小区环形水系生态修复工程实施方案.doc

小区环形水系生态修复工程（实施方案）二0一二年七月目 录前言3一、环形水系水质问题分析31.1 水质现状31.2 污染原因分析41.3 环形水系综合治理工程目标4二、设计指导思想及原则42.1 指导思想42.2 项目原则5三、设计规模和期限53.1、设计规模53.2、实施年限5四、环形水系综合治理方案54.1  治理思路54.2水系治理技术选择7五、生态修复区域定位10六、工艺技术分析116.1 超声波除藻仪116.2 生态修复所用的植物种类11七、环形水系的展望13小区水系生态修复技术方案前言小区四周环境优美，配套齐全，极其自然地将居家、休闲、旅游、度假等多种功能完美结合，另外，小区设计了独特的环形水系，每个组团之间都通过“小桥流水”而相互融合，整个小区实现了高密度绿化、超宽楼间距，使每位业主将生活真正置身于一个世外桃园般的青青世界。 随着社会的飞速发展，人们对生活、休闲的小区环境标准在逐步提高，但是因为各方面原因导致水质污染和水体富营养化现象日益严重。目前，*小区环形水系同样受到藻类的影响，浮游植物大量发生，造成水质恶化、水体功能下降，局部死水区出现蓝藻，产生多种藻类毒素，直接影响小区的健康生活和生活环境。近日我公司受*小区物业委托，进行现场实际踏勘、分析测量、咨询部分业主等前期调查工作，初步分析了*小区环形水系污染成因，通过超声波灭藻、水系推流循环、生态修复等处理技术，改善环形水系水质，从而达到水面清澈、水质干净的良好水系环境。具体设计思路、工艺及实施方案以下内容详细介绍。一、环形水系水质问题分析1.1 水质现状*小区环形水系表面积2000m2，蓄水量为1000m³。水系不仅具有景观、休闲与娱乐的功能，而且在汛期还具有调水、排涝的作用。今年夏季小区水系大面积出现蓝藻，水质日趋严重，其水质达不到地表景观水质标准要求，水体感官差，透明度低，湖水呈暗绿色，局部出现黑臭现象，藻类散发腥臭味，监测指标多数为劣类，藻类以蓝藻和绿藻为主，属重富营养水体，且呈恶化趋势。1.2 污染原因分析环形水系是具有调水、排涝功能的景观水体，现状在水系的东北端湖水通过水泵提升至西北角水系进水端，水系沿线共有近10条雨水箱涵进入环形水系，分别收集着小区沿水系片区的雨水，由于这些片区内住宅楼（阳台改厨房或放洗衣机、洗涤盆）生活污水错排乱接，还有部分居民在水系旁洗涤衣物，导致水系中有不少污水进入，虽然在近两年小区物业先后沿水系进行清理污物、换水等措施，但大雨时仍有混流污水和面源污染溢流入水系，污染物的日积月累，特别是氮、磷的累积，导致水体富营养化，再加上水系不流动，补充交换量小，平日基本上是死水一潭，而夏日的气温又高，导致藻类大量生长繁殖，水系内生态系统失衡，湖水污染日趋严重，达不到景观娱乐水体要求。1.3 环形水系综合治理工程目标依据小区水体的功能要求，环形水系综合治理后水体水质稳定在地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的类标准，具体水质设计指标见表1。表1水质设计指标指标TN(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)CODMn(mg/L)BOD5(mg/L)DO(mg/m3)Chl-a(mg/m3)透明度(cm)治理前42.00.35158<4150<20治理目标<1.5<1.5<0.1<10<6>5<10>60（GB3838-2002）类<1.0<1.0<0.1<6<4>5  （GB3838-2002）类<1.5<1.5<0.1<10<6>3  二、设计指导思想及原则2.1 指导思想围绕恢复环形水系的目标，减少非点源污染物入水系，消除内源营养盐影响，总体实现水体达到地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的类标准，提高水体的生物多样性和自净能力，降低水体富营养化程度，发挥高等水生植物吸收净化、抑制藻类、促淤防浊、水质澄清等功能，提高水体透明度。2.2 项目原则（1）保证工程的安全性、稳定性和耐久性原则（2）生物群落多样性与生物环境多样性相统一原则（3）生态系统自我设计、自我修复原则（4）景观尺度及整体性原则（5）反馈调整式设计原则三、设计规模和期限3.1、设计规模设计水系水体容量为1000立方米，深度为0.5米，环形水体整体水环境。3.2、实施年限工程设计5天、工程施工30天、运行调试30天。四、环形水系综合治理方案4.1  治理思路针对环形水系为富营养化水体的污染现状和以前水系治理的经验及存在的问题，研究结果表明仅靠抽水、清藻和少量补水是难以使水系的水质改善保持长久的效果，因此需要采取标本兼治的综合治理措施，除在原先延长水系循环的基础上要进一步尽可能减少（由于完全消除入湖污染是基本做不到的，因为入湖雨水中的初雨水所带的面源污染始终会存在的）雨季溢流时入湖的污染物总量外，重点对水系内水质进行综合治理，采用环境工程措施和生态措施，确保水系水质在改善提高后保持长期稳定效果。对近年来常用的人工水系处理技术进行归纳，我们可以看出人工水系处理技术的发展大致经历了三代，下面将对人工水系发展的三代分别介绍：4.1.1水系治理第一代技术这一代是人工水系处理的起步代，当人们开始认识到人工水系不治理的情况下水质会恶化、发臭，严重影响水景观之后，一些技术人员便逐渐开始探索合适的技术进行治理。常用的技术大致有水泵循环、跌水、沙缸过滤、投撒化学药剂、增氧曝气等简单的方式，这些方法大都比较单一，治理效果甚微，基本无效。4.1.2水系治理第二代技术随着时间的推移及技术的进步，部分技术在第一代技术的基础上适当改进，推出了第二代技术，这一代主要的技术有：全自动精滤机、气浮、生物制剂、人工湿地以及生态基等技术。这些技术相对第一代的技术在技术含量和处理效果方面有很大的进步，但大多都是从其他水处理技术转型过来，不是专门针对人工水系水处理特点的。有些时候（水面较小时）治理效果较好，有些时候（特别是水面较大时）处理效果会很差。第二代技术中代表性的全自动精滤机过滤法和气浮法都需要建设水处理机房，把湖水抽到机房里处理后再送回湖里，属于间接净化法。机房和输水管道建设需要不菲的费用以及占地、施工周期长等不便。更重要的是，由于受机房建设局限，机房不能修得太大，这样水系循环周期就相当漫长，且夏季湖水污染快，还没等处理一遍水系又变脏了，即使处理机房的出水水质再好，与水系中的水混合以后整个湖水还是较脏。4.1.3水系治理第三代技术第三代技术基本上都是由对人工水系地表水治理有深入研究的专业技术人员经过常年研究之后创造出的新技术，创新程度高。对人工水系治理针对性强。这一代技术的治理效果比第二代技术又有大幅度提升，对大水面及污染严重水面都有很好的治理效果，能达到三类甚至二类水质标准，主要代表技术有：动植物综合调控技术和生态修复净化技术。动植物综合调控技术通过对鱼类品种、鱼虫品种、水草品种的精心筛选和调控、以及各种化学药剂、生物制剂的应用，最终实现沉水植被的大量健康生长，形成“水下森林”。初期要把水中鱼虾清除干净，然后主要靠一种低等的浮游生物（食藻虫）吃掉藻类，后期主要靠沉水植被净水。中途配以各种微生物制剂、药剂、凶猛鱼等。调控过程非常复杂，水较深的湖不能施工，需要缓慢注水以适应水草光照要求。生态修复净化技术能够在湖水中实现三大功能：流水不腐、曝气充氧、微生物净化。一方面通过特殊低功率大流量水泵设备营造庞大水流、让死水变成流动活水，一方面通过提供载体的方式在水中大量培养微生物，大量微生物在充足的溶解氧和动水的环境下对水中有机污染物进行好氧分解，实现了污水净化。这种原理类似于污水处理厂，相当于直接在湖内建了个污水厂，却没有任何土建设施。这种技术弥补了其它各种方法的短板，既有污水处理厂的处理能力和速度，又没有土建、管网的烦恼，更没有湖外治理时水泵循环带来的循环周期瓶颈限制，而且施工周期短、造价低、维护简单方便。与动植物综合调控技术相比，不怕干旱暴雨，耐冲击负荷方面具有明显优势。目前富营养化水处理的方法较多，但由于富营养化水源水中藻类及其他污染物的多样性和复杂性，藻细胞特性复杂，任何单一工艺都不能达到理想的除藻效果。考虑到小区内用地紧张的实际情况，本方案在部分重点区域（如观鱼区等重要区域或死水区）选用人工湿地处理，对于大区域的湖水采用生物法超声波灭藻的组合工艺，借鉴“流水不腐”的道理，使水系实现水力推进循环，保持水体水质达标的重要手段；同时生态修复措施可建立水系生态系统良性生态平衡，也是水系治理的最终目标，因此生态修复是水系富营养化控制必不可少的措施。4.2水系治理技术选择通过以上分析，为使水系的水体变“活”，湖水变“清”，建立水系生态系统良性生态平衡，采取五种措施对水系进行综合治理。包括以下内容：(1) 截污与补水；(2) 水系水体循环处理系统（水系末端水超声波灭藻水系前端）；(3) 人工湿地水系净化系统；(4) 水体水力推流循环系统；(5) 生态修复工程。4.2.1  截污与补水对错排乱接到雨水管中的污水进行整改，尽可能减少雨季溢流进水系的污水量，本次设计中共对环形水系布景桥近10个污染点进行了整改，减少进入水系污水总量，而对于流域内的居民洗涤废水排入情况则要加强社区环保意识及物业管理。关于水系蒸发渗漏补充水问题，目前先还利用系统原有水泵进行适当补充自来水。4.2.2  水系水体循环处理系统通过对环形水系的污染调查和成因分析，及在国内外的类似湖泊治理的基础上，本设计采用水系末端水超声波灭藻水系前端生态修复床的水系大循环处理工艺，利用水泵循环水体模拟形成“流水不腐”的自然生态，生态床去除溶解性污染物，超声波杀灭水中藻类芽孢，抑制藻类生长。4.2.2.1 超声波灭藻超声波除藻仪运用特殊频率的超声波所产生的震荡波，作用于水藻的外壁并使之破裂、死亡，以达到消灭水藻、大幅度减少悬浮物并使水体清澈、促进水环境生态平衡的目的。超声波除藻仪完全避免了化学药剂带来的二次污染及其他问题。我们应用超声波除藻仪的实践证明，超声波除藻仪是目前最容易实施和最有效的杀藻方法，其安装简单，无需调试，运行可靠，效果明显，使用稳定，不用专门的管理，能耗低，运行费用低廉。水体经过超声波除藻仪处理后，被杀死的藻类细胞呈胞壁分离，多个水藻粘结为一团，先是逐渐沉于水底成棉絮状，25天至35天左右（如果水体富营养化较严重，其藻类本底浓度很高，处理后产生明显效果需要时间则相应较长，约为55天左右）死亡水藻上浮至水面并相互粘为团粒状，只需及时在下风向湖面经过人工打捞即可将其移除；超声波除藻仪不断杀死水藻而使水藻无法大量繁殖，在换水后藻类浓度较低时使用超声波除藻仪，其抑制藻类繁殖的作用尤其理想，这种作用是其它方法杀死的藻类沉积于湖底所不可比拟的。由于超声波除藻仪有较强的杀藻和抑制藻类生长的作用，藻类种类减少、总密度降低和死藻移除，湖水的透明度增加，水体感观显著改善，在尚未采取其它水体富营养防治措施的情况下，水体没有出现藻类暴发而导致的藻华和淤泥上涌现象，始终保持着相对稳定的状态。因而，超声波除藻仪的抑藻和杀藻功能在生态修复后的水体维护有重要的作用，否则藻类不受控制而容易疯长，水体生态又会被破坏。因为超声波除藻仪能耗较少，24小时连续运行可以有效地抑制和杀灭水藻，因此在水藻极易爆发期间尤其是每年的4月份至11月份，连续运行超声波除藻仪可以达到最佳的处理效果。4.2.3  人工湿地水系净化系统人工湿地专有技术对N、P及藻类有很强的去除能力，是一种理想的工艺。但考虑到水系内用地的实际情况，本工程将人工湿地采取沿水岸分散布置，共分为5块，分别建立在不同的水系功能区域，由提升泵提升末端湖水进入小区前端假山喷泉水体，出水自流推进至水系末端区域，提升水量由提升泵控制。人工湿地总占地面积：525m2，处理水量：820m3/d。水生植物品种：风车草、香蒲、再力花、美人蕉等，既达到净化污水的目的，又产生美化环境的效果。4.2.4  水体水力推流循环系统为了使整个水系参与循环，而不形成短路，并保持整个湖区的良好生态功能，并根据水体自然格局的特点可以利用补冲清洁的自来水进行水力推流循环的方式，实现水系的循环流动，在水系始端的喷泉区进行喷水，提高氧气向水中的传输速率，抑制底泥中氮、磷的释放。根据现场调查及相关资料，藻类的生长周期为5天左右，爆发生长期为3天。在高温的雨季，大量的漂浮性和溶解性污染物从雨水排污管流入水系，需要对水体进行快速处理才能保证水系水质不会恶化。根据水系环境功能的这一特点，本设计选择水体循环周期分别为2.0d，每个周期进行3次循环，每次循环水泵开启3h。4.2.5  生态修复工艺技术水系水体污染实为生态失衡，生态系统的修复是水系水体环境和富营养化水体综合治理的一个重要环节，是总体治理效果的最后实现过程，如果缺少这个环节，总体治理效果将会受到很大的限制。生态修复工艺是在水系中按设计放置一定量的砾石做填料层，上层栽植水生植物，使水流断面上微生物附着在填料表面，借助生态基的吸附能力和对浮游生物提供栖息场所和天然食物的优势，重建被破坏的水系生态体系，使水系恢复较强的自净功能，从而达到净化水体的效果。去除氨氮、磷，在去除有机物的同时沉淀去除悬浮物，达到水质净化的目的。从小区环形水系水质特点来看，由于其COD指标较低，而总氮、总磷含量较高，因此，特别适合生态床工艺的应用，着重去除湖水中的溶解性污染物。该工艺为人工生态系统，特别适用于低污染河、湖水的治理，具有造价和运行费用低、水力负荷高的特点。4.2.5.1 水生植物结合国内研究应用成果和多年的实践经验、小区气候环境及水系原有的水生生物种类，从水生植物生物学特性、耐污性、对氮、磷去除能力、景观效果等多方面进行分析，筛选出能适应水系水质现状，同时具有景观效果的物种进行栽种。本设计生态床植物配植：被截污管隔开的湖岸边及非划船区部分岸边5m宽的种植带。种植面积6000m2，水生植物品种有再力花、花叶芦荻、香蒲、风车草、睡莲、荷花、海芋、美人蕉、蜘蛛兰。4.2.5.2 生态鱼群针对水系富营养化水体，应用生态学原理，通过调整水体食物链结构，控制草食性鱼类，发展滤食性、杂食性鱼类群体，进行多种鱼类、多种规格的混养。本设计投放鲫鱼200尾，花（白）鲢鱼500尾，草鱼300尾，规格为812cm，目的在于充分利用水体中的浮游生物，悬浮有机碎屑，同时有效地去除水底沉积物，减缓水体富营养化程度，避免藻类过量繁殖，实现水生态系统修复。生态修复单元处理规模为500 m3/d，生态床水力有效停留时间2h，有效容积250m3，有效深度0.5m，分成回旋廊道式。4.2.5.3  添加微生物菌作为水生生态系统中的分解者，微生物占有极其重要的生态位，可将受污染水域中的有机物降解为无机物，这正是污染物质分解转化过程中的第一个步骤，在生物修复中尤其重要。因而，本方案于生态修复措施中采取投加微生物菌作为一种辅助性措施。本工程微生物菌采用专有产品，以光合菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等微生物为主的、经特殊方法培养而制成的有益微生物制剂。本工程菌种投加总量650kg，其中固体微生物菌250kg，液体微生物菌400kg。五、生态修复区域定位结合根据水系循环特点，分别在水系循环推流六个区域进行生态修复（见附图），从而改善水系的水体水质。六、工艺技术分析6.1 超声波除藻仪超声波泛指频率在16kHz以上的声波，是一种弹性机械波，能在水中产生一系列接近于极端的条件，如超过重力加速度几万倍的质点加速度，空化泡破裂产生的瞬间高温和高压（4000K、500大气压）、急剧的放电，以及强烈的冲击波和射流等。由此衍生的二次波、辐射压、声捕捉、自由基、氧化剂等也可能较大程度地改变介质性质。选用一台型号为SCZ-300W高效超声波除藻仪，单台处理能力150m2水域面积，超声波除藻仪主要配置在水系末端湖中。其优势有以下几点 ： 防止水藻、细菌再生；对水中生物无害，维持水域生态平衡，无二次污染。性能可靠，无需维护，可长期使用，运行费用低，施工简便，适应性强。6.2 生态修复所用的植物种类植物名科名学名繁殖方式适应能力越冬状况香蒲香蒲科TyphaIatifolia L播种、分株强露地越冬黄花鸢尾鸢尾科Iris pseudacorus播种、分株强露地越冬再力花竹芋科Thalia dealbata分株强温室越冬风车草莎草科Cyperus alternifolius.分株、扦插较强温室越冬美人蕉美人蕉科Canna indica播种、分株强温室越冬梭鱼草雨久花科Pontederia corelata.播种、分株较强露地越冬芦苇禾本科PhragmitescommunisTrirn.分株强露地越冬花叶芦竹禾本科Arundo donax分株、扦插强露地越冬千屈菜千屈菜科Lythrum saliearia.分株、扦插较强露地越冬黄菖蒲鸢尾科Iris pseudacorus分株 强露地越冬表1 水生植物种类生态修复建设选用植物种类应根据当地的气候条件进行选择，*地处中纬度地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属暖温带大陆性气候。主要特征为：季风明显、四季分明；冬冷夏热、雨量集中。*因黄河而著称，有着丰富的湿地水生植物资源和良好的园林水体环境，通过生态修复方式种植的水生植物有美人蕉、风车草、黄菖蒲、芦苇、花叶芦竹、梭鱼草、再力花、黄花鸢尾、香蒲，其适应生长状况如表1。本方案选取的水生植物品种有再力花、香蒲、风车草、睡莲、千屈菜、美人蕉、花叶芦竹。生态修复区域植物区由网式床底部填充陶粒、鹅卵石等填料作为生态稳定基，和植物构成可拼装的生态湿地（如右图），克服了常规植物滤床的缺陷；独特的分配结构设计，可使能培育的植物类型多样化；填料、植物、药剂协同作用，强化了治理效率；成本低、寿命长、宜养护。按照不同组合方式，对植物进行配置，可采用丛植、片植的两种方式营造不同的水上景观。在河道的中间利用生态修复区种植植物，生态区的组配形式为弯曲的带状（如左图），选用的植物复植在生态床，还有一部分湖心的浮岛植物配置，采用片植、丛植。配置时注意植物的高低错落，疏密有致，体现节奏与韵律，切忌所有的植物处在同一水平线上。环形水系的五个桥头的两侧丛植鸢尾、美人蕉，即可柔化河道边缘生硬的驳岸，也大大丰富了桥头两侧的乔灌草水生植物配置模式景观。6.2.1强化净化系统砾石床过滤：利用微生物及植根系转化、吸附、吸收，去除 N、P 等营养物质；净化浮岛净化：种植具有经济价值的挺水植物，利用其根系收营养物质，同时促进泥沙和其它颗粒物沉降；水生生物净化区：利用高效水生生物的净化作用以及生物浮岛、固定化脱氮除磷微生物以及高效、易沉藻类等人工强化净化技术，高效去除N、P；放养滤食性的鱼类（如上图）和螺类（如下图）；底播一定密度的底栖动物及滤食性鱼类，以有效去除悬浮颗粒、有机碎屑及浮游生物，促进良好生态系统的形成。6.2.2 人工鱼巢人工鱼巢可满足水体中上、中、下不同鱼类的习性需求。该鱼巢的尺寸要以主要保护鱼类的平均长度为参考依据，这种鱼巢内部有连续的空腔,分层布置于水系护岸之中,从而为鱼类等水生生物和两栖动物提供了一个安全的繁衍生息空间,有利于它们躲避天敌,起到保护生物多样性的作用。七、环形水系的展望生态水系修复技术经过多年的发展和应用，目前已经较为成熟，在国内外湖泊和河道污染水体修复中大量应用，在降解水体污染、美化景观等方面发挥了非常好的作用。今后的发展方向除了新型浮床材料的开发外，主要在生态修复技术和其他技术的组合上。生态浮床利用主要利用植物吸收和根系微生物降解，处理污染，相对效率较低。因此最近设计的浮床增加了填料、曝气、生物技术。利用生态浮床的框架，在其下方架设填料，形成新的填料浮床。微生物逐渐在填料上形成数量可观的生物膜，可以明显提高水体污染的去除率。浮床增加曝气过程，能提高水体溶解氧的含量，降解水体中耗氧物质。这些技术与浮床技术的整合，能明显提高整个浮床的处理效率。水系景观水的水质维持是一项综合技术，采用生态是一种较为自然和谐的方式，贴近生活，也是技术发展的主流。在利用生态系统净水技术时需要注重以下几点： 1、水生植物合理搭配，建议多采用沉水植物。水生植物的种植比例要达到比例要求，种植区需采取特殊处理措施减少对水体的干扰。水生动物的放养以贝壳类为主，适当放养鲢鱼、鳙鱼等食藻性鱼类。2、强化微生态系统是一个重要的环节。传统的“流水不腐”说法，实际就是微生态的作用。强化微生态一般主要是激发水体深层微生物的活性，通常是通过增氧方式提高微生物的代谢和繁殖，同时通过水体的流动及层流交换实现水体的均质平衡。3、由于景观水域的设计和外在条件限制，仅靠生态系统很难完成水质保持，因此有必要进行强制处理，剥离水中的污染物。强制措施建议采用气浮法，不仅投资少管理方便，而且不需专业维护。人工湖的水质保持，管理是管件。污染排放的控制、污物的清理及亲水平台的管理都很重要。不管采取何种方式，基本都是对微污染源的治理方法。也就是说水处理的功能是有限的，一旦受到污染冲击，系统很长时间才能恢复。除此之外，物业管理部门也可以考虑交由专业公司托管。当然，正确的操作、养护规程也是必不可少的。*环形水系治理工程先截污后补水，同时采用强化型超声波除藻仪和生态修复床技术、水力推流技术等水质净化技术，标本兼治，使水系水质得到根本改善，从而有效恢复水系景观与休闲娱乐功能，是城市受污染景观水体修复的成熟技术。待水系绿藻去除80%后，下一步，将根据水系生态系统规划划分湖滨带、浮游区、底栖区，利用不同的生物群落，模拟自然生态环境修复水系长远生态系统，强化生态系统的结构和功能，恢复生态系统的自我调节能力，建立良性循环，控制富营养化，还*小区一个湖水清澈、鹭鸟成群、鱼儿欢跃的优美环境。