典生物操纵技术适用于富营养化程度严重水华蓝藻易发的水体控制［8］。

微生物制剂法是向水体中投加特定的高效微生物或基质，以减少或消除水体污染，促进水域生态功能恢复的方法。微生物制剂种类繁多，根据其功能可分为控藻类、降低营养盐类、絮凝类。在实际应用在可根据不同的情况选择不同功能的制剂，也可两种或多种混合使用。此方法高效、无毒、无二次污染，在降解水体氮磷营养盐、提升水体透明度、抑制有害菌藻生长等方面具有物理和化学技术无法比拟的效果［9］。

2 库区现有问题分析

某库区位于某河中游，紧邻奥林匹克水上公园。2006 年为配合奥运水上项目，营造良好的水环境，库区实施环境整治工作。通过该项工程，在库区形成60 万m2，总蓄水量48 万m3的水面，深度约0.8～1 m。库区断面是国家水环境质量考核断面，考核标准为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅲ类水质标准。

2.1 水质

2014—2015 年，库区每月水质平均值基本在Ⅳ类～劣Ⅴ劣，主要超标因子为CODMn、CODcr、BOD5、氨氮、总氮及总磷；2016—2018 年水质基本为Ⅲ类、Ⅳ类。主要超标因子为CODcr、BOD5、氨氮、总氮，仍有月份达不到国家断面水质考核要求。

2.2 水位

某河断流多年，库区为封闭库区，无水体流入，亦无流出，补水仅为自然降水，无法与蒸发渗漏量相平衡，特别是在高温炎热的季节，水位下降较快，污染物易富集。

2.3 景观

某库区紧邻奥林匹克水上公园，对水质和景观要求都比较高。虽然经过前几年的治理，水华现象已转变为可防可控，但由于库区水体不流动，水位下降快，污染物富集。污染物富集造成藻类及水草的疯长，在特定时期，尤其是夏季高温情况下，水面会呈现一定程度的藻类浮渣聚集现象，透明度低感官效果差。

3 修复技术选择

针对库区存在问题，拟通过两种途径进行解决。①通过补水维持水位稳定；②在库区安装曝气造流设备、布设生态浮床及投加微生物制剂的综合修复措施，改善水体流动性，提高微生物活性，提高水体自净能力，构建生态平衡，营造景观效果。

4 方案设计

4.1 补水并提升补水水质

通过数据计算，每天需补水3000 m3可维持库区水位稳定。经综合考察论证，最经济有效的方式是从离库区最近的减河调水作为补水水源。但减河水质为地表水Ⅳ～劣Ⅴ类，主要超标因子为CODcr、BOD5和TP。为尽量减少外源污染物进入库区，需把补水水质提升至符合或优于库区考核要求。

综合考虑场地、经济、运维便捷度、小试试验结果等各方面因素，选取同轴电絮凝+气浮工艺对补水水质进行提升。设计3 组同轴电絮凝处理器，1 套加压溶气气浮机，1 套污泥处理设备及其他配套的加药系统等，平均处理量3200 m3/d，最大处理量3600 m3/d。

图1 工艺流程

同轴电絮凝+气浮工艺对补水水质处理效果良好，如表1。补水出水水质有5 个月达到库区考核要求，4 个月优于库区考核要求。

表1 补水处理效果分析

表2 库区水质效果分析

4.2 安装曝气造流设备改善流动性

设计3 种不同的曝气造流装置，1 套圆形多点造流设备、10 套曝气设备、1 套扬水造流设备。

圆形多点造流设备安装在主库区。此设备造流产生的水柱不仅可提高周围空气中的负氧离子浓度，增加空气的水蒸气含量，减少干燥提高湿度；还可吸附空气中的细菌与尘埃，在一定程度上使空气的卫生条件得以改善，起到清新洁净作用。

造流曝气机安装在圆形多点造流设备的周围，利用其喷射水流的卷吸作用使周围水体形成大流量前驱运动，使水域底部和四周形成流速较大的环状主流带，产生大流量富氧循环效果，使水体短期内溶解氧迅速增加。

扬水造流设备安装在某河新桥的北侧，利用其独特的扬水及曝气系统，制造持续超大流量纵、横向水体循环，最大限度地将底部缺氧区转移到水体表面，与表层富氧水混合，同时表层富含溶解氧DO 的水体由于受到挤压，横向水平扩散、纵向进入底层缺氧区，实现水体解层、增氧和纵横向循环交换三重功效。

3 种曝气造流设备，把静止的水塑造成灵动美丽的形式，在改善水体流动性增加氧含量的同时，营造景观效果，提高观赏价值和趣味性，增加城市环境的生机。

4.3 布设生态浮床降低污染物浓度

本项目设计10 个生态浮床，每个浮床面积120 m2，按八边形种植，安装于曝气机外围。种植的植物主要从功能性与景观性两个方面考虑。选择千屈菜、鸢尾、旱伞草、美人蕉4 种植物。其中千屈菜、鸢尾对氮、磷吸收能力好且耐寒；千屈菜及美人蕉对藻类抑制效果显著。千屈菜花为淡紫色，花期7—9月；鸢尾花为深紫色，花期3—4月；美人蕉花为红色，花期6—10月；旱伞草花为黄绿色。此4 种植物搭配，色彩丰富，花期长短结合，春夏秋3 季都有不同的花朵开放，赏花与赏叶相结合。栽种时按由高到低从浮床的中心到边缘依次布置，不同花色花期的植物相间分布、分层配置、错落有致，使植物景观丰富多彩。库区水面呈深色，与浮床植物有较大的色调和色度上的差异，加强衬托效果。同时在总体布置上与造流设备交相辉映，和谐共生。

圆形多点造流安装在主库区中心位置，以其为对称中心，每侧各安装5 台曝气造流设备，布设5 个生态浮床，整体形成“V”字型结构，构成动静相宜的景观效果。平面布置如图2。

图2 造流设备及浮床平面布置

图3 造流设备与浮床实际效果

图4 项目实施前后透明度对比

4.4 投加生物制剂提高水体自净能力

库区经过连年治理，水华问题已得到基本控制，现阶段主要以减少藻类基数、抑制藻类生长为主。同时考虑制剂安全性及使用效果，共筛选3 种生物制剂投入主库区。一种为直接控藻型的BO 水无忧环境控藻型修复剂。此制剂不仅能够阻碍微藻细胞的氨基酸生物合成，阻止细胞分裂，减少藻类基数；降解无活性的蓝绿藻，对轻度水华也具有杀灭作用，且对死亡后产生的藻类有分解作用。另外两种为减少水体中的营养物质、破坏藻类生长环境的水无忧B型及水无忧C 型，主要以除氮与除污为目的。水体富营养化主要评价指标为总氮、总磷、CODmn、叶绿素。经检测库区总磷与叶绿素a 处于较低水平，需降低总氮与CODmn的浓度，因此选择投加除污和除氮的两种微生物制剂。除污微生物制剂不仅可降低CODmn的浓度，还可降低浊度提高水体透明度。

5 实施效果

2019 年项目未实施的1—8 月，仅1 月为Ⅱ类水质，实施当月水为Ⅲ类。10，11 月为Ⅱ类。2020 年未实施的1—5 月，仅2 月为Ⅱ类水质，实施当月水为Ⅲ类，其后5 个月均为Ⅱ类。2020 年7，8，9 月主要指标CODMN、CODcr、BOD5、TP 均比2019 年同期有不同程度的降低。其中BOD5分别降低57.89%，88.24%，85.71%，CODcr分别降低21.93%，78.07%，49.03%。

2019 年项目未实施前库区的感官状况，水质浑浊，藻类漂浮聚集，2020 年浮床栽种完毕后，透明度明显增强，无藻类漂浮聚集现象。