天津地區再生水景觀水體水質變化及保持方法研究

□文/紀陶 狄晨光 何偉 姜威

天津地區再生水景觀水體水質變化及保持方法研究

□文/紀陶 狄晨光 何偉 姜威

再生水回用城市景觀水體，盡管可依賴生產工藝和工程措施以保障水質達標，但是再生水與自然水體相比營養物底值相對較高，其富含的氮、磷等營養成分成為誘發水體富營養化的首要因素。以天津市漣水園小區景觀水體為監測對象，分析了再生水回用于景觀水體所產生的水質問題并分析多種水質保持方法的可行性。

再生水；景觀水體；水質變化；保持方法

1　再生水回用于景觀水體的現狀問題

我國北方氣候多風少雨，景觀水體的蒸發量較大，如天津市年均蒸發量可達1 000 mm，遠高于年均降雨量611 mm［1～2］，因此，景觀水體需大量補水以維持水量，保持景觀效果。北方城市大多水資源緊缺，為緩解水資源短缺和城市生態環境之間的矛盾，再生水已逐漸成為城市景觀水體的主要補水水源，是水生態循環和修復利用的重要途徑之一。

隨著社會對再生水認知度的不斷提高，再生水越來越廣泛的應用于城市景觀水體，由于再生水水源為城市污水，經工藝深度處理后，雖達到再生水回用水質標準，但仍與天然水體存在一定的差別，再生水中氮、磷等水質指標較自來水和自然水體來說相對較高，屬易富營養化水源。經國內外工程實踐證明，將再生水做為景觀水源，如果不采取一定的維護措施，抑制藻類大量繁殖，將會嚴重破壞景觀水體效果。

1.1內部因素

我國城市再生水用于景觀環境用水的水質指標依據是GB/T18921—2002《城市污水再生利用景觀環境用水水質》，而GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中，天然景觀水體的水質指標對CODCr、BOD5以及TN、TP等的要求十分嚴格。從工程實例中來看，GB3838—2002中的要求過于苛刻，忽略了水體的自凈能力，而GB/T 18921—2002中對TN、TP的要求又過于寬松，往往會給流動緩慢或靜止的水體造成隱患，見表1。

表1　再生水回用標準與地表水水質標準對比mg/L

再生水中氮、磷等指標高于天然水體富營養化的臨界指標，加上景觀水體中缺少對水體自凈其促進作用的水生動植物或由于地形原因導致水體流動緩慢甚至停止流動，成為“死水”，使水體的新陳代謝循環過程遭到嚴重破壞，更易發生富營養化問題，易暴發水華［3］。

1.2外部因素

雨季地表徑流的雨水匯攜著地面垃圾排入景觀水體，加速了水質的惡化且景觀水體周邊通常受到植被綠化、灌溉、施肥、噴藥以及植物的凋零等影響，使景觀水體中的氮、磷等含量不斷累積。

另外，設計的不合理導致水體流動性較差，易造成局部死水，使污染物聚集，從而影響到整個水體的水質，還有人為的破壞及寵物的便溺都是影響因素。

除此之外，各種大氣污染，如霾、揚塵、酸雨等，也會對水體造成一定的影響，尤其是霧霾，近年來各地出現的霾污染也受到的環境保護等相關部門的重視，也已著手開展調研。

2　再生水景觀水體水質改善保持的常見技術措施

2.1生物自凈

生物自凈法主要是利用水生植物吸收利用氮、磷等營養元素進行生物代謝活動的特點，通過引入多種水生動植物建立水體生態系統，從而去除景觀水體中營養物質的過程。在利用再生水做為直接水源的城市景觀水體中，水生動植物群落能夠明顯降低景觀水體的感官性污染，可有效提高景觀水體水質穩定時間，有研究表明，55%的植物覆蓋率能夠有效緩解再生水回用所導致的富營養化問題［4］。

在再生水景觀水體中建立水生植物區域并放養適當的水生動物，以調整植物群落，利用他們產生的協同效應達到水體保持的目的，還可以增加水體生物多樣性，構建出完整的生態系統，從而建立水體生態平衡。常用的水生植物，如鳳眼蓮，其氮磷含量分別約為1.20%和0.79%，按其產量5 kg/m2計算，其每年的氮磷去除負荷分別為60、40 g/m2，其他常用的還有水芙蓉、狐尾藻等［5］。

但需注意一點，水生植物的投放密度應控制在合理的范圍內，以防止其繁殖過多，成為新的富營養源，而適得其反，也可利用食草性水生動物來對水生植物的繁殖進行控制，如草魚等。

2.2人工干預

人工干預主要分為物理方法和化學方法兩種。物理法主要有定期補換水、增加旁濾、疏浚底泥等。定期補換水的主要原理是稀釋，是污染物一直保持在較低的指標，對一些水面較小的景觀水體行之有效。增加旁濾主要是景觀水體通過生物濾池、濾溝、砂濾缸等系統裝置，一是可以降低水體的濁度，保持較好的感官效果，二是可以進一步去除藻類、營養鹽、懸浮物等［6］。疏浚底泥主要是將富含營養的底泥去除，以達到控制藻類的目的，從而延緩景觀水體營養化的發生。

3　漣水園景觀水體水質變化趨勢

3.1概況

以漣水園小區為觀測對象，其地處天津市南部，小區湖景綠化率高達56%，開窗即景，戶戶臨水，屬于典型的景觀水體居住小區，其小區內景觀水體的水源來自于原紀莊子（現津沽）再生水廠供水系統，見圖1。

圖1　漣水園小區景觀水體

該小區景觀水體面積達萬余平方米，平均水深在70 cm左右，池底和池壁皆為建筑石材鋪就，屬于淺水硬底景觀水體，每年4月中旬至11月初為充水期，實現其景觀功能，其余時間（即冬季）將水池放空，以防止管道等設備設施受到凍害。

3.2水質變化趨勢及分析

由于該景觀湖蓄水使用時間為4—11月，因此將水質監測時間定為以2014年4月中旬進水開始，至11月初池水放空結束為一個監測周期，以便摸索水質變化的趨勢。經現場勘查，在該湖南北側分別選取一個取樣點進行水體取樣，取樣器材為磨砂口玻璃取樣瓶，取樣后密封，每次取樣1 L，取樣周期為10 d，監測項目為總磷、總氮、COD、濁度和溶解氧。通過連續近7月對景觀水體進行采樣監測，經數據匯總分析，分別列出了A（北側）、B（南側）的各水質指標沿時分布變化趨勢，見圖2-圖6。

圖2　2014年漣水園景觀水體總磷趨勢

圖3　2014年漣水園景觀水體總氮趨勢

圖4　2014年漣水園景觀水體COD趨勢

圖5　2014年漣水園景觀水體濁度趨勢

圖6　2014年漣水園景觀水體溶解氧趨勢

由圖2-圖6可看出，在4月中旬，也就是景觀湖開始進水初期，由于整個冬季，受到降水、刮風等自然影響，使池內有一定的污染物聚積，再加上管道內存有大量的死水，雖然對池體進行沖洗、放空等人工清理作業，仍有部分污染物殘留池體中，使得湖體進水初期各項指標偏高，主要體現在濁度、總磷等方面。由于再生水進入水體初期，自身各項污染指標較低，水體自凈能力較強，加之氣溫較低，不利于藻類繁殖，使得水質各項指標趨于下降。

5月份開始，氣溫逐漸回升，開始進入藻類春季生長期，TN、TP、CODCr都開始體現出明顯的增長趨勢。在10月份，各水質變化曲線又有增長的趨勢，說明秋季也是一個藻類生長期，使得水質指標趨于升高，但隨著溫度的降低各項指標應逐漸降低，11月中上旬景觀湖將放空。

3.3分析水體保持的可行性措施

針對該景觀湖體水體實際情況，可采取的水體保持措施有如下幾種，采用定期補換水方案、建立旁濾系統、拋灑水質凈化藥品、投放水生植物。

第一種方法，定期補換水。根據水質惡化情況決定換水周期，即在水質惡化初期或出現惡化前兆時，將水全部或部分排放，補充新鮮水源。該方法直接有效，但成本較高，該景觀湖體雖需水量較小，但也有數千立方米之多，按照目前的再生水水價4元/m3，一次整體換水成本也需數萬元，顯然運營成本過高，所以該方案放棄。

第二種方法，建立旁濾系統。該方法利用砂缸等旁濾設備對水體不斷進行處理，使水質維持在較好的指標，其處理效果立竿見影，較第一種方法節省大量水費。但是，該系統初投資較大并且存在長期的運行成本，故該系統適用于大型景觀湖泊，相比之下該景觀湖規模較小，顯然也不適合。

第三種方法，拋灑水質凈化藥品。一般來說，水質凈化藥物具有針對性，不同水質情況使用不同的藥物，而且藥劑的使用方法、使用量以及產生的沉淀物如何處理對于小區物業公司來說明顯存在困難。最重要的是，該景觀湖臨近居民住宅，對人體有無傷害也未可知，故放棄該方法。

第四種方法，投放水生植物。利用一些水生植物的喜磷喜氮特性，通過吸收水體中的各種營養物質滿足其自身的生長需求。此類水生植物通常具有易成活、易取得、易管理、價格低廉等特點。該方法易于實現、初投資極低、幾乎無后續運行成本，既可起到未雨綢繆之作用，還可增加景觀美觀和觀賞度。

經綜合分析，結合現場情況，決定采用第四種方法展開景觀水體保持試驗并確定試驗方案及試驗材料采購清單。

在2015年5—9月期間，以漣水園景觀湖水源——津沽再生水廠出水和其他兩個不同營養化程度的水源作為水生植物培養試驗水源。

此試驗為露天開展，每四周為一個周期，選擇挺水植物、沉水植物、漂浮植物三種類型，每個類型選取兩種常見代表性植物進行對比培養，見圖7，每個試驗樣本水量為100 L，植株質量為300 g。首先，選取健壯植株，用蒸餾水沖洗并去除腐爛根葉，用營養液（霍格蘭式配方）進行7 d的預培養，見圖8。

圖7　試驗場地及器材

圖8　用霍格蘭式營養液進行預培養

試驗前，用蒸餾水沖洗并用濾紙吸干植株表面水分。每周取水500 mL進行檢測，安排TN、TP、DO、COD、色度等5個項目并進行數據匯總及分析，見表2。

表2　水生植物去除氮磷效果比較

漣水園景觀水體水面面積只有萬余平方米且水深通常在70～80 cm，蓄水量相對較少，只有數千立方米。由于是硬底設計，受地下水水位和滲漏量影響極小，雖然夏季降雨較多，但由于降雨量遠小于蒸發量，所以該景觀水體水分損失應主要為蒸發量和滲漏量。定期的適當補水，可有效緩解該水體的富營養化過程，使水體水質得到有效的保持，直到進入冬季，景觀水放空，完成其景觀美化效果。

與此同時，還可以投放一些水生植物，可以更有效的進行水體水質保持，也可以達到更好的景觀綜合美化效果。例如，挺水植物菖蒲、黃花鳶尾、三棱草、蘆葦、荷花等，采用盆栽，整盆置入水中；漂浮植物水芙蓉、黃花荇菜、水葫蘆等，建議使用生物浮床、浮籃等水培植物裝置，以便管理和控制其過度繁殖，免得適得其反。

4　結論

以再生水為唯一水源的景觀水體，其中的氮磷等營養成分的濃度遠高于藻類生長所需要的濃度并且景觀水體水面面積相對有限，很難達到良好的流動效果，再加上由于現場地形的影響，景觀水體多少會存在一些流動性差的死角區域，也容易造成污染物局部聚積，從而影響到整個景觀水體。

培養水生植物可有效保持景觀水體水質，對于景觀水體來說比較容易實施，而且其成本低、效果好、便于管理，也有利于整體生態環境的改善和水體景觀的美化效果提升。

今后的研究將不限于單品種對比試驗，會更側重于水生植物群落的選配和栽培方式以及加入魚類等的水生動植物綜合選配方案，通過更大的樣本試驗繼續進行研究分析。

［1］榮艷淑，屠其璞.天津地區蒸發演變及對本地氣候干旱化影響的研究［J］.氣候與環境研究，2005，（4）：575-583.

［2］段麗瑤，劉愛霞，史珺.1918—2010年天津降水指數變化特征［J］.氣候變化研究進展，2012，8（3）：171-177.

［3］趙樂軍，劉琳，唐福生，等.關于現行再生水水質標準和規范執行情況的討論［J］.給水排水，2006，33（12）：120-125.

［4］孟慶義，吳曉輝，趙立新，等.再生水回用于北京景觀水體引起的水質變化及其改善措施［J］.水資源保護，2011，27（1）：51-54.

［5］甄月惠，張洪燕，章文姣.再生水景觀水體的富營養化成因及治理措施，2011，（19）：289-290.

［6］焦士興，許萍.水環境質量的綜合評價方法研究［J］.云南地理環境研究，2004，16（2）：63-66.

□狄晨光、何偉、姜威/天津中水有限公司。

TU991.57

C

1008-3197（2016）02-37-04

2016-03-02

紀陶/男，1985年出生，工程師，天津中水有限公司，從事再生水廠生產運行及設備維護管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.013

□課題項目：2014年度天津市建設系統第一批科學技術發展計劃。