城市景觀(guān)水體富營(yíng)養化治理中的應用研究論文
景觀(guān)水體是現代城市生態(tài)建設的重要部分，它可以滿(mǎn)足人們身心的需要。但由于景觀(guān)水體半封閉、流動(dòng)性差、循環(huán)自?xún)裟芰^小等特點(diǎn)，水體污染問(wèn)題越來(lái)越嚴重，普遍出現富營(yíng)養化現象。水體富營(yíng)養化導致水體透明度下降，溶解氧降低，水質(zhì)嚴重惡化，極易暴發(fā)藍藻水華。目前，景觀(guān)水體的治理常用技術(shù)有物理處理法、化學(xué)處理法、生物修復法，而這幾種方法都存在著(zhù)一些問(wèn)題，比如能耗高，效果難以持久，工藝復雜條件不易控制等缺點(diǎn)。
水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)，具有無(wú)能耗、低維護費、易操作、擁有良好處理效果等特點(diǎn)。筆者結合實(shí)際，在景觀(guān)水體無(wú)錫蠡溪公園西苑中引入了水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)，探討了該技術(shù)對景觀(guān)水體水質(zhì)的改善效果和對其浮游藻類(lèi)生長(cháng)的抑制作用，以期為景觀(guān)水體治理及技術(shù)的選擇和應用提供理論依據。
1水體概況及試驗方案
1.1水體概述無(wú)錫蠡溪公園西苑位于蠡溪橋西側，占地3.7hm2，公園中心區為景觀(guān)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)嚴重超標，并且連年有藍藻暴發(fā)。
1.2試驗方案
1.2.1試驗設計及監測方法。為改善景區水體環(huán)境，控制藍藻生長(cháng)，2010年2月在西苑水體中應用了水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對該景觀(guān)水體進(jìn)行生態(tài)修復，以達到凈化水質(zhì)、控制藍藻暴發(fā)，改善景區水環(huán)境的目的。根據無(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臺水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻設備安裝于水體中，并設置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)復氧控藻技術(shù)對西苑水體的改善情況。
主要監測指標包括:①物理指標:水溫、pH、溶解氧(DO)、色度、濁度;②化學(xué)指標:總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、高錳酸鹽指數(CODMn)、葉綠素(Chla)等;③生物指標主要監測藻類(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。每次測樣時(shí)加入國家環(huán)�？偩炙h(huán)境標準樣品(國家標準樣品物質(zhì)網(wǎng))進(jìn)行加標測定。
1.2.2水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)原理及相關(guān)試驗參數。水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)設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)現了上下層水體的交換。覆蓋面積內水體不僅實(shí)現了水體的縱向循環(huán)，而且改善了水體溶解氧及營(yíng)養鹽的分布狀況，使整個(gè)水體溶解氧含量明顯提高，并逐漸均化。
試驗選取的水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻設備正常運轉時(shí)，葉輪由高效低速直流電機帶動(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)形成感應流將淺表層的水帶動(dòng)起來(lái)而形成一個(gè)環(huán)流，感應流與主導流匯合后沿著(zhù)水體表面以360°輻射狀向外擴散。該水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻設備的總循環(huán)交換量約為5萬(wàn)t/d。
2結果與分析
2.1對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，但污染負荷相對穩定可控�？梢钥吹皆谔幚砥陂g，整個(gè)水體的CODMn濃度呈現下降趨勢，處理期結束時(shí)平均去除率達到28%，CODMn指數保持在地表II～III類(lèi)水。這是由于系統使上、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N、P的凈化效果
N、P含量超標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，處理區水體TN、NH4+-N、TP都呈下降趨勢，到11月份，TN、NH4+-N、TP最高去除率分別達到67%、84%、56%，達到了地表Ⅳ類(lèi)水標準。這是由于水動(dòng)力循環(huán)復氧技術(shù)增強了好氧微生物的活性，使其脫氮除磷能力得到顯著(zhù)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)植物吸收轉移而被去除。
2.3水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對藻類(lèi)的控制效果分析
對于水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對藻類(lèi)的處理效果，國內外有相應的報道，其控藻的機理主要在于水動(dòng)力循環(huán)打破了藍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)勢藻種4個(gè)方面進(jìn)行了監測分析。由于藻類(lèi)繁殖的高峰期在夏季，所以研究只對6月、7月和8月的藻類(lèi)總豐度、浮游植物種類(lèi)和優(yōu)勢藻種進(jìn)行了跟蹤監測。
2.3.1對葉綠素a的去除效果�？梢钥闯�，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下降率達到61.0%，平均去除率達到了40.2%。即使在夏秋藻類(lèi)易爆發(fā)季節，處理區藻類(lèi)生長(cháng)也受到了有效的抑制。原因在于水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻設備對營(yíng)養鹽和有機污染物的去除，減少了藻類(lèi)生長(cháng)必須的營(yíng)養源，而系統形成的水體上下交換打破了喜靜藍藻的生存環(huán)境，因此隨著(zhù)運行時(shí)間延長(cháng)，處理區水體藻類(lèi)Chla整體上呈下降趨勢。
2.3.2藻類(lèi)總豐度變化。在水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻設備的作用下，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)復氧控藻設備加速了水的流動(dòng)，打破了水體營(yíng)養鹽的不均勻分布，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藍藻的生長(cháng)環(huán)境，使其喪失生長(cháng)優(yōu)勢。
2.3.3浮游植物組成變化。在西苑水體中，初期處理區水體中藻類(lèi)主要以藍藻、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)勢藻種，各門(mén)所占比例分別為藍藻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)植物數量基本穩定，藍藻與硅藻生長(cháng)相互制約，數量變化不穩定，因而在多種因素綜合作用下，硅藻豐度也表現出了波動(dòng)變化，所占比例下降�？梢�(jiàn)，水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)不僅降低了浮游植物的數量，也影響著(zhù)浮游藻類(lèi)群落的組成和結構。
2.3.4優(yōu)勢藻種變化。隨著(zhù)藻類(lèi)群落組成變化，水體優(yōu)勢藻種也變化明顯，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)勢藻種，8月份隱藻門(mén)藻類(lèi)增殖加快，發(fā)展成為優(yōu)勢種，主要為尖尾藍隱藻，此外綠藻門(mén)仍占據一定的比例，衣藻屬成為第二優(yōu)勢藻種。水體中優(yōu)勢藻種類(lèi)和數量的變化說(shuō)明，水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)促進(jìn)了pH、溶解氧和水溫等環(huán)境因子的均化，增強了硅藻、隱藻等其他藻類(lèi)的競爭能力，水體不再以藍綠藻占優(yōu)勢，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)養型藻類(lèi)的競爭能力加強，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藻水華的發(fā)生。
3結論
水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對無(wú)錫蠡溪公園西苑景區水體中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(zhù)，與3月份相比，處理區各監測點(diǎn)水體TN平均去除率均達35.7%，NH4+-N平均去除率達到49.7%，TP平均去除率達到37%;CODMn平均去除率達到28%，葉綠素a平均去除率達40.2%。
總體來(lái)說(shuō)，西苑水體目前已達到IV類(lèi)水標準，符合一般景觀(guān)要求水域的用水標準(V類(lèi))。經(jīng)過(guò)水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)處理后，水體中藻類(lèi)總豐度明顯下降，平均下降率達到56%，藻種組成發(fā)生了變化，群落逐漸從單一結構轉變?yōu)槎鄡?yōu)勢種共存的穩定結構，水體不再以藍綠藻占優(yōu)勢，在水流環(huán)境適合的條件下，硅藻、隱藻等貧營(yíng)養型藻類(lèi)的競爭能力增強，迅速增殖成為優(yōu)勢藻種，微囊藻、色球藻、魚(yú)腥藻等有害藻類(lèi)生長(cháng)受到抑制，景區藍藻水華現象得到了有效控制，景區生態(tài)環(huán)境明顯轉好。
本工程試驗結果表明，水動(dòng)力循環(huán)復氧控藻技術(shù)作為一種新型的水生態(tài)修復技術(shù)，在富營(yíng)養化景觀(guān)水體水質(zhì)改善和藍藻控制方面具有顯著(zhù)效果，且該技術(shù)完全以太陽(yáng)能為設備運行的驅動(dòng)力，無(wú)運行費用，是最具特色的節能環(huán)保水生態(tài)治理技術(shù)，可在景觀(guān)水體治理工程中進(jìn)行推廣應用。
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