城市景觀水體富營養(yǎng)化治理中的應用研究論文

　　景觀水體是現(xiàn)代城市生態(tài)建設的重要部分，它可以滿足人們身心的需要。但由于景觀水體半封閉、流動性差、循環(huán)自凈能力較小等特點，水體污染問題越來越嚴重，普遍出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。水體富營養(yǎng)化導致水體透明度下降，溶解氧降低，水質(zhì)嚴重惡化，極易暴發(fā)藍藻水華。目前，景觀水體的治理常用技術有物理處理法、化學處理法、生物修復法，而這幾種方法都存在著一些問題，比如能耗高，效果難以持久，工藝復雜條件不易控制等缺點。

　　水動力循環(huán)復氧控藻技術作為一種新型的水處理技術，具有無能耗、低維護費、易操作、擁有良好處理效果等特點。筆者結(jié)合實際，在景觀水體無錫蠡溪公園西苑中引入了水動力循環(huán)復氧控藻技術，探討了該技術對景觀水體水質(zhì)的改善效果和對其浮游藻類生長的抑制作用，以期為景觀水體治理及技術的選擇和應用提供理論依據(jù)。

　　1水體概況及試驗方案

　　1.1水體概述無錫蠡溪公園西苑位于蠡溪橋西側(cè)，占地3.7hm2，公園中心區(qū)為景觀水體(下稱西苑水體)，僅通過位于四角的小橋與外圍河流連接，水體相對封閉。在上游河流來水和周圍污水排放共同影響下，水體水質(zhì)嚴重超標，并且連年有藍藻暴發(fā)。

　　1.2試驗方案

　　1.2.1試驗設計及監(jiān)測方法。為改善景區(qū)水體環(huán)境，控制藍藻生長，2010年2月在西苑水體中應用了水動力循環(huán)復氧控藻技術對該景觀水體進行生態(tài)修復，以達到凈化水質(zhì)、控制藍藻暴發(fā)，改善景區(qū)水環(huán)境的目的。根據(jù)無錫蠡溪公園西苑水體的形狀特征和水質(zhì)特征，選取了2臺水動力循環(huán)復氧控藻設備安裝于水體中，并設置5個采樣點，分別為懋德橋、田葉橋、鳳荷橋、綠楊橋、湖中心，自2010年3～11月共采樣9次，以5個采樣點的平均水質(zhì)代表整個西苑水體的水質(zhì)狀況，考察水動力循環(huán)復氧控藻技術對西苑水體的改善情況。

　　主要監(jiān)測指標包括:①物理指標:水溫、pH、溶解氧(DO)、色度、濁度;②化學指標:總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、葉綠素(Chla)等;③生物指標主要監(jiān)測藻類總豐度及其種類組成變化。

　　CODMn采用酸性法;TN、TP采用過硫酸鉀-紫外消解分光光度法;NH4+-N采用納氏比色法;葉綠素a采用熱乙醇法。每次測樣時加入國家環(huán)保總局水環(huán)境標準樣品(國家標準樣品物質(zhì)網(wǎng))進行加標測定。

　　1.2.2水動力循環(huán)復氧控藻技術原理及相關試驗參數(shù)。水動力循環(huán)復氧控藻技術設備利用高效縱向循環(huán)將底層低溶解氧的水提升到表層使之形成表面流，使表層水體不斷更新，此過程不僅有助于改善水體的表面張力，而且加快了界面復氧速度。另外，在水體自重作用下，被抽走的底層水由鄰近的上層水體替代，實現(xiàn)了上下層水體的交換。覆蓋面積內(nèi)水體不僅實現(xiàn)了水體的縱向循環(huán)，而且改善了水體溶解氧及營養(yǎng)鹽的分布狀況，使整個水體溶解氧含量明顯提高，并逐漸均化。

　　試驗選取的水動力循環(huán)復氧控藻設備正常運轉(zhuǎn)時，葉輪由高效低速直流電機帶動，由于其具有軸向流和正向位移的雙重特性，通過腔體能產(chǎn)生10m3/min的主體流。深層水體會快速流向水體表面，當主體流離開葉輪以近層流的方式快速流過分水盤時，同時形成感應流將淺表層的水帶動起來而形成一個環(huán)流，感應流與主導流匯合后沿著水體表面以360°輻射狀向外擴散。該水動力循環(huán)復氧控藻設備的總循環(huán)交換量約為5萬t/d。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1對CODMn的去除效果

　　盡管處理水體周圍仍然不斷有餐飲污水排入湖體，但污染負荷相對穩(wěn)定可控。可以看到在處理期間，整個水體的CODMn濃度呈現(xiàn)下降趨勢，處理期結(jié)束時平均去除率達到28%，CODMn指數(shù)保持在地表II～III類水。這是由于系統(tǒng)使上、下層水體充分交換，提高了水體的溶解氧濃度，加速了水中有機物的氧化。另外底層水體的溶解氧濃度得到明顯提高，形成的富氧環(huán)境促進了微生物的降解作用，故水體中的CODMn濃度逐漸降低。

　　2.2對N、P的凈化效果

　　N、P含量超標是西苑水體存在的主要問題，水體TN初始值在4.0mg/L以上，TP初始值在0.18mg/L左右。如圖5，處理區(qū)水體TN、NH4+-N、TP都呈下降趨勢，到11月份，TN、NH4+-N、TP最高去除率分別達到67%、84%、56%，達到了地表Ⅳ類水標準。這是由于水動力循環(huán)復氧技術增強了好氧微生物的活性，使其脫氮除磷能力得到顯著提高。

　　N的去除方面，好氧條件加速了硝化作用，促進底層厭氧分解產(chǎn)物氨轉(zhuǎn)化，形成硝酸鹽，通過水生植物的`吸收利用、魚類的攝食作用將N搬離水體。水體由厭氧轉(zhuǎn)向好氧的過程如下:

　　RCHNH2COOH→NH3

　　RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

　　NH4++O2→NO3-

　　最后NO3-被植物吸收去除。

　　在P的釋放和吸附過程中，溶解氧濃度可影響P的轉(zhuǎn)化方向，在厭氧或缺氧環(huán)境下，由于Fe、Al和Mn等金屬元素以低價離子的形式存在，有利于磷酸鹽的釋放。相反，富氧環(huán)境有利于水體中磷酸鹽的吸附，水體中的磷被固化在底泥中或被浮游動植物吸收轉(zhuǎn)移而被去除。

　　2.3水動力循環(huán)復氧控藻技術對藻類的控制效果分析

　　對于水動力循環(huán)復氧控藻技術對藻類的處理效果，國內(nèi)外有相應的報道，其控藻的機理主要在于水動力循環(huán)打破了藍綠藻繁殖的最佳生境。筆者從葉綠素a的濃度、藻類總豐度、浮游植物種類和優(yōu)勢藻種4個方面進行了監(jiān)測分析。由于藻類繁殖的高峰期在夏季，所以研究只對6月、7月和8月的藻類總豐度、浮游植物種類和優(yōu)勢藻種進行了跟蹤監(jiān)測。

　　2.3.1對葉綠素a的去除效果。可以看出，自5月份以來，水體葉綠素a一直維持在較低水平14～28mg/L。與處理初期相比，11月份葉綠素a下降率達到61.0%，平均去除率達到了40.2%。即使在夏秋藻類易爆發(fā)季節(jié)，處理區(qū)藻類生長也受到了有效的抑制。原因在于水動力循環(huán)復氧控藻設備對營養(yǎng)鹽和有機污染物的去除，減少了藻類生長必須的營養(yǎng)源，而系統(tǒng)形成的水體上下交換打破了喜靜藍藻的生存環(huán)境，因此隨著運行時間延長，處理區(qū)水體藻類Chla整體上呈下降趨勢。

　　2.3.2藻類總豐度變化。在水動力循環(huán)復氧控藻設備的作用下，西苑水體中浮游植物總豐度明顯降低，和6月份相比，7月份的藻類總豐度下降了57%，8月份基本維持在同一水平。水動力循環(huán)復氧控藻設備加速了水的流動，打破了水體營養(yǎng)鹽的不均勻分布，使浮游植物的平流損失量加大，此外，擾動作用能夠打破大多數(shù)藍藻的生長環(huán)境，使其喪失生長優(yōu)勢。

　　2.3.3浮游植物組成變化。在西苑水體中，初期處理區(qū)水體中藻類主要以藍藻、綠藻、硅藻為主，6月份在群落中所占比例分別為51%、18%、19%，7月份比例分別為3%、15%、60%，水體中隱藻開始增多，占藻類總豐度19%;8月份一些隱藻成為優(yōu)勢藻種，各門所占比例分別為藍藻22%、綠藻37%、硅藻10%、隱藻35%。可見在浮游植物群落組成中，綠藻門植物數(shù)量基本穩(wěn)定，藍藻與硅藻生長相互制約，數(shù)量變化不穩(wěn)定，因而在多種因素綜合作用下，硅藻豐度也表現(xiàn)出了波動變化，所占比例下降。可見，水動力循環(huán)復氧控藻技術不僅降低了浮游植物的數(shù)量，也影響著浮游藻類群落的組成和結(jié)構(gòu)。

　　2.3.4優(yōu)勢藻種變化。隨著藻類群落組成變化，水體優(yōu)勢藻種也變化明顯，6月份以硅藻門小環(huán)藻為主，7月份色球藻增多，成為優(yōu)勢藻種，8月份隱藻門藻類增殖加快，發(fā)展成為優(yōu)勢種，主要為尖尾藍隱藻，此外綠藻門仍占據(jù)一定的比例，衣藻屬成為第二優(yōu)勢藻種。水體中優(yōu)勢藻種類和數(shù)量的變化說明，水動力循環(huán)復氧控藻技術促進了pH、溶解氧和水溫等環(huán)境因子的均化，增強了硅藻、隱藻等其他藻類的競爭能力，水體不再以藍綠藻占優(yōu)勢，在水流環(huán)境適合的條件下，硅藻、隱藻等藻類迅速增殖成為優(yōu)勢藻種，使得藻類群落的多樣性提高(均值由1.63增加至2.36)。這些貧營養(yǎng)型藻類的競爭能力加強，抑制了微囊藻、色球藻、魚腥藻等有害藻類的增殖，可有效控制西苑水體藍藻水華的發(fā)生。

　　3結(jié)論

　　水動力循環(huán)復氧控藻技術對無錫蠡溪公園西苑景區(qū)水體中CODMn、TN、NH4+-N、TP及藻類葉綠素a均有明顯的去除效果，水質(zhì)改善效果顯著，與3月份相比，處理區(qū)各監(jiān)測點水體TN平均去除率均達35.7%，NH4+-N平均去除率達到49.7%，TP平均去除率達到37%;CODMn平均去除率達到28%，葉綠素a平均去除率達40.2%。

　　總體來說，西苑水體目前已達到IV類水標準，符合一般景觀要求水域的用水標準(V類)。經(jīng)過水動力循環(huán)復氧控藻技術處理后，水體中藻類總豐度明顯下降，平均下降率達到56%，藻種組成發(fā)生了變化，群落逐漸從單一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄡?yōu)勢種共存的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，水體不再以藍綠藻占優(yōu)勢，在水流環(huán)境適合的條件下，硅藻、隱藻等貧營養(yǎng)型藻類的競爭能力增強，迅速增殖成為優(yōu)勢藻種，微囊藻、色球藻、魚腥藻等有害藻類生長受到抑制，景區(qū)藍藻水華現(xiàn)象得到了有效控制，景區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯轉(zhuǎn)好。

　　本工程試驗結(jié)果表明，水動力循環(huán)復氧控藻技術作為一種新型的水生態(tài)修復技術，在富營養(yǎng)化景觀水體水質(zhì)改善和藍藻控制方面具有顯著效果，且該技術完全以太陽能為設備運行的驅(qū)動力，無運行費用，是最具特色的節(jié)能環(huán)保水生態(tài)治理技術，可在景觀水體治理工程中進行推廣應用。

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