小微水體生態恢復的實踐

潘志坤

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

1 工程簡介

自2005年錢正英等6名院士和20多名治水專家為深圳水污染治理進行把脈問診，深圳水環境生態治理已走在全國的前列，目前深圳各區對小微水體的治理已逐步開展，本文以小微水體黑臭湖塘為實踐，著重總結治理的過程及方法，供相類似工程以參考與借鑒。工程范圍小微水體中部分湖塘年久失修，附近居民污水直排，無固定活水補給，水體黑臭嚴重，湖塘底泥腐蝕，無有機植物及水體生物，湖塘水面大量塑料垃圾漂浮物，水面面積6 366.3 m2。含大量病原微生物，如細菌、病毒、病蟲卵、寄生蟲、藻類等。

湖塘小微水體村落居民生活垃圾、周邊建筑垃圾無規范管理，造成亂排亂放；小微水體湖塘內底泥積累大量污染物質，微生物的解體和底泥中的營養物質逐漸被釋放到水體中，造成長期性的污染；地表徑流沖刷地面的污染物，直接污染池塘；水生態系統結構不完整，水體缺乏自凈能力。

2 生態治理原則及步驟

城市街道湖塘水體污染多因水體富營養嚴重、水質惡化功能退化、生態鏈中物質能量循環閉塞、水生生物多樣性降低、水體自凈能力喪失等原因構成。生態修復也自以上方面對應治理，治理完成還需湖塘進行后續維護保養、生物種群優化、生態平衡調節，控制生態鏈，使富營養轉移上岸，最終實現水體生態自凈，形成自然的水體生態景觀，恢復水域生態服務功能。

小微水體生態治理施工步驟：水面與駁岸清雜→底質改良與微生物活化系統→水生植物群落構建→浮游動物引導水生態系統構建→極端天氣應急措施→曝氣設施系統安裝。

3 資源配置

3.1 人員配置及職責要求

根據小微水體水域規模面積，本案例施工人員參考配置如表1所示。

表1 施工人員配置

3.1 設備配置

根據小微水體水域規模面積，本案例設備配置如表2所示。

表2 設備配置

3.2 材料配置

根據小微水體水域規模面積，常用材料類型如表3所示。

表3 常用材料類型

4 小微水體生態治理方法、施工工藝

小微水體生態治理需先根據水體污染情況、周邊環境、水質檢測數據等進行對策設計。各種小微水體污染程度、污染源物質、有無補給情況不同，施工中也需靈活對待，選定適宜的施工工藝、方法，才能保證小微水體生態治理效果。

4.1 本案例小微水體生態治理方法

（1）換水，全水體范圍采用人工巡查小微水體湖塘污染情況，將湖塘中的雜物垃圾，采用人工工具清理，更換為生態水體，創建穩定的生態水體系統。

（2）塘底鋪設種植草，使整個塘底種植土厚度均勻在20 cm左右，為沉水植物生長創造適宜條件；底泥消毒活化常用的微生物菌種，根據施工實際進度逐步進行調控。微生物菌種主要采用兩類：①光合細菌（簡稱SB）有益放線菌和有益芽孢桿菌的混合系統微生物群體，主要用于降解種植土中有機物、氨及亞硝酸鹽，含磷和硫等物質。②氨氧化細菌（兼性菌種）與反硝化細菌（厭氧菌種）的混合系統微生物群體，主要用于降解水體中含氮物質。

（3）全水域投放浮游生物，投放密度和投放量依據現場水質及實際情況而定。生態系統構建初期，浮游動物能促進沉水植物快速成長建群并形成優勢，提高生態構建效率。主要目的：①吞噬和抑制藍綠藻，防止藍綠藻爆發，減緩水體毒素。②吞噬有機碎屑等，凈化水質，提升水體透明度。③促進沉水植物生長。④打通水體食物鏈，構建水體食物鏈。⑤浮游生物投放密度為25 mL/ m2，施工期間一次性投放。

（4）水生植物群落構建：①以人工插秧的方式種植沉水植被（水深≤0.5 m），具體種植程序如圖1所示。沉水植物以完全自然、純生態的方式生長、繁殖與演替，具有復雜的群落物種多樣性、生態演替性，當生態系統建立后，沉水植物的最終面積以植被群落實際演替形成為準。N/P營養掠奪型水草為矮型苦草。②浮葉植物種植：配置宮廷睡蓮，定點分散點綴。

圖1 生態水植移植程序圖

（5）水生動物配置。①待沉水植被生長穩定后，投放水生動物（魚類、蝦類、螺類、貝類）。②根據投放面積及設計要求，設置好投放點。③投放的魚類有兩種：肉食性魚類和景觀魚類；投放的蝦類有兩種：河蝦和沼蝦；投放的螺類有兩種：環棱螺、蘿卜螺；投放的貝類是小河蚌。④魚類、蝦類采取人工投放方式在水體中心投放、螺類、貝類在岸邊以人工拋灑形式投放。

（6）曝氣設施系統安裝。曝氣基礎設施布置圖如圖2所示。

圖2 曝氣基礎設施布置圖

湖塘水抽干、清淤完成后，即進行曝氣設施基礎砼澆筑，選擇湖塘中心位置，基礎埋深為塘底0.4 m，澆筑0.1 m厚混凝土墊層，基礎外露0.5 m，頂部預埋不銹鋼環，用于固定錨繩牽引。

4.2 生態治理施工工藝

4.2.1 截污、清雜、排水

小微水體生態治理，需對水體周邊污染源進行截流，本案例通過設置截污管道將污染源截除至附近污水管網。水體內浮游垃圾及雜草采用人工清除，設置污水泵將病源污水排入污水管道。

4.2.2 內源污染清除

小微水體底泥是主要內源污染，首先采用吸污車將流質淤泥抽吸清除，然后采用挖機將淤泥堆牛，翻曬脫水，逐步清運至垃圾填埋場。內源污染清除至設計高程后，需對基底進行泥質取樣送檢，并通過驗收合格后，采用生石灰鋪底消毒，用量為75 kg/畝，靜置7 d后進行覆土填料。

4.2.3 底泥覆蓋活化植物構建

填料又稱基質，是小微水體植物活化系統中的重要組成部分，它不僅是植物生長、微生物附著的重要載體，對水體中污染物的去除也具有重要作用。人為設計將不同粒徑的填充材料按一定厚度鋪成人工基底，供植物生長、微生物附著，該體系具有過濾、沉淀、吸附和絮凝等作用，能將水體中的SS、N、P等營養物質有效去除，同時為植物、微生物生長以及O2傳輸提供了必備條件。填料是微生物賴以生存的場所，是有機污染物轉為無機無毒物質的樞紐，起著將污水轉變成清水的作用，其組成直接關系到氮磷的凈化效率等。

填料在小微水體系統中的作用主要包括：

（1）為植物生長提供營養床 ；

（2）為微生物繁殖提供表面 ；

（3）填料中微生物降解、轉化和生物固定化作用 ；

（4）填料的無機、有機膠體及其復合體的吸附、絡合沉淀作用 ；

（5）填料的離子交換作用 ；

（6）機械阻留作用，延長水流接觸反應時間 ；

（7）氣體擴散作用。

不同填料為植物和微生物提供的生存環境不同，從而影響小微水體的運行效果。人工小微水體填料主要可分為三大類 ：天然材料、工業副產品、人造產品。

（1）天然材料。

天然材料主要有砂、石灰石、蛭石、沸石、蒙脫石、頁巖、硅藻土、膨潤土、貝殼、伊利石、高嶺石、白云石、黏土、草炭、鈣化海藻等。

（2）工業副產品。

工業副產品主要有鋼渣、粉煤灰、煤渣、爐渣、廢磚塊、明礬污泥、硅灰石尾礦、油棕殼等 。

（3）人造產品。

人造產品主要有活性炭、堆肥、硅酸鈣水合物、陶粒、改良材料等。目前幾種代表性填料的特點、優缺點以及去除污染物效果等情況如表4所示。

表4 代表性填料特性匯總表

4.2.4 生態系統構建

通過在小微水體中配置不同的魚類、棲息動物等，可逐步修復水生態環境，激活水生生物食物網（鏈），通過食物鏈，將水體中營養物質移除。

（1）魚類生物多樣性構建。根據小微水體水質凈化的需求，同時根據魚類水生動物的棲息要求，以及設計要求，在小微水體內部系統投入部分魚類，在提升小微水體水質的同時，構建魚類棲息地，提高小微水體內部魚類生物多樣性。

在街區小水域湖塘中，由于水體水質較差，主要在其中投放鰱魚、鳙魚等，濾食水體中的藻類。

在多級表流小微水體中，由于植物較密，大型魚類無法生存，主要在其中投放中華鳑鲏、餐條、泥鰍及麥穗魚等小型魚類。

在沉水植物湖塘中，由于水深相對較深，且水質較好，可恢復的魚類種類較多，主要在其中投放鰱魚、鳙魚、黃顙魚等相對較大的魚類，同時可少量投放中華鳑鲏、餐條、泥鰍及麥穗魚等小型魚類。

（2）底棲動物生物多樣性構建。底棲動物是水生態系統中重要的組成部分，部分底棲動物是腐食食物鏈的重要組成部分，部分底棲動物能夠有效濾食水體中的藻類等。

小微水體湖塘內水生植物的數量較多，可設計投放環棱螺、圓田螺、沼蝦及無齒蚌等，以有效凈化水中的藻類。

（3）水生動物投放時序。水生動物投放主要考慮要避免對水生植物造成危害，防止出現災變時刻。部分水生動物對水生植物有較強的覓食能力，如草魚、園田螺等，這些水生動物的投放應該在水生植物復壯4個月之后。鰱鳙及沼蝦主要覓食藻類及小型浮游動物，對水生植物沒有太大的危害，可在植物復壯后1個月投放。麥穗魚、中華鳑鲏、餐條等小型魚類，對水溫較敏感，小微水體水深較淺，植物生長不茂盛時，水溫變化較劇烈，存活率較低?？稍谥参飶蛪押?個月投放。泥鰍、黃顙魚、環棱螺等為底棲生物，水體中淤泥過少時，存活率也不高，可在植物復壯后3個月投放。

表5 魚類習性匯總表

（4）水生動物監測及數量控制。水生動物投放后，每年應進行水生動物數量調查，分析其生物量及多樣性，水生動物生物量過高，威脅生態系統安全時，應有針對性的進行捕撈。

其中，鰱鳙及草魚等可通過撒網捕撈的方式，降低其密度。草魚控制數量以水體中水生植物能夠大規模自我繁殖為標準。黃顙魚等可通過投放地籠的方式，控制其數量。待其密度達到預期數量時，則不再投放地籠。

4.2.5 自動曝氣裝置

曝氣裝置主要根據設計要求進行配置，一般采用太陽能曝氣裝置。太陽能曝氣裝置是由太陽能光伏板、蓄電池組、曝氣系統、微電腦控制系統等組成。通過太陽能光伏板將太陽能轉化為電能，儲存于蓄電池中，作為曝氣設施的動力。

通過太陽能曝氣機對湖塘內的水體進行適當曝氣，進行好氧生化處理，使湖塘中有機物被微生物進一步生化降解，濃度繼續下降，氨氮被硝化，使NH3-N濃度顯著下降。當小微水體湖塘缺氧時開啟曝氣機，可預防魚蝦“浮頭”，加速水體的對流，提高水體中、下層的溶氧，有利于魚蝦快速生長，降低餌料系數，促進有機物的氧化分解，減少病害的發生；另外，水體的循環流動，還能促進浮游生物的繁殖生長，提高小微水體生態活性。曝氣機不僅能對水體增氧，還有效促進小微水體湖塘生物存活率和水體自凈能力，從而改善湖塘水質和生態環境，其產生的水循環流動不適合某些養殖對象如鰻、蝦的生活習性，但對促進魚蝦健康、快速生長具有良好的作用。

4.2.6 安全注意事項

（1）對湖塘周圍圍欄進行檢查，確認其是否破損。

（2）定期開展安全交底，組織學習各項操作規程，辨識危險源，提出安全防護措施，增強安全防范意識。

（3）施工作業時須正確佩戴勞保用品及救生用品。

4.2.7 效果與評價

（1）時效評價。小微水體生態治理能快速治理完成，對城市的水安全及水生態環境進行改善；增加雨水收集利用效率，提升截污覆蓋率及污水處置率，對全面實現城市水生態環境具有重大意義。

（2）經濟評價。小微水體生態治理能有效的對水體消除黑臭，恢復水體生態、城市街區生態景觀，提升城市歷史底韻，取得社會經濟效益。

（3）質量評價。本案例小微水體內源污染已清除，水體生態系統正在構建，截污系統已完善并投入使用，太陽能自動曝氣裝置也已投入運營，施工各工序質理合格率90%，質量評定優良。

水體治理后，非降雨期水質主要營養指標滿足《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ-Ⅳ類標準。具體指標如表6所示。

表6 水質主要營養指標

5 結語

城市小微水體生態治理重新構建了“街區水系統”，創新了將傳統的水務灰色基礎設施融合到現代綠色城市的新思路，為城市可持續發展提供了多種可供選擇的途徑、方法和技術參考。通過本文的論述，希望對后繼城市小微水體治理規劃設計、施工治理提供參考依據，對城市小微水體治理生態景觀恢復有所助益。