生態(tài)集成技術(shù)在退化的公園景觀水體修復(fù)中的應(yīng)用

洪 佶，陳靳曦，馬建青，潘培豐

（1.寧波市天一閣博物院，浙江 寧波 315000；2.浙大寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100；3.寧波市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，浙江 寧波 315000）

0 引言

公園景觀水體大多生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，但由于多數(shù)具有面積和深度較小、與人接觸緊密、自凈能力偏低等特點，尤其是氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)不斷積累，容易造成水體富營養(yǎng)化，最終導(dǎo)致水體景觀功能退化和水質(zhì)惡化，要重建一個退化的景觀水體的生態(tài)系統(tǒng)并實現(xiàn)水質(zhì)長效維持，是目前國內(nèi)外水體環(huán)境修復(fù)研究的熱點和難點。針對退化的景觀水體研究開發(fā)低建設(shè)成本、低運行成本、去除效率高、占地面積少的處理技術(shù)，具有十分必要性和現(xiàn)實意義[1]。

1 南園景觀水體的特點

天一閣位于寧波市海曙區(qū)中心地段，與月湖景區(qū)比鄰，歷史資源豐富，文化底蘊(yùn)深厚。南園位于天一閣藏書樓之南，以水池為主，池岸迭石玲瓏，池南面建有“抱經(jīng)廳”，池西為臨水的主體建筑水北閣。南園水池為長26m、寬17m 的接近長方形的水池，平均有效水深1.30m，水體總?cè)莘e507m3。2020 年2 月以來，南園水池水體渾濁和富營養(yǎng)化問題交替出現(xiàn)，不斷加劇，加上各種娛樂性投喂對水體水質(zhì)造成較大的影響，尤其到夏季高溫季節(jié)，水體透明度下降，水質(zhì)惡化，藻類滋生頻繁，水質(zhì)遠(yuǎn)劣于景區(qū)規(guī)劃要求。南園水池本與東園明池水系連通，為防止其持續(xù)影響東園明池水質(zhì)，公園管理人員已用沙袋將兩個水系徹底隔斷。

2020 年5 月對南園水池的水質(zhì)檢測結(jié)果顯示，水體中的懸浮物高達(dá)125mg/L；氨氮平均值0.92mg/L、總磷平均值0.33mg/L，水體主要污染因子為氨氮、總磷和懸浮物。水體的灰黑渾濁現(xiàn)象主要是由于池體底部污染物造成內(nèi)源膠體型污染，粒徑分析顯示水體懸浮物主要由0.5～1μm 粒徑的顆粒物組成，水體均偏堿性，治理難度較大。

2 景觀水體生態(tài)修復(fù)示范項目研究

結(jié)合天一閣水體水質(zhì)現(xiàn)狀和周圍施工條件及排水條件，從水環(huán)境生態(tài)平衡原理出發(fā)，因地制宜地選擇以“水下生態(tài)礫石床與多級生物構(gòu)建”有機(jī)結(jié)合，以“泵管循環(huán)推流”為輔的生態(tài)修復(fù)集成技術(shù)，建立低成本且無二次污染的生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。示范項目于2020 年6 月開始實施。首先對南園水池先后實施了底泥消毒、粘土和碎石等復(fù)合墊層覆底，如圖1 所示，然后逐步構(gòu)建水下生態(tài)礫石床系統(tǒng)（圖2）、多級生物系統(tǒng)和泵管循環(huán)推流系統(tǒng)（圖3）。

圖1 復(fù)合墊層處理

圖2 水下生態(tài)礫石床構(gòu)建

圖3 多級生物與泵管循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 水下生態(tài)礫石床構(gòu)建

生態(tài)礫石床構(gòu)建是基于生物接觸氧化凈化機(jī)理，通過礫石吸附和形成的生物膜凈化水體。生態(tài)礫石床凈化系統(tǒng)長9m、寬5m、高0.6m，在礫石床一側(cè)構(gòu)建1 號泵管循環(huán)推流系統(tǒng)，1 號循環(huán)泵吸水口敷設(shè)在礫石床東側(cè)進(jìn)水，經(jīng)穿孔管均布進(jìn)入礫石床，并從西側(cè)流出。水下礫石床在不曝氣的條件下，形成的生物膜上具有一定的溶解氧濃度度梯度，微生物在厭氧、缺氧和好氧的不同含氧量狀態(tài)，同時發(fā)揮反硝化和硝化作用，并有一定的除磷效果。在水動力改善和多級生物構(gòu)建條件下，大顆粒礫石生物膜表面附著的微生物相對處于好氧生境，有利于有機(jī)物和氨氮的氧化去除，中小顆粒礫石層內(nèi)部的厭氧、兼性厭氧環(huán)境，為提供總氮去除率提供了良好環(huán)境。

2.2 基于沉水植物的多級生物構(gòu)建

多級生物構(gòu)建技術(shù)是以沉水植物為主，以微生物、水生動物和底棲動物等為輔，在多級生物共同作用下實現(xiàn)污染物的凈化和水體生態(tài)修復(fù)，在有限的空間內(nèi)富集較大的生物量，以達(dá)到快速、高效的處理效果。在池體底床四周首先配植沉水植物約300m2。主要選擇矮生苦草、馬來眼子菜、篦赤眼子菜、金魚藻4種植物，并以9:3:3:1 的配置比例進(jìn)行種植。沉水植物主要通過吸收氮磷、生物降解、吸附過濾等作用凈化水質(zhì)，最終通過植物收割，將被吸收的各類營養(yǎng)物質(zhì)從水體中徹底移除。沉水植物種植成活后，篩選景觀魚類和小型水生動物，投放量為50～60kg，通過生物調(diào)控，逐步使水池保持清水狀態(tài)，隨著多級生物的引入，南園的水質(zhì)可以凈化到優(yōu)良，且水體清澈見底。

2.3 泵管推流水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建

南園水體流動能力極差，常年呈靜止?fàn)顟B(tài)。合理的水力調(diào)度可以改善水質(zhì)，增加水環(huán)境容量，顯著減輕水質(zhì)污染。在上述礫石床周圍敷設(shè)1 號循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)礫石床高效凈化，1 號循環(huán)泵選用潛污泵，流量5t/h，揚程4m，總體裝機(jī)容量1.0kW，每日運行不低于12h，經(jīng)穿孔管均布進(jìn)入礫石床，實現(xiàn)水體在礫石床周圍的循環(huán)凈化，每日循環(huán)凈化量不低于60t。在南園水池和東園明池之間構(gòu)建2 號泵管循環(huán)系統(tǒng)，南園水體修復(fù)初見成效后，啟動2號循環(huán)系統(tǒng)，與同期治理的東園明池形成定期循環(huán)，構(gòu)成了兩個水體之間的良性生態(tài)循環(huán)。2 號循環(huán)系統(tǒng)選用潛污泵，流量15t/h，揚程7m，總體裝機(jī)容量1.5kW，每日平均運行16h，日循環(huán)流量達(dá)到240t，大約5d 可將兩個水體循環(huán)1 遍。

3 水體生態(tài)修復(fù)效果

經(jīng)過工程實施和生態(tài)重建，南園水體逐步實現(xiàn)了自凈功能，圖4 和圖5 分別為水中氮磷污染物和懸浮顆粒物的凈化工程。污染物通過物理吸附和沉淀作用、生物吸收和轉(zhuǎn)化作用實現(xiàn)快速削減。

圖4 氮磷污染物凈化過程

圖5 懸浮顆粒物凈化過程

示范工程竣工并運行2 個月以后，南園景觀水體各項水質(zhì)指標(biāo)明顯改善。經(jīng)過3 個月的工程化治理和水質(zhì)持續(xù)養(yǎng)護(hù)，水質(zhì)符合《景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921—2002）的景觀環(huán)境用水規(guī)定，主要指標(biāo)總磷、氨氮及懸浮物指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅰ類水質(zhì)要求。項目實施7 個月后，實現(xiàn)了池水清澈見底，水體透明度常年維持在130cm，水質(zhì)指標(biāo)改善明顯。

如圖6 至圖11 所示，經(jīng)過7 個月的運行，南園景觀水體上浮水體各項水質(zhì)指標(biāo)明顯改善，高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷等指標(biāo)明顯持續(xù)降低。氨氮從0.92mg/L 降低到0.09mg/L；總磷從0.33mg/L 降低到0.03mg/L；懸浮物從125mg/m3降低到2mg/m3，污染物脫除率均在95%以上，水體污染物降低趨勢明顯。

圖6 水體高錳酸鹽變化趨勢

圖7 水體氨氮變化趨勢

圖8 水體總磷變化趨勢

圖9 水體葉綠素變化趨勢

圖10 水體懸浮物（SS）變化趨勢

圖11 水體氧化還原電位（ORP）變化趨勢

另外，透明度和氧化還原電位改善效果明顯，透明度則從25cm 提高到1.30cm，氧化還原電位從75mv 提高到175mv。南園水池治理前后效果對比如圖12 和圖13 所示。

圖12 南園景觀水池治理前

圖13 南園景觀水池治理后

4 結(jié)語

（1）由于在池心構(gòu)建水下生態(tài)礫石床工藝，設(shè)置泵管推流形成混合流流經(jīng)生態(tài)礫石床，水流通過時在礫石表面形成一種特殊的生物膜，發(fā)揮生物接觸氧化作用，有利于加強(qiáng)對有機(jī)污染形成降解。

（2）采用水動力學(xué)原理對景觀水體進(jìn)行水力學(xué)改善，對提高處于緩流狀態(tài)水體的生態(tài)凈化能力有重要意義。泵管推流循環(huán)技術(shù)是在不需要外來水源的條件下，促進(jìn)水體流動，適用于無有效補(bǔ)水水源情況下的滯流、緩流水體的水動力改善，并利于水質(zhì)保持和生態(tài)修復(fù)。

（3）通過人工干預(yù)景觀水體，逐步構(gòu)建水體多級生態(tài)系統(tǒng)，最終使得水體依靠自然的修復(fù)能力維持水體良性循環(huán)。除采取工程措施外，還必須有目的地放養(yǎng)水生動物、擴(kuò)增土著微生物，最終實現(xiàn)重建生物生態(tài)鏈的目的。

（4）景觀水體生態(tài)修復(fù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，以適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┘铀偻嘶纳鷳B(tài)系統(tǒng)的功能恢復(fù)是可以實現(xiàn)的[2]。生態(tài)集成技術(shù)應(yīng)用在退化的公園景觀水體修復(fù)中，水體污染指標(biāo)在7 個月后能根本改善并恢復(fù)水體景觀功能，可見生態(tài)集成技術(shù)對公園景觀水體生態(tài)修復(fù)有實際意義。