小型封閉景觀水體應(yīng)急修復(fù)技術(shù)研究

翟笑偉，潘 楊，王楨楨，鄭 蓉，張義朋，馬小慧，秦賀賀

(蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州 215009)

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小型封閉景觀水體應(yīng)急修復(fù)技術(shù)研究

翟笑偉，潘 楊*，王楨楨，鄭 蓉，張義朋，馬小慧，秦賀賀

(蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州 215009)

良好的感官性狀是景觀水體的基本特征，封閉景觀水體的水域面積小、環(huán)境容量低、水體自凈能力差等特點決定了其易受到污染。目前針對該水體修復(fù)常用的技術(shù)手段多為換水及固定底泥。以師陶園內(nèi)500 m2的封閉池塘為研究對象，對該水體實施換水及固定底泥的應(yīng)急修復(fù)工程，通過監(jiān)測修復(fù)前后的水質(zhì)，分析其變化情況，評估該應(yīng)急修復(fù)方法的經(jīng)濟性及持效性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)修復(fù)10 d后，其水質(zhì)得到明顯改善，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)GB38382-2002 IV類標(biāo)準(zhǔn)，表觀污染等級由重污染轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧?，氨氮、磷酸鹽、COD以及濁度由25、1.5、120、90 mg/L下降到2、0.1、40、5 mg/L，DO由0.5 mg/L上升到3.0 mg/L。該修復(fù)工程的費用為2.12元/m3，水質(zhì)持效時間可達(dá)10個月左右。

封閉景觀水體；應(yīng)急修復(fù)；表現(xiàn)污染指數(shù)；經(jīng)濟效能

小型封閉景觀水體指存在于城市綠地、公園、建筑區(qū)等地，不與外湖(河)相連接的封閉型河道、湖泊、水池等人造的或天然的水量較小、水深較淺的水體[1-2]。良好的感官性狀是景觀水體最基本的特征，但封閉景觀水體具有水域面積小、環(huán)境容量低、自凈能力差等特點，很容易受到污染[3]。對于景觀水體的修復(fù)經(jīng)常采用換水及固定底泥的工程措施。蘇州科技學(xué)院內(nèi)部的師陶園池塘是很典型的封閉景觀水體，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在一年的多數(shù)時間內(nèi)水體渾濁且發(fā)黑發(fā)臭，水中有大量的浮萍繁殖，感官性差，尤其溫暖季節(jié)有不良?xì)馕叮|(zhì)污染情況嚴(yán)重，景觀魚類不能存活，嚴(yán)重影響了師陶園的整體景觀。師陶園水體的部分水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家地表水環(huán)境質(zhì)量V類標(biāo)準(zhǔn)，對該受污染水體進行工程修復(fù)，恢復(fù)其美學(xué)價值已迫在眉睫。基于師陶園水體的水域面積比較小，并且污染極為嚴(yán)重，因此采用了換水并投加氧化鈣的應(yīng)急修復(fù)處理。該研究通過對師陶園水體進行監(jiān)測，分析水質(zhì)的變化趨勢，評估該應(yīng)急修復(fù)工程的去污性能以及持效性，為小型封閉景觀水的應(yīng)急修復(fù)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 修復(fù)對象概況師陶園池塘是個全封閉的硬質(zhì)斷面水體，平均水深0.6 m，水面積約500 m2。周邊無顯著污染源，但樹木花草較多，有較多凋落物在水底沉積。2013年7月對師陶園池塘進行換水投加氧化鈣的應(yīng)急修復(fù)工程，先將部分湖水抽出，再投1 t的氧化鈣，待底泥固定后再往池中注入200 m3自來水。由于該水體無明顯功能區(qū)分，僅根據(jù)水體形狀設(shè)置3個采樣點(編號1#、2#、3#)，如圖1所示。采樣頻率大約是每周一次，采樣時間基本是09：00左右。

1.2 測定與方法水體表觀性狀表征采用吸收光譜法[4]，用表觀污染指數(shù)(SPI，Sensation Pollution Index)方程對水體進行表觀污染程度的評判，SPI值越大，表明水體污染越嚴(yán)重，表觀污染等級越高。可根據(jù)SPI指數(shù)將水體表觀分為清潔(0～10)、微污染(10～25)、輕污染(25～45)、中污染(45～70)以及重污染(>70)5個表觀污染等級。指標(biāo)檢測采樣國標(biāo)法[5]：溫度及DO使用YSI便攜式溶氧儀測定；氨氮使用酒石酸鉀溶液、納式試劑、HACH DR5000紫外可見分光光度計測定；正磷酸鹽使用抗壞血酸、鉬酸鹽、HACH DR5000紫外可見分光光度計測定；濁度使用HACH2100型濁度儀測定；COD用重鉻酸鉀法、流動注射分析儀(FIA)法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 修復(fù)對表觀污染的影響水體修復(fù)前，水體表觀很差，浮萍很密，且較厚，撥開浮萍水面下有很多綠色絲狀粘稠物質(zhì)。水體極度渾濁、整體顏色發(fā)黑且散發(fā)出嚴(yán)重的臭味，屬劣V類水體。其表觀污染指數(shù)很高，均在70以上(圖2)。修復(fù)前水體的色系屬于黑色系，且有腐殖質(zhì)漂浮，屬于重污染或中污染等級。浮萍覆蓋率幾乎達(dá)100%，尤其是1號采樣點，分析其原因可能是1號采樣點的光照時間比2、3號采樣點的光照時間長，促進了浮萍的生長。并且1號點水體顏色發(fā)黑，在采樣時可聞到水體有腥臭味。修復(fù)后水體色系屬于綠色，水體清澈透明，為清潔水質(zhì)，水體的透明度很高，能見到池底。圖3為修復(fù)前后水體中浮萍的生長情況對比。

2.2 修復(fù)對水質(zhì)的影響

2.2.1營養(yǎng)鹽。N、P營養(yǎng)鹽是水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵影響因素，水體富營養(yǎng)化會造成水體的觀賞性下降，散發(fā)不愉快的腥臭味，甚至導(dǎo)致觀賞魚類的大量死亡[6]。換水修復(fù)手段對水體中N、P營養(yǎng)鹽的去除有明顯的效果，圖4為修復(fù)前后氨氮和磷酸鹽的變化情況。由圖4可知，實施修復(fù)前師陶園水體的氨氮平均濃度為25 mg/L，磷酸鹽平均濃度為1.5 mg/L，修復(fù)后氨氮平均濃度下降到2 mg/L，下降了約90%；磷酸鹽下降到0.1 mg/L，下降了約91%。氨氮和正磷酸鹽的含量持續(xù)下降，分析原因，換水時投加了氧化鈣，磷酸根離子與鈣離子結(jié)合生成不溶物，以沉淀物的形式沉落池底，再者，夏季降雨也有效稀釋了營養(yǎng)鹽的濃度，從而使水質(zhì)改善。

2.2.2COD。COD用來反映水中還原性物質(zhì)的含量，它在宏觀上反映了水體污染狀況[7]。水體的COD變化情況如圖5所示。由圖5可知，修復(fù)前水體的COD濃度可達(dá)120 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GB38382-2002中V類水(40 mg/L)的指標(biāo)，水體處于富營養(yǎng)化的狀態(tài)，從而導(dǎo)致了藻類橫生。修復(fù)后COD濃度下降至40 mg/L，下降了67%。COD呈波動下降趨勢可能是由于注水時水體的擾動使得底泥中的腐殖質(zhì)呈懸浮狀態(tài)，濁度也隨之升高，后期隨著水體的靜止，有機物逐漸沉降，濁度也有明顯下降。

2.2.3DO。修復(fù)前，師陶園水體處于非常惡劣的狀態(tài)。由于有機物含量比較高，水體被浮萍覆蓋，使得與大氣隔絕，而且溫度很高，大氣復(fù)氧速率很低，從而使水體DO下降。從圖5可知，其含量幾乎為零，導(dǎo)致水體中微生物死亡，水質(zhì)變差，嚴(yán)重影響其觀賞功能。水體進行應(yīng)急修復(fù)后，水體中的DO含量明顯上升。這說明該方法對水體有很好的修復(fù)作用。

2.2.4濁度。由圖5可知，原水經(jīng)處理后，其濁度有了明顯的下降，大多穩(wěn)定在4～10 mg/L之間。雖然有多種原因?qū)е铝嗽疂岫鹊淖兓w表現(xiàn)出了較好的去除率，最大可達(dá)90%。這表明該方法對原水中濁度的去除能力比較穩(wěn)定。經(jīng)測定，師陶園的水質(zhì)符合景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這說明換水并投加氧化鈣的方法對景觀水有了明顯的改善作用。

2.3 修復(fù)效果持效性分析

2.3.1水質(zhì)指標(biāo)。圖6和圖7為次年水體中營養(yǎng)鹽、COD、DO和濁度的變化趨勢。從圖6可知，從4月開始，營養(yǎng)鹽濃度有明顯的升高，氨氮從0.5 mg/L上升到1.3 mg/L，磷酸鹽從0.03 mg/L上升到0.09 mg/L。從圖7可知，水體中COD的含量呈現(xiàn)波動上升的趨勢，由20 mg/L上升到35 mg/L。DO的含量有明顯的下降，由8 mg/L下降到幾乎為零。濁度驟升到20 mg/L，并且在4月中旬變化尤為明顯。分析營養(yǎng)鹽上升的原因可能是植物殘體腐爛分解后向水體中釋放了大量的營養(yǎng)鹽，從而導(dǎo)致水體有機物含量和濁度上升。浮萍大面積地覆蓋在水面，尤其4月的溫度逐漸升高，大氣復(fù)氧速率變得更低，使得水體處于厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致藻類死亡，腐爛釋放腐殖質(zhì)等污染物質(zhì)，最終使得水體被污染。修復(fù)后水體的水質(zhì)能維持10個月的良好狀態(tài)。

2.3.2表觀污染。從圖2可知，水體的表觀性狀不斷惡化，SPI逐步上升。1、2月是表觀性狀最好的階段，呈淺綠或綠色，透明度很高，無不良?xì)馕?，表觀污染等級為清潔。3月氣溫顯著回升，水體顏色由灰綠變?yōu)榛?，透明度有所降低，SPI緩慢上升，水體表觀處于微污染階段。4、5月表觀性狀迅速惡化，顏色由灰變黑，透明度明顯降低，伴隨有不良?xì)馕懂a(chǎn)生并逐步加重，SPI急劇上升，水體由輕污染變?yōu)橹形廴倦A段。修復(fù)后水體能維持大致10個月的良好的表觀狀態(tài)。

浮萍的可生長溫度范圍為10～35 ℃，最佳生長溫度是25 ℃[8]。3月中旬起，氣溫升至浮萍的可生長范圍，而且?guī)熖請@的水環(huán)境也比較適合浮萍的生長，如圖8所示。浮萍和藻類在營養(yǎng)鹽和光能的利用上是競爭關(guān)系，師陶園水體中浮萍占優(yōu)勢，因而浮萍得以很好的生長，最終導(dǎo)致水體被大面積的浮萍覆蓋。這嚴(yán)重限制了光線穿透水面，使得藻類生長受抑制，光合作用減弱，也阻礙了水體復(fù)氧。

3 工程技術(shù)經(jīng)濟性分析

該工程技術(shù)的設(shè)備材料及人工費的投資約為2.12元/m3，該費用為一次性投資，無需后期維護費用。對于師陶園池塘等體積較小的景觀水體若采用底泥環(huán)境疏浚修復(fù)，工程量大，對于小水域的景觀水體則需要因地制宜，而且底泥清除后，水底生態(tài)系統(tǒng)會受到一定程度的破壞，需及時進行修復(fù)[9]。若采用加除藻劑或除磷劑，化學(xué)藥品不可長期使用，否則會造成藻類的抗藥性，而且死亡后的藻體會發(fā)臭，破壞生態(tài)環(huán)境[10]。生物方法可控性比較弱，存在生物安全等問題[11]。換水及投加氧化鈣工程量比較小，藥劑廉價易得，無需動力設(shè)備，操作簡單，水體應(yīng)急修復(fù)見效快，并且投加的氧化鈣將水中溶解態(tài)磷固定到底泥沉淀中，由于磷酸鈣溶解度很低，故不會對水體產(chǎn)生污染。因此采用換水及投加氧化鈣的方法對水體進行應(yīng)急修復(fù)，相對于其他應(yīng)急修復(fù)工程具有良好的技術(shù)性能。

4 結(jié)論

(1)對師陶園池塘水體實施換水及投加氧化鈣修復(fù)工程，其水質(zhì)得到了很好的的改善。表觀污染等級由重污染變?yōu)榍鍧?，氨氮、磷酸鹽、COD以及濁度的去除率可分別達(dá)90%、91%、67%和90%，DO有明顯的升高，水質(zhì)各指標(biāo)均達(dá)到景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)換水及投加氧化鈣的技術(shù)比較適用于小型封閉的景觀水體，水質(zhì)應(yīng)急修復(fù)見效快，無需建設(shè)構(gòu)筑物，藥劑投加量小，相應(yīng)的處理成本低，投資大約為2.12元/m3。修復(fù)后水體大概能維持10個月的良好狀態(tài)，水質(zhì)指標(biāo)能達(dá)GB38382-2002 IV類標(biāo)準(zhǔn)。

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Small Enclosed Landscape Water Emergency Repair Engineering Research

ZHAI Xiao-wei,PAN Yang*,WANG Zhen-zhen et al

(School of Environmental Science and Engineering, SUST, Suzhou, Jiangsu 215009)

Good apparent property is the essential characteristic of landscape water body.Closed landscape water body can be easily polluted due to its small area,small water environmental capacity and poor self-purification ability. Water change and sediment fixation are the regular remediation methods for this kind of water body. In this research, emergency remediation engineering was carried out including water change and sediment fixation in the 500 m2enclosed pond named Shitao Garden. Then the economicalefficiency and persistence of this engineering was evaluated through water quality variation monitoring and analysis. The results indicated that after the ten days remediation, the water quality was obviously improved and water quality parameters met the GB38382-2002 IV criterion. Apparent pollution level changed from serious polluted to clean with ammonia nitrogen,phosphate,COD and turbidity respectively decreasing from 25,1.5,120,90 mg/L to 2,0.1,40,5 mg/L,DO increasing from 0.5 mg/L to 3.0 mg/L.The cost of the remediation engineering was 2.12 yuan/m3,and the water could maintain good state for ten months.

Enclosed landscape water;Emergency repair; Performance pollution index; Economical effectiveness

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201310-332049X)；江蘇省“十二五”高等學(xué)校環(huán)境類重點專業(yè)建設(shè)項目(276-082502)。

翟笑偉(1991- )，女，河北新河人，本科生，專業(yè)：環(huán)境工程。*通訊作者，教授，博士，從事水污染控制工程研究。

2015-03-05

S 181.5

A

0517-6611(2015)10-222-03