城市景觀水體富營養化治理中的應用研究論文
城市景觀水體富營養化治理中的應用研究論文
景觀水體是現代城市生態建設的重要部分，它可以滿足人們身心的需要。但由於景觀水體半封閉、流動性差、迴圈自淨能力較小等特點，水體汙染問題越來越嚴重，普遍出現富營養化現象。水體富營養化導致水體透明度下降，溶解氧降低，水質嚴重惡化，極易暴發藍藻水華。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，工藝複雜條件不易控制等缺點。
水動力迴圈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。筆者結合實際，在景觀水體無錫蠡溪公園西苑中引入了水動力迴圈復氧控藻技術，探討了該技術對景觀水體水質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。
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於蠡溪橋西側，佔地3.7hm2，公園中心區為景觀水體(下稱西苑水體)，僅透過位於四角的小橋與外圍河流連線，水體相對封閉。在上游河流來水和周圍汙水排放共同影響下，水體水質嚴重超標，並且連年有藍藻暴發。
1.2試驗方案
1.2.1試驗設計及監測方法。為改善景區水體環境，控制藍藻生長，2010年2月在西苑水體中應用了水動力迴圈復氧控藻技術對該景觀水體進行生態修復，以達到淨化水質、控制藍藻暴發，改善景區水環境的目的。根據無錫蠡溪公園西苑水體的形狀特徵和水質特徵，選取了2臺水動力迴圈復氧控藻裝置安裝於水體中，並設定5個取樣點，分別為懋德橋、田葉橋、鳳荷橋、綠楊橋、湖中心，自2010年3～11月共取樣9次，以5個取樣點的平均水質代表整個西苑水體的水質狀況，考察水動力迴圈復氧控藻技術對西苑水體的改善情況。
主要監測指標包括: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(CODMn)、葉綠素(Chla)等;③生物指標主要監測藻類總丰度及其種類組成變化。
CODMn採用酸性法;TN、TP採用過硫酸鉀-紫外消解分光光度法;NH4+-N採用納氏比色法;葉綠素a採用熱乙醇法。每次測樣時加入國家環保總局水環境標準樣品(國家標準樣品物質網)進行加標測定。
1.2.2水動力迴圈復氧控藻技術原理及相關試驗引數。水動力迴圈復氧控藻技術裝置利用高效縱向迴圈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，此過程不僅有助於改善水體的表面張力，而且加快了介面復氧速度。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，實現了上下層水體的交換。覆蓋面積內水體不僅實現了水體的縱向迴圈，而且改善了水體溶解氧及營養鹽的分佈狀況，使整個水體溶解氧含量明顯提高，並逐漸均化。
試驗選取的水動力迴圈復氧控藻裝置正常運轉時，葉輪由高效低速直流電機帶動，由於其具有軸向流和正向位移的雙重特性，透過腔體能產生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流，感應流與主導流匯合後沿著水體表面以360°輻射狀向外擴散。該水動力迴圈復氧控藻裝置的總迴圈交換量約為5萬t/d。
2結果與分析
2.1對CODMn的去除效果
儘管處理水體周圍仍然不斷有餐飲汙水排入湖體，但汙染負荷相對穩定可控。可以看到在處理期間，整個水體的CODMn濃度呈現下降趨勢，處理期結束時平均去除率達到28%，CODMn指數保持在地表II～III類水。這是由於系統使上、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的淨化效果
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。這是由於水動力迴圈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物氨轉化，形成硝酸鹽，透過水生植物的`吸收利用、魚類的攝食作用將N搬離水體。水體由厭氧轉向好氧的過程如下:
RCHNH2COOH→NH3
RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3
NH4++O2→NO3-
最後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的轉化方向，在厭氧或缺氧環境下，由於Fe、Al和Mn等金屬元素以低價離子的形式存在，有利於磷酸鹽的釋放。相反，富氧環境有利於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移而被去除。
2.3水動力迴圈復氧控藻技術對藻類的控制效果分析
對於水動力迴圈復氧控藻技術對藻類的處理效果，國內外有相應的報道，其控藻的機理主要在於水動力迴圈打破了藍綠藻繁殖的最佳生境。筆者從葉綠素a的濃度、藻類總丰度、浮游植物種類和優勢藻種4個方面進行了監測分析。由於藻類繁殖的高峰期在夏季，所以研究只對6月、7月和8月的藻類總丰度、浮游植物種類和優勢藻種進行了跟蹤監測。
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季節，處理區藻類生長也受到了有效的抑制。原因在於水動力迴圈復氧控藻裝置對營養鹽和有機汙染物的去除，減少了藻類生長必須的營養源，而系統形成的水體上下交換打破了喜靜藍藻的生存環境，因此隨著執行時間延長，處理區水體藻類Chla整體上呈下降趨勢。
2.3.2藻類總丰度變化。在水動力迴圈復氧控藻裝置的作用下，西苑水體中浮游植物總丰度明顯降低，和6月份相比，7月份的藻類總丰度下降了57%，8月份基本維持在同一水平。水動力迴圈復氧控藻裝置加速了水的流動，打破了水體營養鹽的不均勻分佈，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藍藻的生長環境，使其喪失生長優勢。
2.3.3浮游植物組成變化。在西苑水體中，初期處理區水體中藻類主要以藍藻、綠藻、矽藻為主，6月份在群落中所佔比例分別為51%、18%、19%，7月份比例分別為3%、15%、60%，水體中隱藻開始增多，佔藻類總丰度19%;8月份一些隱藻成為優勢藻種，各門所佔比例分別為藍藻22%、綠藻37%、矽藻10%、隱藻35%。可見在浮游植物群落組成中，綠藻門植物數量基本穩定，藍藻與矽藻生長相互制約，數量變化不穩定，因而在多種因素綜合作用下，矽藻丰度也表現出了波動變化，所佔比例下降。可見，水動力迴圈復氧控藻技術不僅降低了浮游植物的數量，也影響著浮游藻類群落的組成和結構。
2.3.4優勢藻種變化。隨著藻類群落組成變化，水體優勢藻種也變化明顯，6月份以矽藻門小環藻為主，7月份色球藻增多，成為優勢藻種，8月份隱藻門藻類增殖加快，發展成為優勢種，主要為尖尾藍隱藻，此外綠藻門仍佔據一定的比例，衣藻屬成為第二優勢藻種。水體中優勢藻種類和數量的變化說明，水動力迴圈復氧控藻技術促進了pH、溶解氧和水溫等環境因子的均化，增強了矽藻、隱藻等其他藻類的競爭能力，水體不再以藍綠藻佔優勢，在水流環境適合的條件下，矽藻、隱藻等藻類迅速增殖成為優勢藻種，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生。
3結論
水動力迴圈復氧控藻技術對無錫蠡溪公園西苑景區水體中CODMn、TN、NH4+-N、TP及藻類葉綠素a均有明顯的去除效果，水質改善效果顯著，與3月份相比，處理區各監測點水體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)。經過水動力迴圈復氧控藻技術處理後，水體中藻類總丰度明顯下降，平均下降率達到56%，藻種組成發生了變化，群落逐漸從單一結構轉變為多優勢種共存的穩定結構，水體不再以藍綠藻佔優勢，在水流環境適合的條件下，矽藻、隱藻等貧營養型藻類的競爭能力增強，迅速增殖成為優勢藻種，微囊藻、色球藻、魚腥藻等有害藻類生長受到抑制，景區藍藻水華現象得到了有效控制，景區生態環境明顯轉好。
本工程試驗結果表明，水動力迴圈復氧控藻技術作為一種新型的水生態修復技術，在富營養化景觀水體水質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裝置執行的驅動力，無執行費用，是最具特色的節能環保水生態治理技術，可在景觀水體治理工程中進行推廣應用。