水動力循環復氧技術在太原迎澤湖水體修復中的應用

(山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002)

人工湖在城市中發揮著重要的作用，但是如果水質出現惡化，水體氮、磷增加，藻類大量繁殖，藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不斷消耗水中的溶解氧，就喪失了水體存在的意義[1-5]。

水動力循環復氧技術維護費低、操作簡單、改善效果顯著[6]。本文將該技術應用到太原迎澤湖，研究了該技術對該湖水質的改善效果，為湖泊治理技術的選擇提供參考。

1 試驗方案

1.1 試驗布置及監測方法

迎澤湖位于太原市中心，是其最大的人工湖之一。為改善水體環境，凈化水質，達到生態修復的目的[7]，選用泰合景升(天津)環境科技有限公司生產的2臺水動力循環復氧設備安裝于迎澤湖水體中，并設置A、B、C、D 4個采樣點(見圖1)，監測時間選為2017年4～11月，對物理、化學、生物等指標進行監測并按公式(1)計算其去除率，其中采用酸性法測定高錳酸鹽指數(CODMn)；用紫外消解分光光度法測定總氮(TN)、總磷(TP)；采用熱乙醇法測定葉綠素a。

去除率=(設備采用前指標濃度-設備采用后指標濃度)/設備采用前指標濃度

(1)

圖1 迎澤湖水體及采樣點分布

1.2 技術原理

水動力循環復氧技術通過高效循環將底層和表層水體不斷混摻，提高水體溶解氧，在改善水體表面張力的同時使得界面復氧速度加快，水動力循環設備運行情況見圖2。

圖2 水動力循環設備運行情況

設備運行時，電機帶動葉輪轉動產生的主體流使得水體混摻，當水體離開葉輪流過分水盤時，帶動淺表層的水形成環流，匯合后的感應流與主導流以輻射狀沿著水體表面擴散，其他參數見表1。

表1 設備參數

2 結果與分析

2.1 對CODMn的去除效果

從圖3可知，設備運行期間湖中CODMn的濃度在整體下降，試驗結束時平均去除率達到39%，這是因為在設備的循環作用下，水體表層和底層水體進行充分交換，從而增加了水體中溶解氧的濃度，有助于有機物的氧化，使CODMn濃度整體下降。

圖3 采用設備后各監測點CODMn隨時間的變化規律

2.2 對N、P的凈化效果

從圖4可知，設備運行期間水體中TN初始濃度約為 4.4 mg/L，TP初始濃度約為 0.20 mg/L。在新技術實施時間段內，水體TN、TP濃度都在下降，到新技術實施期末的11月份，TN、TP最高去除率分別達到 65.9%，81%，這是因為水體的混摻作用使水體變為好氧環境，加快了硝化作用及P在底泥的吸附[8-9]，水生植物吸收利用湖中的硝酸鹽更充分，使水體中N的濃度降低。

圖4 采用設備后各監測點TN、TP隨時間的變化規律

2.3 對葉綠素a的改善效果

水體葉綠素a的改善效果如圖5所示。試驗結果表明，自6月份以來，水體葉綠素a濃度較低，在14～27 mg/L內波動。與4月份相比，11月份葉綠素a 下降率達到68.8%，平均去除率達到62.8%，藻類生長明顯受到抑制。原因在于設備運行帶來的水體混摻勢必會打破喜靜藍藻的生存條件[10-12]，同時設備運行會減少水體的營養鹽，使藻類繁殖所需的營養源減少，因此，水體藻類Chl a會出現整體濃度下降趨勢。

圖5 采用設備后各監測點水體葉綠素a隨時間的變化規律

圖6 水體中浮游植物數量及透明度隨時間的變化

2.4 水體藻類種群的變化

通過對水體透明度及浮游植物的連續監測，從圖6可知，隨著設備運行，水體的透明度在逐步增加，到11月份透明深度超過110 cm，水體中浮游植物個數由開始的 4.28×107個/L減少到0.079×107個/L,即浮游植物密度大，水體透明度小，反之浮游植物密度小，水體透明度大。

從圖7～8可以看出，試驗前處理區水體中主要以藍藻、綠藻、硅藻、裸藻為主，試驗后水體中藍藻比例下降，水體中不再有裸藻，而出現了一定比例的隱藻，說明水動力循環復氧技術使水體溫度、溶解氧發生變化，進而增強了水體中藻類的競爭能力，貧營養型藻類硅藻、隱藻在水體中適宜繁殖，所占比例呈上升趨勢。由此可見，該技術不僅降低了湖中浮游植物的數量，也改變了浮游植物的種類和結構。

圖7 試驗前浮游植物種類及百分比

圖8 試驗后浮游植物種類及百分比

3 結 論

(1)水動力循環復氧技術對迎澤湖水體中CODMn、TN、TP以及藻類葉綠素a的去除效果均較好，明顯改善了水體水質。與4月份相比，處理區各監測點水體TN平均去除率均達58%，TP平均去除率達到69%，CODMn去除率達到39%，葉綠素a平均去除率達到 62.8%。試驗結果表明，該技術在富營養化湖泊水質改善方面可以起到顯著作用。

(2)新技術實施期間，隨著設備運行，水體透明度增加，浮游植物數量隨著透明度增加而減少。經過水動力循環復氧技術處理過的水體環境改變使藻類競爭激烈，硅藻、隱藻這些貧營養型藻類逐步發展為優勢藻類，表明該技術改變了湖泊浮游植物數量，并影響了浮游植物種群的結構。