水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)技術(shù)探究

吳革 應(yīng)群姣 趙鈺燕

（1浙江省工業(yè)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司3100122浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院310021）

水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)技術(shù)探究

吳革1應(yīng)群姣1趙鈺燕2

（1浙江省工業(yè)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司3100122浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院310021）

目前人類十分關(guān)注城市水源污染的問題，本文與實(shí)踐案例經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，對(duì)某水源湖的生態(tài)特點(diǎn)以及物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將核心為水生態(tài)技術(shù)的方案提了出來。本文主要闡述了生態(tài)修復(fù)技術(shù)，這種技術(shù)十分適合在水源湖進(jìn)行應(yīng)用，文章中分析了各類技術(shù)的特點(diǎn)以及其在類型不同的河流中應(yīng)用的效果，除此之外還將生態(tài)修復(fù)技術(shù)的選擇方法進(jìn)行了介紹。

水質(zhì)凈化；生態(tài)修復(fù)；技術(shù)

生活生產(chǎn)和面源兩個(gè)方面的污染都會(huì)影響到城市水源湖的水質(zhì)質(zhì)量。一方面，湖區(qū)會(huì)排放人們生活和工作的污水，這種污染會(huì)對(duì)人工湖泊中的Do含量進(jìn)行轉(zhuǎn)變，對(duì)各種有機(jī)物、微生物來說，這些磷元素和氮元素對(duì)其成長發(fā)展來說也非常有利，這些都會(huì)對(duì)水源湖的水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。另一方面，農(nóng)作物在沒有完全吸收化肥農(nóng)藥有機(jī)物質(zhì)的情況下，這些會(huì)向地表流動(dòng)，從而通過土壤侵蝕對(duì)人工湖泊的水質(zhì)產(chǎn)生影響。因此本文主要對(duì)幾種修復(fù)生態(tài)的技術(shù)進(jìn)行了介紹。

1 水生態(tài)修復(fù)技術(shù)

1.1 人工濕地技術(shù)

人工濕地構(gòu)成的基本要素包括多濕、微生物、植物、和基質(zhì)的環(huán)境，能夠?qū)竦氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)形成。以水流形態(tài)為依據(jù)，可以將濕地分為復(fù)合流人工濕地、潛流人工濕地以及表面流人工濕度等三種，具體其如圖1。

圖1 人工濕地3種類型

相較于傳統(tǒng)的城市二級(jí)處理廠，人工濕地去除磷元素和氮元素的效果較好。人工濕地通常TP的去除率約為85%、TN的去除率約為85%、BOD的去除率約為80%。人工濕地的觀賞性非常強(qiáng)，生態(tài)效益也十分顯著，其能夠結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)與風(fēng)景林建設(shè)，將間接或直接的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生[1]。

1.2 生態(tài)前置庫技術(shù)

圖2為前置庫工作原理，其由回用和導(dǎo)流系統(tǒng)、強(qiáng)化凈化系統(tǒng)以及沉降帶三個(gè)部分構(gòu)成。

圖2 前置庫工作原理

（1）強(qiáng)化凈化系統(tǒng)

強(qiáng)化凈化系統(tǒng)包括深水凈化區(qū)和淺水生態(tài)區(qū)。深水強(qiáng)化凈化區(qū)是對(duì)高效人工強(qiáng)化凈化技術(shù)、固定化脫氮除磷微生物漂浮床以及凈化作用非常強(qiáng)的沉水植物進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)其中的有機(jī)污染物、磷元素以及氮元素等進(jìn)行去除。淺水生態(tài)區(qū)與人工濕地生態(tài)處理系統(tǒng)相似。

（2）沉降帶

沉降帶是對(duì)現(xiàn)有的溝渠進(jìn)行科學(xué)的改造后加以應(yīng)用，將大型水生植物如蘆葦，種植在溝渠中，并沉淀、攔截處理引入處理系統(tǒng)的存在于地表徑流中的泥沙和顆粒物。

（3）回用與導(dǎo)流系統(tǒng)

在暴雨降落的時(shí)候，為了避免前置庫系統(tǒng)有暴溢的情況出現(xiàn)，就需要向前置庫引入最開始下的雨水，后來下的雨水則從導(dǎo)流系統(tǒng)流出，以需要為依據(jù)對(duì)出水進(jìn)行處理，在用回用系統(tǒng)進(jìn)行處理之后再進(jìn)行應(yīng)用。

從研究前置庫的結(jié)果可以看出，在光照和水深互相的作用的情況上，前置庫在經(jīng)歷2到12天的滯水時(shí)間的情況下，能夠達(dá)到34%～61%的正磷酸鹽去除率，達(dá)到22%～64%的總磷元素去除率。磷元素去除率會(huì)在很大程度上受到前置庫的運(yùn)行、建造和設(shè)計(jì)的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要對(duì)污染負(fù)荷大小、前置庫庫容、水深、溫度、存貯能力、滯水時(shí)間、水力參數(shù)以及光照等因素進(jìn)行考慮。滯水時(shí)間與磷元素、氮元素的比的函數(shù)就是對(duì)氮元素的去除率，其去除率會(huì)隨著磷元素、氮元素的比的增大而縮小[2]。

1.3 生物操縱技術(shù)

兇猛的存在于營養(yǎng)層最高層的魚類其主要捕食對(duì)象為食浮游動(dòng)物魚類和無脊椎動(dòng)物魚類，當(dāng)有許多食浮游動(dòng)物魚類存在于調(diào)控水體之中，兇猛魚類會(huì)將食浮游動(dòng)物魚類作為最優(yōu)食物選擇，一旦食浮游動(dòng)物魚類數(shù)量減少，其就會(huì)降低大型浮游營養(yǎng)級(jí)動(dòng)物的捕食壓力，在這種情況下大型浮游動(dòng)物的數(shù)量會(huì)快速增加。由于大型浮游動(dòng)物的濾食作用提升，水體的初級(jí)生產(chǎn)力以及藻類生物量也會(huì)下降，會(huì)優(yōu)先利用具有較大尺寸的藻類，藻類種群也會(huì)逐漸向微型化演變，這就是生物操縱技術(shù)。

1.4 水體人工造流混合技術(shù)

將水流循環(huán)應(yīng)用造流混合設(shè)備進(jìn)行帶動(dòng)，使得庫區(qū)底層水體和表層水體交換劇烈，對(duì)水庫表層在夏季水華高發(fā)期出現(xiàn)的溫度躍層進(jìn)行破壞，從而向水庫底層驅(qū)趕溫度躍層積聚的藻類，出于溫度驟降和光照非常低的原因，藻類的活性會(huì)逐漸失去進(jìn)而消亡。并且，在交換水體的過程中會(huì)出現(xiàn)“均一”效應(yīng)，從而稀釋底層具有較高濃度的錳和鐵，在水深方向上其會(huì)逐漸具有一致的濃度，并且復(fù)氧效應(yīng)會(huì)由于造流揚(yáng)水而出現(xiàn)，進(jìn)而降低污染物的濃度，這就是水體人工造流混合技術(shù)的工作原理，具體情況如圖3。

圖3 人工造流混合技術(shù)工作原理

1.5 生物強(qiáng)化凈化技術(shù)

生物膜技術(shù)是生物凈化技術(shù)的基本原理，其是指將合成材料或天然的材料作為載體，將一種特別的生物膜在其表面形成，生物膜具有較大的表面積，其能夠?qū)⑤^大的附著表面提供給微生物，使得其降解污染物的作用加強(qiáng)，其主要優(yōu)點(diǎn)就在于具有較高的有機(jī)負(fù)荷和處理效率，具有較短的停留接觸時(shí)間，能夠使得占地面積減小，對(duì)投資進(jìn)行節(jié)省。圖4為其基本工藝流程。

圖4 生物凈化流程示意圖

2 工程適用工藝實(shí)例分析

以要求、地點(diǎn)的不同為依據(jù)，對(duì)工程適用工藝進(jìn)行選擇，圍繞著某市水源湖，以相關(guān)部門提供的前期調(diào)研結(jié)果以及治療為依據(jù)，河流來水具有以下幾種水質(zhì)特征。

第一，來水具有較低的透明度，其變化處于20～70厘米，50厘米左右為其平均值。第二，太湖藻類污染會(huì)使得，來水在夏季藻類增殖期具有較高的葉綠素，其最高能夠達(dá)到每升18微克。第三，水質(zhì)指標(biāo)年平均值處于III類，其化學(xué)需氧量和氨氮經(jīng)常超過標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)水源湖周圍的建設(shè)成本以及可利用土地等情況為依據(jù)，金澤湖水力停留時(shí)間需要保持在5天以內(nèi)，預(yù)計(jì)具有兩到三天的凈化水質(zhì)停留時(shí)間。所以以水力停留時(shí)間以及水質(zhì)特征為依據(jù)，對(duì)水質(zhì)凈化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其基本工藝原理如下。

以河流來水的水質(zhì)特點(diǎn)為依據(jù)，在對(duì)其分析的基礎(chǔ)上，可以定下對(duì)庫內(nèi)藻類繁殖進(jìn)行抑制以及對(duì)有機(jī)物、氨氮等水質(zhì)污染物進(jìn)行減少的目標(biāo)，對(duì)兩到三天的水力停留時(shí)間進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而將工程保護(hù)和修復(fù)水質(zhì)的工藝在湖中開展。出于對(duì)各種工藝功能以及水面或土地的限制，主要對(duì)調(diào)控技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，配以輔助的生物強(qiáng)化處理技術(shù)以及人工造流混合技術(shù)。首先需要將部分藻類以及顆粒較大的懸浮物質(zhì)應(yīng)用生態(tài)沉淀區(qū)的預(yù)處理進(jìn)行去除，對(duì)水體的透明度進(jìn)行改善，進(jìn)而使得后期修復(fù)沉水植物更加方便[3]。

以引水渠為媒介，生態(tài)沉淀區(qū)的水能夠到達(dá)生態(tài)前置庫，其上下折流流動(dòng)在生態(tài)廊道，其能夠不斷地接觸底泥-水界面、微生物、沉水植物根系和葉片構(gòu)成的生態(tài)凈化體系，進(jìn)而對(duì)磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收，對(duì)有機(jī)物和氨氮進(jìn)行削減，對(duì)藻類的增殖進(jìn)行抑制。在經(jīng)過人工整流之后生態(tài)前置庫的水能夠向生態(tài)調(diào)控區(qū)流動(dòng)，將兇猛魚類、濾食性貝類等對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控的重要物種引入到這一區(qū)域中，并與人工造流混合技術(shù)結(jié)合對(duì)藻類生物量進(jìn)行削減和抑制，除此之外還要對(duì)水體溶解氧進(jìn)行補(bǔ)充。以生態(tài)調(diào)控區(qū)出水為中心，對(duì)人工濕地技術(shù)或生物接觸氧化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)τ袡C(jī)物和氨氮進(jìn)行去除，使得后續(xù)供水廠的污染負(fù)荷得到降低。經(jīng)過清水涵養(yǎng)區(qū)，出水在這一區(qū)域停留較短時(shí)間后能夠經(jīng)過輸水泵站，到達(dá)管網(wǎng)輸送系統(tǒng)。對(duì)于湖面水面有限水體具有較短停留時(shí)間的情況應(yīng)用這一工藝，能夠獲得較高的水體凈化效率。

結(jié)語

本文主要圍繞著水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了探討，首先介紹了水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，隨后分析了工程適用工藝實(shí)例。在發(fā)展城市的過程中，一定要對(duì)人工湖泊綠化予以重視，將綠化建設(shè)在人工湖泊附近開展，對(duì)其生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改善，在對(duì)城市發(fā)展進(jìn)行推動(dòng)的同時(shí)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行綠化。湖區(qū)水質(zhì)條件污染來源最主要的就是生活和面源污染，因此需要針對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行控制和治理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市的生態(tài)發(fā)展。

[1]陳荷生;宋祥甫;鄒國燕.太湖流域水環(huán)境綜合整治與生態(tài)修復(fù)[J].水利水電科技進(jìn)展，2008.6.

[2]楊愛玲;朱顏明.城市地表飲用水源保護(hù)研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)，2000.2.

[3]董哲仁.河流生態(tài)修復(fù)[M].北京：水利水電出版社，2013.11.