荔枝湖治理采用新技術(shù)修復(fù)受污染城市景觀水體

摘

要：本文分析了深圳荔枝湖水體污染成因，提出標(biāo)本兼治思路，先截污后補水，綜合運用曝氣過濾、湖泊水力推

流、臭氧滅藻、人工濕地凈化等水質(zhì)凈化技術(shù)，改善湖水水質(zhì)，為城市受污染景觀水體修復(fù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：綜合治理；循環(huán)處理；水質(zhì)凈化；新技術(shù)

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荔枝湖水環(huán)境問題分析1.1

水質(zhì)現(xiàn)狀荔枝湖流域面積253.3hm2，湖面總面積為10.91萬m2，蓄水量為10萬m3。不僅具有景觀、休閑娛樂的功能，在汛期荔枝湖同時還具有調(diào)洪滯洪的作用。近年來，荔枝湖水污染日趨嚴(yán)重，水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，荔枝湖水質(zhì)達(dá)不到地表娛樂景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，水體感官差，透明度低，湖水呈暗綠色，局部出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，藻類散發(fā)腥臭味，監(jiān)測指標(biāo)多數(shù)為劣Ⅳ類，藻類以藍(lán)藻和綠藻為主，屬重富營養(yǎng)水體，且呈惡化趨勢。1.2

污染原因分析荔枝湖是具有調(diào)洪滯洪功能的景觀湖，現(xiàn)狀在湖的北、西、東共有3條雨水箱涵入湖，分別收集著深圳紅寶、松園、圓嶺、通心嶺、百花、上步等片區(qū)的雨水，由于這些片區(qū)內(nèi)的經(jīng)營單位（餐飲、洗車）和住宅樓（陽臺改廚房或放洗衣機、洗滌盆）生活污水錯排亂接，導(dǎo)致三條雨水涵中有不少污水，雖然在1990和1997年市政府先后兩次投資沿湖鋪設(shè)了2條DN700～DN1500的截污管，對3條箱涵旱季污水進(jìn)行了完全截流，且截流倍數(shù)達(dá)到了5倍，但大雨時仍有混流污水和面源污染溢流入湖，污染物的日積月累，特別是氮、磷的累積，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，再加上湖水不流動，補充交換量小，平日基本上是死水一潭，而深圳的氣溫又高，導(dǎo)致藻類大量生長繁殖，湖內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)失衡，湖水污染日趨嚴(yán)重，達(dá)不到景觀娛樂水體要求。雖在1989、1990、1997年先后歷經(jīng)三次整治，采用的措施主要是鋪設(shè)截污管、湖底清淤和增設(shè)補水管，3次的整治在一定程度上和一段時間內(nèi)使荔枝湖的水質(zhì)得到較好改善，但截污后仍存在下大雨時有混流污水和面源污染溢流入湖問題，而入湖污染物又沒有得不到處理清除，日積月累，水質(zhì)日趨變差；同時荔枝湖雖有補水，但補水量有限，僅夠補充湖面蒸發(fā)和滲漏損失量，湖水得不到定期更換，再加上湖水不能流動，只是一潭死水，不能達(dá)到“流水不腐”，導(dǎo)致湖內(nèi)生態(tài)失衡。2

荔枝湖綜合治理工程目標(biāo)依據(jù)荔枝湖水體的功能要求，荔枝湖綜合治理后湖水水質(zhì)穩(wěn)定在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)設(shè)計指標(biāo)見表1。表1水質(zhì)設(shè)計指標(biāo)指標(biāo)TN(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)CODMn(mg/L)BOD5(mg/L)DO(mg/m3)Chl-a(mg/m3)透明度(cm)治理前42.00.35158<4150<20治理目標(biāo)<1.5<1.5<0.1<10<6>5<10>60（GB3838-2002）Ⅲ類<1.0<1.0<0.1<6<4>5

（GB3838-2002）Ⅳ類<1.5<1.5<0.1<10<6>3

3

荔枝湖綜合治理方案3.1

治理思路針對荔枝湖為富營養(yǎng)化水體的污染現(xiàn)狀和以前3次治理的經(jīng)驗及存在的問題，研究結(jié)果表明僅靠截污、清淤和少量補水是難以使湖水的水質(zhì)改善保持長久的效果，因此需要采取標(biāo)本兼治的綜合治理措施，除在原截污基礎(chǔ)上要進(jìn)一步盡可能減少（由于完全消除入湖污染是基本做不到的，因為入湖雨水涵中的初雨水所帶的面源污染始終會存在的）雨季溢流時入湖的污染物總量外，重點對荔枝湖內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行綜合治理，采用環(huán)境工程措施和生態(tài)措施，確保湖水水質(zhì)在改善提高后保持長期穩(wěn)定效果。目前富營養(yǎng)化水處理的方法較多，但由于富營養(yǎng)化水源水中藻類及其他污染物的多樣性和復(fù)雜性，藻細(xì)胞特性復(fù)雜，任何單一工藝都不能達(dá)到理想的除藻效果。深圳市環(huán)境科學(xué)研究所垂直流人工濕地專有技術(shù)對N、P及藻類去除能力強，是比較理想的工藝。但考慮到荔枝公園內(nèi)用地緊張的實際情況，本方案在部分重點區(qū)域（如觀魚區(qū)等重要區(qū)域或死水區(qū)）選用人工濕地處理，對于大區(qū)域的湖水采用機械過濾＋生物法＋臭氧滅藻的組合工藝，借鑒“流水不腐”的道理，使湖水實現(xiàn)水力推進(jìn)循環(huán)，保持湖水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要手段；同時生態(tài)修復(fù)措施可建立荔枝湖生態(tài)系統(tǒng)良性生態(tài)平衡，也是荔枝湖湖水治理的最終目標(biāo)，因此生態(tài)修復(fù)是荔枝湖富營養(yǎng)化控制必不可少的措施。通過以上分析，為使荔枝湖的水體變“活”，湖水變“清”，建立荔枝湖生態(tài)系統(tǒng)良性生態(tài)平衡，采取五種措施對荔枝湖進(jìn)行綜合治理。包括以下內(nèi)容：(1)截污與補水；(2)湖水循環(huán)處理系統(tǒng)（水力自動化曝氣過濾→生態(tài)礫石床→臭氧滅藻）；(3)人工濕地湖水凈化系統(tǒng)；(4)湖水水力推流循環(huán)系統(tǒng)；(5)生態(tài)修復(fù)工程。3.2

截污與補水對錯排亂接到雨水管涵中的污水進(jìn)行整改，盡可能減少雨季溢流進(jìn)湖的污水量，本次設(shè)計中共對145個污染點進(jìn)行了整改，擬可減少進(jìn)入箱涵污水3.4萬t，而對于流域內(nèi)的住宅陽臺整改擬納入即將開展的小區(qū)正本清源中進(jìn)行。關(guān)于湖水蒸發(fā)滲漏補充水問題，目前先還利用1997年鋪設(shè)的DN300原水（有些堵塞需清通）進(jìn)行適當(dāng)補充，將來擬利用濱河污水廠中水進(jìn)行補充。3.3

人工濕地湖水凈化系統(tǒng)垂直流人工濕地專有技術(shù)對N、P及藻類有很強的去除能力，是一種理想的工藝。但考慮到荔枝公園內(nèi)用地的實際情況，本工程將人工濕地采取沿湖岸分散布置，共分為3塊，分別建立在不同的死水區(qū)域，由提升泵提升湖水進(jìn)入濕地，出水自流至湖區(qū)，提升水量由提升泵控制?？傉嫉孛娣e：824m2，處理水量：824m3/d。水生植物品種：風(fēng)車草、蘆荻、再力花、紙莎草、美人蕉等，既達(dá)到凈化污水的目的，又產(chǎn)生美化環(huán)境的效果。3.4

湖水循環(huán)處理系統(tǒng)通過對荔枝湖的污染調(diào)查和成因分析，及在國內(nèi)外的類似湖泊治理的基礎(chǔ)上，本設(shè)計采用水力自動化曝氣過濾→生態(tài)礫石床處理→臭氧滅藻的湖水大循環(huán)處理工藝，利用曝氣過濾快速濾除水中懸浮性污染物，生態(tài)礫石床去除溶解性污染物，臭氧殺滅水中藻類芽孢，抑制藻類生長。3.4.1

全塑水力自動化曝氣濾機水處理技術(shù)發(fā)展到今天，過濾設(shè)備已開發(fā)出多種類型，如虹吸濾池、V型濾池和濾網(wǎng)式微濾機、纖維過濾機等，通常只具有單層濾料或多層濾料，單一的物理過濾功能，分離懸浮物的粒徑在10um以上，對大部分藻類去除效率不高，尤其是在有油污存在的運行工況下容易產(chǎn)生堵塞，不大適合于本工程采用。在多次調(diào)研考察的基礎(chǔ)上，選擇北京王清熙水處理技術(shù)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的專利設(shè)備——全塑水力自動化曝氣濾機作為本工程的湖水循環(huán)前處理過濾設(shè)備。全塑水力自動化曝氣濾機通過曝氣、氣浮、過濾等單元操作，凈化水質(zhì)，同時不斷向水中加入溶解氧。濾料為級配的復(fù)合多層濾料，濾料可以去除0.5u以上的大腸桿菌（大小在（0.4～0.7）μm×（1～3）μm）和藻類（個體大小在2～200μm）。設(shè)備反沖洗通過自動定時裝置，沖洗歷時3分鐘左右即可達(dá)到反沖洗效果。反沖洗強度可以達(dá)到32L/m2·S，在設(shè)備反沖洗時，只有一個濾體進(jìn)行沖洗，其他三個繼續(xù)工作，設(shè)備的清水箱中可以儲存10m3的水，同時其他三個濾體不斷補充水源，沖洗歷時180s左右，可以保證沖洗所需水量在30m3左右，流量在169L/s，從而保證了反沖洗強度。本設(shè)備反沖洗為自動虹吸，設(shè)備沖洗的周期由水質(zhì)決定。在高強度的反沖洗條件下，濾層100％膨脹，濾料之間相互摩擦，將表面雜質(zhì)脫離，隨著沖洗水流帶走。設(shè)備具有濾料防流失裝置，濾料在高強度的沖洗下不會流失。從而保證了濾料可以100％再生，不用更換。該設(shè)備在深圳民俗文化村等全國各地已有成功運行的實例，運行時不需投加混凝劑、助凝劑，全系統(tǒng)水力自動化工作，不設(shè)專職人員，全部為國家專利產(chǎn)品，性能優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。根據(jù)調(diào)查資料，藻類的生長周期為5天左右，爆發(fā)生長期為3天。在高溫的雨季，大量的漂浮性和溶解性污染物從雨水排污箱涵流入湖內(nèi)，需要對湖水進(jìn)行快速處理才能保證湖水水質(zhì)不會惡化。根據(jù)荔枝湖水環(huán)境功能的這一特點，本設(shè)計選擇過濾處理規(guī)模為雨季43200m3/d，旱季21600m3/d。湖水循環(huán)周期分別為2.4d和4.7d。選用兩臺型號為WQX-12A全塑水力自動化曝氣濾機，單臺處理能力900m3/h。3.4.2

生態(tài)礫石床生態(tài)礫石床接觸氧化工藝是在水體中按設(shè)計放置一定量的礫石做填料層，上層覆土并種植生態(tài)草皮或做其它用途均可，使水流斷面上微生物附著在填料表面，前半段在鼓風(fēng)曝氣的作用下，通過填料上生物膜分解有機物，去除氨氮、磷，后半段在去除有機物的同時沉淀去除懸浮物，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。該工藝為人工生態(tài)系統(tǒng)，特別適用于低污染河、湖水的治理，具有造價和運行費用低、水力負(fù)荷高的特點。從荔枝湖水質(zhì)特點來看，由于其COD指標(biāo)較低，而總氮、總磷含量較高，因此，特別適合生態(tài)礫石床工藝的應(yīng)用，著重去除湖水中的溶解性污染物。生態(tài)礫石床單元處理規(guī)模為21600m3/d，生態(tài)礫石床水力有效停留時間2h，有效容積1800m3，有效深度2m，分成回旋廊道式。前半段鼓風(fēng)曝氣，氣水比1.5:1，配套羅茨鼓風(fēng)機兩臺，一用一備，單臺性能：Q=25m3/min，P=0.25kgf/cm2，N=15kW。3.4.3

滅藻處理系統(tǒng)對于富營養(yǎng)化的湖泊水污染治理來說，滅藻系統(tǒng)是很有直接效果的處理設(shè)施。目前主要的滅藻工藝有臭氧滅藻、紫外線滅藻、化學(xué)藥劑滅藻，主要在其它處理設(shè)施的出水進(jìn)行滅活處理，殺死藻類芽孢，抑制藻類生長?；瘜W(xué)滅藻具有投資省、運行管理簡單，但存在運行費用較高，產(chǎn)生二次污染，影響水體生態(tài)系統(tǒng)。本工程由于其特殊的地理位置和其作為景觀休閑娛樂場所，其安全性和生態(tài)系統(tǒng)的平衡是最關(guān)鍵的，因此本工程采用滅藻效果好，無二次污染，有成功實例的臭氧方案。為了提高臭氧滅藻效率和結(jié)合藻類繁殖規(guī)律確定滅活周期，本工程藻類滅活周期為4.7d，處理規(guī)模為21600m3/d。本臭氧發(fā)生器使用空氣氣源，設(shè)計臭氧投加量為2mg/L，采用軟管微孔曝氣投加，臭氧吸收率90％，臭氧接觸時間15min，接觸池有效容積225m3。尾氣經(jīng)尾氣破壞器處理后排空，將臭氧對環(huán)境的影響減少到最低程度。本設(shè)計采用兩套1.5kg/h的臭氧系統(tǒng)，湖水可通過三種途徑進(jìn)入臭氧接觸池。3.5

水力推流循環(huán)系統(tǒng)為了使整個湖區(qū)水參與循環(huán)，而不形成短路，并保持整個湖區(qū)的良好生態(tài)功能，本設(shè)計將大湖西湖與大湖東部連接間3座橋封住，并在3座橋下設(shè)了活動閘門，定時開啟。根據(jù)荔枝湖自然格局的特點可以利用水力推流循環(huán)的方式，實現(xiàn)荔枝湖的循環(huán)流動，提高氧氣向水中的傳輸速率，抑制底泥中氮、磷的釋放。本設(shè)計已在北湖、西湖通過提升泵形成了大循環(huán)，局部死水區(qū)有人工濕地小循環(huán)。而湖區(qū)南面寬闊，容易形成大面積死水區(qū)。為了避免這一現(xiàn)象，在南部水域布置了6臺WY-1型微氧推流機使湖水循環(huán)流動加入湖水大循環(huán)處理。采用的微氧推流機設(shè)備為美國原裝進(jìn)口，效率高，浮于水面，便于安裝與移動。單臺功率2.2kW，過水量15000m3/d，充氧量70kg/d。在南部區(qū)域的湖水循環(huán)推流周期為約12h。3.6

生態(tài)修復(fù)工藝技術(shù)湖泊水體污染實為生態(tài)失衡，生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)是湖泊環(huán)境和富營養(yǎng)化水體綜合治理的一個重要環(huán)節(jié)，是總體治理效果的最后實現(xiàn)過程，如果缺少這個環(huán)節(jié)，總體治理效果將會受到很大的限制。3.6.1

阿科曼生態(tài)基系統(tǒng)阿科曼生態(tài)基是利用人工材料和人工技術(shù)模擬水體自然生態(tài)環(huán)境的水體修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)融合了水生生態(tài)學(xué)、材料學(xué)和微生物學(xué)的前沿理論，采用阿科曼生態(tài)基作為自然生態(tài)環(huán)境中水草的替代品，借助生態(tài)基的吸附能力和對浮游生物提供棲息場所和天然食物的優(yōu)勢，重建被破壞的湖內(nèi)生態(tài)體系，使湖水恢復(fù)較強的自凈功能，從而達(dá)到凈化水體的效果。基于湖水的水體流態(tài)及污染的可能途徑和對湖水治理的要求，阿科曼生態(tài)基主要布置在荔枝湖西側(cè)部位和湖面南區(qū)部分區(qū)域，以避免對湖面游船的影響，阿科曼生態(tài)基全部采用水底放置型，對湖泊景觀基本不構(gòu)成影響。根據(jù)現(xiàn)有阿科曼生態(tài)基處理負(fù)荷的經(jīng)驗值，結(jié)合荔枝湖水體和其他參數(shù)，荔枝湖采用阿科蔓2100m2。并根據(jù)荔枝湖湖水深度確定阿科曼生物基規(guī)格采用2.0m×0.6m和2.0×1.0m兩種。3.6.2

水生植物的應(yīng)用結(jié)合國內(nèi)外研究應(yīng)用成果和多年的實踐經(jīng)驗、深圳氣候環(huán)境及荔枝湖原有的水生生物種類，從水生植物生物學(xué)特性、耐污性、對氮、磷去除能力、景觀效果等多方面進(jìn)行分析，篩選出能適應(yīng)荔枝湖水質(zhì)現(xiàn)狀，同時具有景觀效果的物種進(jìn)行栽種。本設(shè)計植物配植：被截污管隔開的湖岸邊及非劃船區(qū)部分岸邊5m寬的種植帶。種植面積6000m2，水生植物品種有再力花、花葉蘆荻、香蒲、風(fēng)車草、睡蓮、荷花、海芋、美人蕉、蜘蛛蘭。3.6.3

魚類放養(yǎng)針對荔枝湖富營養(yǎng)化水體，應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理，通過調(diào)整水體食物鏈結(jié)構(gòu)，控制草食性魚類，發(fā)展濾食性、雜食性魚類群體，進(jìn)行多種魚類、多種規(guī)格的混養(yǎng)。本設(shè)計投放鯽魚40000尾，羅非魚50000尾，鯪魚40000尾，鰱魚35000尾，鳙魚25000尾，鯉魚10000尾，規(guī)格為4～12cm，目的在于充分利用水體中的浮游生物，懸浮有機碎屑，同時有效地去除水底沉積物，減緩水體富營養(yǎng)化程度，避免藻類過量繁殖，實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。3.6.4

添加微生物菌作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，微生物占有極其重要的生態(tài)位，可將受污染水域中的有機物降解為無機物，這正是污染物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化過程中的第一個步驟，在生物修復(fù)中尤其重要。因而，本方案于生態(tài)修復(fù)措施中采取投加微生物菌作為一種輔助性措施。本工程微生物菌采用深圳環(huán)科所專有產(chǎn)品，以光合菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等微生物為主的、經(jīng)特殊方法培養(yǎng)而制成的有益微生物制劑。本工程菌種投加總量6.5t，其中固體微生物菌2.5t，液體微生物菌4t。4

荔枝湖工程調(diào)試水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析本工程在2005年12月31日已完成湖區(qū)水下工程，景觀湖于2006年1月5日開始蓄水。經(jīng)過單機調(diào)試后進(jìn)行了聯(lián)動試運行，7、8月份的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2荔枝湖調(diào)試水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果時間測點編號pH濁度溶解氧葉綠素a藻類密度透明度CODNH3-NTNTP

NTUmg/Lμg/L×106個/Lcmmg/Lmg/Lmg/Lmg/L7

月

份泵池進(jìn)水7.3013.836.0245.827.252390.020.5070.1437過濾出水7.2027.936.2840.324.0

220.070.5960.1141礫石床出水7.623.164.9643.325.8

230.030.6420.09291臭氧出水

240.070.7170.09715濕地出水7.3400.4812.487.85

23.750.090.8930.03082大湖北7.219.3755.01524.4514.856221.50.070.7360.08868大湖中8.2311.078.5850.630.157310.060.4630.1098南湖8.097.988.0951.030.36324

0.5660.1141西湖7.5214.237.1343.125.654350.010.5280.10988

月

份泵池進(jìn)水7.26512.08255.1737.12522.25014.850.8630.6030.09714過濾出水7.3610.46.3234.920.87

14.8470.640.970.076礫石床出水7.480.701.50724.0314.57

16

1.1750.029臭氧出水7.533.9610.4621.2812.98

6.011.951.210.0336濕地出水7.400.410.736.9

10.110.1030.6150.01459大湖北7.239.05.4524.114.6257.28.690.4841.0610.05587大湖中7.9410.