城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化治理中的應(yīng)用研究論文
景觀水體是現(xiàn)代城市生態(tài)建設(shè)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(dòng)性差、循環(huán)自凈能力較小等特點(diǎn)，水體污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，普遍出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致水體透明度下降，溶解氧降低，水質(zhì)嚴(yán)重惡化，極易暴發(fā)藍(lán)藻水華。目前，景觀水體的治理常用技術(shù)有物理處理法、化學(xué)處理法、生物修復(fù)法，而這幾種方法都存在著一些問(wèn)題，比如能耗高，效果難以持久，工藝復(fù)雜條件不易控制等缺點(diǎn)。
水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)，具有無(wú)能耗、低維護(hù)費(fèi)、易操作、擁有良好處理效果等特點(diǎn)。筆者結(jié)合實(shí)際，在景觀水體無(wú)錫蠡溪公園西苑中引入了水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)，探討了該技術(shù)對(duì)景觀水體水質(zhì)的改善效果和對(duì)其浮游藻類(lèi)生長(zhǎng)的抑制作用，以期為景觀水體治理及技術(shù)的選擇和應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1水體概況及試驗(yàn)方案
1.1水體概述無(wú)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(chēng)西苑水體)，僅通過(guò)位于四角的小橋與外圍河流連接，水體相對(duì)封閉。在上游河流來(lái)水和周?chē)鬯欧殴餐绊懴�，水體水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)，并且連年有藍(lán)藻暴發(fā)。
1.2試驗(yàn)方案
1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)方法。為改善景區(qū)水體環(huán)境，控制藍(lán)藻生長(zhǎng)，2010年2月在西苑水體中應(yīng)用了水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)對(duì)該景觀水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，以達(dá)到凈化水質(zhì)、控制藍(lán)藻暴發(fā)，改善景區(qū)水環(huán)境的目的。根據(jù)無(wú)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(tái)水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻設(shè)備安裝于水體中，并設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，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(gè)采樣點(diǎn)的平均水質(zhì)代表整個(gè)西苑水體的水質(zhì)狀況，考察水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)對(duì)西苑水體的改善情況。
主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括:①物理指標(biāo):水溫、pH、溶解氧(DO)、色度、濁度;②化學(xué)指標(biāo):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(biāo)主要監(jiān)測(cè)藻類(lèi)總豐度及其種類(lèi)組成變化。
CODMn采用酸性法;TN、TP采用過(guò)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(cè)樣時(shí)加入國(guó)家環(huán)保總局水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品物質(zhì)網(wǎng))進(jìn)行加標(biāo)測(cè)定。
1.2.2水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)原理及相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)。水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)設(shè)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(guò)程不僅有助于改善水體的表面張力，而且加快了界面復(fù)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(shí)現(xiàn)了上下層水體的交換。覆蓋面積內(nèi)水體不僅實(shí)現(xiàn)了水體的縱向循環(huán)，而且改善了水體溶解氧及營(yíng)養(yǎng)鹽的分布狀況，使整個(gè)水體溶解氧含量明顯提高，并逐漸均化。
試驗(yàn)選取的水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪由高效低速直流電機(jī)帶動(dòng)，由于其具有軸向流和正向位移的雙重特性，通過(guò)腔體能產(chǎn)生10m3/min的主體流。深層水體會(huì)快速流向水體表面，當(dāng)主體流離開(kāi)葉輪以近層流的方式快速流過(guò)分水盤(pán)時(shí)，同時(shí)形成感應(yīng)流將淺表層的水帶動(dòng)起來(lái)而形成一個(gè)環(huán)流，感應(yīng)流與主導(dǎo)流匯合后沿著水體表面以360°輻射狀向外擴(kuò)散。該水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻設(shè)備的總循環(huán)交換量約為5萬(wàn)t/d。
2結(jié)果與分析
2.1對(duì)CODMn的去除效果
盡管處理水體周?chē)匀徊粩嘤胁惋嬑鬯湃牒w，但污染負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定可控�？梢钥吹皆谔幚砥陂g，整個(gè)水體的CODMn濃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，處理期結(jié)束時(shí)平均去除率達(dá)到28%，CODMn指數(shù)保持在地表II～I(xiàn)II類(lèi)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(jī)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(jìn)了微生物的降解作用，故水體中的CODMn濃度逐漸降低。
2.2對(duì)N、P的凈化效果
N、P含量超標(biāo)是西苑水體存在的主要問(wèn)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(shì)，到11月份，TN、NH4+-N、TP最高去除率分別達(dá)到67%、84%、56%，達(dá)到了地表Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。這是由于水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧技術(shù)增強(qiáng)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(jìn)底層厭氧分解產(chǎn)物氨轉(zhuǎn)化，形成硝酸鹽，通過(guò)水生植物的`吸收利用、魚(yú)類(lèi)的攝食作用將N搬離水體。水體由厭氧轉(zhuǎn)向好氧的過(guò)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(guò)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(jià)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(dòng)植物吸收轉(zhuǎn)移而被去除。
2.3水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)對(duì)藻類(lèi)的控制效果分析
對(duì)于水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)對(duì)藻類(lèi)的處理效果，國(guó)內(nèi)外有相應(yīng)的報(bào)道，其控藻的機(jī)理主要在于水動(dòng)力循環(huán)打破了藍(lán)綠藻繁殖的最佳生境。筆者從葉綠素a的濃度、藻類(lèi)總豐度、浮游植物種類(lèi)和優(yōu)勢(shì)藻種4個(gè)方面進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。由于藻類(lèi)繁殖的高峰期在夏季，所以研究只對(duì)6月、7月和8月的藻類(lèi)總豐度、浮游植物種類(lèi)和優(yōu)勢(shì)藻種進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)。
2.3.1對(duì)葉綠素a的去除效果。可以看出，自5月份以來(lái)，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(dá)到61.0%，平均去除率達(dá)到了40.2%。即使在夏秋藻類(lèi)易爆發(fā)季節(jié)，處理區(qū)藻類(lèi)生長(zhǎng)也受到了有效的抑制。原因在于水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻設(shè)備對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)污染物的去除，減少了藻類(lèi)生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)源，而系統(tǒng)形成的水體上下交換打破了喜靜藍(lán)藻的生存環(huán)境，因此隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，處理區(qū)水體藻類(lèi)Chla整體上呈下降趨勢(shì)。
2.3.2藻類(lèi)總豐度變化。在水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻設(shè)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(lèi)總豐度下降了57%，8月份基本維持在同一水平。水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻設(shè)備加速了水的流動(dòng)，打破了水體營(yíng)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(dòng)作用能夠打破大多數(shù)藍(lán)藻的生長(zhǎng)環(huán)境，使其喪失生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。
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(lèi)主要以藍(lán)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(kāi)始增多，占藻類(lèi)總豐度19%;8月份一些隱藻成為優(yōu)勢(shì)藻種，各門(mén)所占比例分別為藍(lán)藻22%、綠藻37%、硅藻10%、隱藻35%�？梢�(jiàn)在浮游植物群落組成中，綠藻門(mén)植物數(shù)量基本穩(wěn)定，藍(lán)藻與硅藻生長(zhǎng)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(dòng)變化，所占比例下降�？梢�(jiàn)，水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)不僅降低了浮游植物的數(shù)量，也影響著浮游藻類(lèi)群落的組成和結(jié)構(gòu)。
2.3.4優(yōu)勢(shì)藻種變化。隨著藻類(lèi)群落組成變化，水體優(yōu)勢(shì)藻種也變化明顯，6月份以硅藻門(mén)小環(huán)藻為主，7月份色球藻增多，成為優(yōu)勢(shì)藻種，8月份隱藻門(mén)藻類(lèi)增殖加快，發(fā)展成為優(yōu)勢(shì)種，主要為尖尾藍(lán)隱藻，此外綠藻門(mén)仍占據(jù)一定的比例，衣藻屬成為第二優(yōu)勢(shì)藻種。水體中優(yōu)勢(shì)藻種類(lèi)和數(shù)量的變化說(shuō)明，水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)促進(jìn)了pH、溶解氧和水溫等環(huán)境因子的均化，增強(qiáng)了硅藻、隱藻等其他藻類(lèi)的競(jìng)爭(zhēng)能力，水體不再以藍(lán)綠藻占優(yōu)勢(shì)，在水流環(huán)境適合的條件下，硅藻、隱藻等藻類(lèi)迅速增殖成為優(yōu)勢(shì)藻種，使得藻類(lèi)群落的多樣性提高(均值由1.63增加至2.36)。這些貧營(yíng)養(yǎng)型藻類(lèi)的競(jìng)爭(zhēng)能力加強(qiáng)，抑制了微囊藻、色球藻、魚(yú)腥藻等有害藻類(lèi)的增殖，可有效控制西苑水體藍(lán)藻水華的發(fā)生。
3結(jié)論
水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)對(duì)無(wú)錫蠡溪公園西苑景區(qū)水體中CODMn、TN、NH4+-N、TP及藻類(lèi)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(cè)點(diǎn)水體TN平均去除率均達(dá)35.7%，NH4+-N平均去除率達(dá)到49.7%，TP平均去除率達(dá)到37%;CODMn平均去除率達(dá)到28%，葉綠素a平均去除率達(dá)40.2%。
總體來(lái)說(shuō)，西苑水體目前已達(dá)到IV類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，符合一般景觀要求水域的用水標(biāo)準(zhǔn)(V類(lèi))。經(jīng)過(guò)水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)處理后，水體中藻類(lèi)總豐度明顯下降，平均下降率達(dá)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(shì)種共存的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，水體不再以藍(lán)綠藻占優(yōu)勢(shì)，在水流環(huán)境適合的條件下，硅藻、隱藻等貧營(yíng)養(yǎng)型藻類(lèi)的競(jìng)爭(zhēng)能力增強(qiáng)，迅速增殖成為優(yōu)勢(shì)藻種，微囊藻、色球藻、魚(yú)腥藻等有害藻類(lèi)生長(zhǎng)受到抑制，景區(qū)藍(lán)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(yàn)結(jié)果表明，水動(dòng)力循環(huán)復(fù)氧控藻技術(shù)作為一種新型的水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體水質(zhì)改善和藍(lán)藻控制方面具有顯著效果，且該技術(shù)完全以太陽(yáng)能為設(shè)備運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)力，無(wú)運(yùn)行費(fèi)用，是最具特色的節(jié)能環(huán)保水生態(tài)治理技術(shù)，可在景觀水體治理工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。
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