天津地區(qū)再生水景觀水體水質(zhì)變化及保持方法研究

□文/紀(jì)陶 狄晨光 何偉 姜威

天津地區(qū)再生水景觀水體水質(zhì)變化及保持方法研究

□文/紀(jì)陶 狄晨光 何偉 姜威

再生水回用城市景觀水體，盡管可依賴(lài)生產(chǎn)工藝和工程措施以保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)，但是再生水與自然水體相比營(yíng)養(yǎng)物底值相對(duì)較高，其富含的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分成為誘發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的首要因素。以天津市漣水園小區(qū)景觀水體為監(jiān)測(cè)對(duì)象，分析了再生水回用于景觀水體所產(chǎn)生的水質(zhì)問(wèn)題并分析多種水質(zhì)保持方法的可行性。

再生水；景觀水體；水質(zhì)變化；保持方法

1　再生水回用于景觀水體的現(xiàn)狀問(wèn)題

我國(guó)北方氣候多風(fēng)少雨，景觀水體的蒸發(fā)量較大，如天津市年均蒸發(fā)量可達(dá)1 000 mm，遠(yuǎn)高于年均降雨量611 mm［1～2］，因此，景觀水體需大量補(bǔ)水以維持水量，保持景觀效果。北方城市大多水資源緊缺，為緩解水資源短缺和城市生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，再生水已逐漸成為城市景觀水體的主要補(bǔ)水水源，是水生態(tài)循環(huán)和修復(fù)利用的重要途徑之一。

隨著社會(huì)對(duì)再生水認(rèn)知度的不斷提高，再生水越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于城市景觀水體，由于再生水水源為城市污水，經(jīng)工藝深度處理后，雖達(dá)到再生水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但仍與天然水體存在一定的差別，再生水中氮、磷等水質(zhì)指標(biāo)較自來(lái)水和自然水體來(lái)說(shuō)相對(duì)較高，屬易富營(yíng)養(yǎng)化水源。經(jīng)國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐證明，將再生水做為景觀水源，如果不采取一定的維護(hù)措施，抑制藻類(lèi)大量繁殖，將會(huì)嚴(yán)重破壞景觀水體效果。

1.1內(nèi)部因素

我國(guó)城市再生水用于景觀環(huán)境用水的水質(zhì)指標(biāo)依據(jù)是GB/T18921—2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》，而GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中，天然景觀水體的水質(zhì)指標(biāo)對(duì)CODCr、BOD5以及TN、TP等的要求十分嚴(yán)格。從工程實(shí)例中來(lái)看，GB3838—2002中的要求過(guò)于苛刻，忽略了水體的自?xún)裟芰Γ鳪B/T 18921—2002中對(duì)TN、TP的要求又過(guò)于寬松，往往會(huì)給流動(dòng)緩慢或靜止的水體造成隱患，見(jiàn)表1。

表1　再生水回用標(biāo)準(zhǔn)與地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比mg/L

再生水中氮、磷等指標(biāo)高于天然水體富營(yíng)養(yǎng)化的臨界指標(biāo)，加上景觀水體中缺少對(duì)水體自?xún)羝浯龠M(jìn)作用的水生動(dòng)植物或由于地形原因?qū)е滤w流動(dòng)緩慢甚至停止流動(dòng)，成為“死水”，使水體的新陳代謝循環(huán)過(guò)程遭到嚴(yán)重破壞，更易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，易暴發(fā)水華［3］。

1.2外部因素

雨季地表徑流的雨水匯攜著地面垃圾排入景觀水體，加速了水質(zhì)的惡化且景觀水體周邊通常受到植被綠化、灌溉、施肥、噴藥以及植物的凋零等影響，使景觀水體中的氮、磷等含量不斷累積。

另外，設(shè)計(jì)的不合理導(dǎo)致水體流動(dòng)性較差，易造成局部死水，使污染物聚集，從而影響到整個(gè)水體的水質(zhì)，還有人為的破壞及寵物的便溺都是影響因素。

除此之外，各種大氣污染，如霾、揚(yáng)塵、酸雨等，也會(huì)對(duì)水體造成一定的影響，尤其是霧霾，近年來(lái)各地出現(xiàn)的霾污染也受到的環(huán)境保護(hù)等相關(guān)部門(mén)的重視，也已著手開(kāi)展調(diào)研。

2　再生水景觀水體水質(zhì)改善保持的常見(jiàn)技術(shù)措施

2.1生物自?xún)?/p>

生物自?xún)舴ㄖ饕抢盟参镂绽玫?、磷等營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行生物代謝活動(dòng)的特點(diǎn)，通過(guò)引入多種水生動(dòng)植物建立水體生態(tài)系統(tǒng)，從而去除景觀水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程。在利用再生水做為直接水源的城市景觀水體中，水生動(dòng)植物群落能夠明顯降低景觀水體的感官性污染，可有效提高景觀水體水質(zhì)穩(wěn)定時(shí)間，有研究表明，55%的植物覆蓋率能夠有效緩解再生水回用所導(dǎo)致的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題［4］。

在再生水景觀水體中建立水生植物區(qū)域并放養(yǎng)適當(dāng)?shù)乃鷦?dòng)物，以調(diào)整植物群落，利用他們產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)達(dá)到水體保持的目的，還可以增加水體生物多樣性，構(gòu)建出完整的生態(tài)系統(tǒng)，從而建立水體生態(tài)平衡。常用的水生植物，如鳳眼蓮，其氮磷含量分別約為1.20%和0.79%，按其產(chǎn)量5 kg/m2計(jì)算，其每年的氮磷去除負(fù)荷分別為60、40 g/m2，其他常用的還有水芙蓉、狐尾藻等［5］。

但需注意一點(diǎn)，水生植物的投放密度應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，以防止其繁殖過(guò)多，成為新的富營(yíng)養(yǎng)源，而適得其反，也可利用食草性水生動(dòng)物來(lái)對(duì)水生植物的繁殖進(jìn)行控制，如草魚(yú)等。

2.2人工干預(yù)

人工干預(yù)主要分為物理方法和化學(xué)方法兩種。物理法主要有定期補(bǔ)換水、增加旁濾、疏浚底泥等。定期補(bǔ)換水的主要原理是稀釋?zhuān)俏廴疚镆恢北３衷谳^低的指標(biāo)，對(duì)一些水面較小的景觀水體行之有效。增加旁濾主要是景觀水體通過(guò)生物濾池、濾溝、砂濾缸等系統(tǒng)裝置，一是可以降低水體的濁度，保持較好的感官效果，二是可以進(jìn)一步去除藻類(lèi)、營(yíng)養(yǎng)鹽、懸浮物等［6］。疏浚底泥主要是將富含營(yíng)養(yǎng)的底泥去除，以達(dá)到控制藻類(lèi)的目的，從而延緩景觀水體營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生。

3　漣水園景觀水體水質(zhì)變化趨勢(shì)

3.1概況

以漣水園小區(qū)為觀測(cè)對(duì)象，其地處天津市南部，小區(qū)湖景綠化率高達(dá)56%，開(kāi)窗即景，戶戶臨水，屬于典型的景觀水體居住小區(qū)，其小區(qū)內(nèi)景觀水體的水源來(lái)自于原紀(jì)莊子（現(xiàn)津沽）再生水廠供水系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。

圖1　漣水園小區(qū)景觀水體

該小區(qū)景觀水體面積達(dá)萬(wàn)余平方米，平均水深在70 cm左右，池底和池壁皆為建筑石材鋪就，屬于淺水硬底景觀水體，每年4月中旬至11月初為充水期，實(shí)現(xiàn)其景觀功能，其余時(shí)間（即冬季）將水池放空，以防止管道等設(shè)備設(shè)施受到凍害。

3.2水質(zhì)變化趨勢(shì)及分析

由于該景觀湖蓄水使用時(shí)間為4—11月，因此將水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)間定為以2014年4月中旬進(jìn)水開(kāi)始，至11月初池水放空結(jié)束為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期，以便摸索水質(zhì)變化的趨勢(shì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，在該湖南北側(cè)分別選取一個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行水體取樣，取樣器材為磨砂口玻璃取樣瓶，取樣后密封，每次取樣1 L，取樣周期為10 d，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為總磷、總氮、COD、濁度和溶解氧。通過(guò)連續(xù)近7月對(duì)景觀水體進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，經(jīng)數(shù)據(jù)匯總分析，分別列出了A（北側(cè)）、B（南側(cè)）的各水質(zhì)指標(biāo)沿時(shí)分布變化趨勢(shì)，見(jiàn)圖2-圖6。

圖2　2014年漣水園景觀水體總磷趨勢(shì)

圖3　2014年漣水園景觀水體總氮趨勢(shì)

圖4　2014年漣水園景觀水體COD趨勢(shì)

圖5　2014年漣水園景觀水體濁度趨勢(shì)

圖6　2014年漣水園景觀水體溶解氧趨勢(shì)

由圖2-圖6可看出，在4月中旬，也就是景觀湖開(kāi)始進(jìn)水初期，由于整個(gè)冬季，受到降水、刮風(fēng)等自然影響，使池內(nèi)有一定的污染物聚積，再加上管道內(nèi)存有大量的死水，雖然對(duì)池體進(jìn)行沖洗、放空等人工清理作業(yè)，仍有部分污染物殘留池體中，使得湖體進(jìn)水初期各項(xiàng)指標(biāo)偏高，主要體現(xiàn)在濁度、總磷等方面。由于再生水進(jìn)入水體初期，自身各項(xiàng)污染指標(biāo)較低，水體自?xún)裟芰^強(qiáng)，加之氣溫較低，不利于藻類(lèi)繁殖，使得水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)趨于下降。

5月份開(kāi)始，氣溫逐漸回升，開(kāi)始進(jìn)入藻類(lèi)春季生長(zhǎng)期，TN、TP、CODCr都開(kāi)始體現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。在10月份，各水質(zhì)變化曲線又有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，說(shuō)明秋季也是一個(gè)藻類(lèi)生長(zhǎng)期，使得水質(zhì)指標(biāo)趨于升高，但隨著溫度的降低各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)逐漸降低，11月中上旬景觀湖將放空。

3.3分析水體保持的可行性措施

針對(duì)該景觀湖體水體實(shí)際情況，可采取的水體保持措施有如下幾種，采用定期補(bǔ)換水方案、建立旁濾系統(tǒng)、拋灑水質(zhì)凈化藥品、投放水生植物。

第一種方法，定期補(bǔ)換水。根據(jù)水質(zhì)惡化情況決定換水周期，即在水質(zhì)惡化初期或出現(xiàn)惡化前兆時(shí)，將水全部或部分排放，補(bǔ)充新鮮水源。該方法直接有效，但成本較高，該景觀湖體雖需水量較小，但也有數(shù)千立方米之多，按照目前的再生水水價(jià)4元/m3，一次整體換水成本也需數(shù)萬(wàn)元，顯然運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高，所以該方案放棄。

第二種方法，建立旁濾系統(tǒng)。該方法利用砂缸等旁濾設(shè)備對(duì)水體不斷進(jìn)行處理，使水質(zhì)維持在較好的指標(biāo)，其處理效果立竿見(jiàn)影，較第一種方法節(jié)省大量水費(fèi)。但是，該系統(tǒng)初投資較大并且存在長(zhǎng)期的運(yùn)行成本，故該系統(tǒng)適用于大型景觀湖泊，相比之下該景觀湖規(guī)模較小，顯然也不適合。

第三種方法，拋灑水質(zhì)凈化藥品。一般來(lái)說(shuō)，水質(zhì)凈化藥物具有針對(duì)性，不同水質(zhì)情況使用不同的藥物，而且藥劑的使用方法、使用量以及產(chǎn)生的沉淀物如何處理對(duì)于小區(qū)物業(yè)公司來(lái)說(shuō)明顯存在困難。最重要的是，該景觀湖臨近居民住宅，對(duì)人體有無(wú)傷害也未可知，故放棄該方法。

第四種方法，投放水生植物。利用一些水生植物的喜磷喜氮特性，通過(guò)吸收水體中的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滿足其自身的生長(zhǎng)需求。此類(lèi)水生植物通常具有易成活、易取得、易管理、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。該方法易于實(shí)現(xiàn)、初投資極低、幾乎無(wú)后續(xù)運(yùn)行成本，既可起到未雨綢繆之作用，還可增加景觀美觀和觀賞度。

經(jīng)綜合分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，決定采用第四種方法展開(kāi)景觀水體保持試驗(yàn)并確定試驗(yàn)方案及試驗(yàn)材料采購(gòu)清單。

在2015年5—9月期間，以漣水園景觀湖水源——津沽再生水廠出水和其他兩個(gè)不同營(yíng)養(yǎng)化程度的水源作為水生植物培養(yǎng)試驗(yàn)水源。

此試驗(yàn)為露天開(kāi)展，每四周為一個(gè)周期，選擇挺水植物、沉水植物、漂浮植物三種類(lèi)型，每個(gè)類(lèi)型選取兩種常見(jiàn)代表性植物進(jìn)行對(duì)比培養(yǎng)，見(jiàn)圖7，每個(gè)試驗(yàn)樣本水量為100 L，植株質(zhì)量為300 g。首先，選取健壯植株，用蒸餾水沖洗并去除腐爛根葉，用營(yíng)養(yǎng)液（霍格蘭式配方）進(jìn)行7 d的預(yù)培養(yǎng)，見(jiàn)圖8。

圖7　試驗(yàn)場(chǎng)地及器材

圖8　用霍格蘭式營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)

試驗(yàn)前，用蒸餾水沖洗并用濾紙吸干植株表面水分。每周取水500 mL進(jìn)行檢測(cè)，安排TN、TP、DO、COD、色度等5個(gè)項(xiàng)目并進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總及分析，見(jiàn)表2。

表2　水生植物去除氮磷效果比較

漣水園景觀水體水面面積只有萬(wàn)余平方米且水深通常在70～80 cm，蓄水量相對(duì)較少，只有數(shù)千立方米。由于是硬底設(shè)計(jì)，受地下水水位和滲漏量影響極小，雖然夏季降雨較多，但由于降雨量遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量，所以該景觀水體水分損失應(yīng)主要為蒸發(fā)量和滲漏量。定期的適當(dāng)補(bǔ)水，可有效緩解該水體的富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程，使水體水質(zhì)得到有效的保持，直到進(jìn)入冬季，景觀水放空，完成其景觀美化效果。

與此同時(shí)，還可以投放一些水生植物，可以更有效的進(jìn)行水體水質(zhì)保持，也可以達(dá)到更好的景觀綜合美化效果。例如，挺水植物菖蒲、黃花鳶尾、三棱草、蘆葦、荷花等，采用盆栽，整盆置入水中；漂浮植物水芙蓉、黃花荇菜、水葫蘆等，建議使用生物浮床、浮籃等水培植物裝置，以便管理和控制其過(guò)度繁殖，免得適得其反。

4　結(jié)論

以再生水為唯一水源的景觀水體，其中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)成分的濃度遠(yuǎn)高于藻類(lèi)生長(zhǎng)所需要的濃度并且景觀水體水面面積相對(duì)有限，很難達(dá)到良好的流動(dòng)效果，再加上由于現(xiàn)場(chǎng)地形的影響，景觀水體多少會(huì)存在一些流動(dòng)性差的死角區(qū)域，也容易造成污染物局部聚積，從而影響到整個(gè)景觀水體。

培養(yǎng)水生植物可有效保持景觀水體水質(zhì)，對(duì)于景觀水體來(lái)說(shuō)比較容易實(shí)施，而且其成本低、效果好、便于管理，也有利于整體生態(tài)環(huán)境的改善和水體景觀的美化效果提升。

今后的研究將不限于單品種對(duì)比試驗(yàn)，會(huì)更側(cè)重于水生植物群落的選配和栽培方式以及加入魚(yú)類(lèi)等的水生動(dòng)植物綜合選配方案，通過(guò)更大的樣本試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行研究分析。

［1］榮艷淑，屠其璞.天津地區(qū)蒸發(fā)演變及對(duì)本地氣候干旱化影響的研究［J］.氣候與環(huán)境研究，2005，（4）：575-583.

［2］段麗瑤，劉愛(ài)霞，史珺.1918—2010年天津降水指數(shù)變化特征［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2012，8（3）：171-177.

［3］趙樂(lè)軍，劉琳，唐福生，等.關(guān)于現(xiàn)行再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范執(zhí)行情況的討論［J］.給水排水，2006，33（12）：120-125.

［4］孟慶義，吳曉輝，趙立新，等.再生水回用于北京景觀水體引起的水質(zhì)變化及其改善措施［J］.水資源保護(hù)，2011，27（1）：51-54.

［5］甄月惠，張洪燕，章文姣.再生水景觀水體的富營(yíng)養(yǎng)化成因及治理措施，2011，（19）：289-290.

［6］焦士興，許萍.水環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)方法研究［J］.云南地理環(huán)境研究，2004，16（2）：63-66.

□狄晨光、何偉、姜威/天津中水有限公司。

TU991.57

C

1008-3197（2016）02-37-04

2016-03-02

紀(jì)陶/男，1985年出生，工程師，天津中水有限公司，從事再生水廠生產(chǎn)運(yùn)行及設(shè)備維護(hù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.013

□課題項(xiàng)目：2014年度天津市建設(shè)系統(tǒng)第一批科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。