学子湖水处理方案.docx

广州市尚城建筑设计有限公司2014年10月广州外国语学校人工湖景观生态建设方案1. 项目概况广州外国语学校规划建设人工湖景观，水体总面积5000m，平均水深1m，中部“知遇桥”把水体分隔成南北两部分，南面“学子湖”为一期工程，水体面积为2700m，是校园重要景观之一。目前，该景观正在土建施工过程中。国内很多学校建设的水体景观由于忽视水生态的建设，人工湖的生态自净能力脆弱，一旦受到污染物的冲击，水质迅速恶化，景观效果大为降低，甚至成为臭水汇集之地。为构建一个可持续发展的校园水生态系统，消除环境污染隐患，必须确立环保意识，把生态环境与校园基础设施同步规划、同步建设。2. 水量平衡分析2.1总量分析2.1.1 水量损耗人工湖的水量损耗主要包括自然蒸发量、湖底渗漏量和市政杂用取水量。南沙地区多年平均蒸发量为1700mm，非汛期月平均蒸发量57mm，湖底在简单固化处理后，渗透系数取2x10m/s。年自然蒸发水量 :Ve1=170010-35000=8500 m3a非汛期月蒸发水量 :Ve11=5710-35000=285 m3月年下渗水量 :Ve2=210-8864003655000=3150 m3a=260m3月年绿化用水量 :Ve3=310-33652500=2740 m3a=230m3月年总耗水量 :Ve0=Ve1+Ve2+Ve3=14390 (m3a)非汛期月耗水量 :Ve01=285+260+230=775 (m3月)2.1.2 水量补给根据南沙气象数据，该地区年降雨强度为17001800mm，汛期为每年49月，降雨量占全年总量83%。最长连续无雨周期30天。人工湖周边汇水面积5000m，地表综合径流系数0.5。年湖面降雨量 :Va1=180010-35000=9000 (m3a)年周边地面汇水量 :Va2=180010-30.55000=4500 (m3a)年自然补水量 :Va0=Va1+Va2=13500 (m3a)2.1.2 人工湖水位控制及可蓄水量考虑到人工湖为校园提供亲水环境的需要，景观水位距离地面高差不宜过大，同时考虑降雨过程中附近道路雨水管接入等因素，初步确定人工湖景观水位距离地面1米，洪水溢流水位距离地面0.5米，则人工湖可蓄水量为2500立方。2.2水量平衡从年总量上看VV ，耗水量与自然补水量大致平衡，但全年降雨并不均匀，汛期集中了全年83%的雨量，超出水体蓄水量的部分都溢流排出了。非汛期水量平衡：VC=7756-1350017%=2355m假定汛期后人工湖达到最大蓄水量2500mVc，则可以满足整个非汛期的水量损耗。上述分析表明，该人工湖可以通过自然降雨满足全年的水量损耗，无需另行设置人工补水设施。2.3补水问题分析2.3.1 工程现状根据广州市城市规划勘测设计研究院2010年竣工图（室外排水管平面图（一），图号SS-6），雨水检查井YG5预留了DN300管道作为人工湖的补水水源，但该井的井底标高为4.28m，远低于人工湖湖底标高5.6m，必须设置雨水提升设备才可补充到人工湖。此外，该管路收集的不仅仅是屋面雨水，还包括机动车道等地面雨水，直接排进人工湖会对水体造成严重的面源污染。人工湖周边地面自然径流没有考虑截流处理，同样地会形成面源污染。2.3.2 解决方案改造人工湖周边建筑现有雨水系统，把屋面雨水和地面雨水分流汇集，地面雨水排出市政雨水管道，屋面雨水经初期径流弃流后汇入景观水体。截流人工湖周边道路雨水，防止其未经处理溢入水体。由上述2.1.2计算可知，周边地面补水量为4500m/a，换算成屋面汇水面积为2800m，也就是说只需改造人工湖东边三栋学生宿舍，或西边食堂及教工用房的雨水管路，即可满足补充水量的要求。该方案的优点在一次性投入，无后续水处理程序。缺点是需对现有的室外雨水管网进行改造，必然要开挖路面，对正常的教学及生活造成短期的影响。相对于保留现有雨水管道新建一套雨水收集处理系统而言，更具有可行性。此外，湖底必须做好固化防渗措施，避免湖水大量流失。人工湖开挖固化后，要通过满水试验，找出渗漏点及时补救。3. 人工湖生态建设方案3.1水质分析3.1.1外源污染1) 排入水体的污水：污水由于暴雨而部分进入雨水系统，再进入人工湖； 2) 地表径流和地下渗流：人工湖周围的草坪或绿地，对草坪施肥和喷洒农药，会在植被和土壤中残留大量的污染物质，最后随地面径流（绿化喷洒和雨水形成）或地下渗流带入水体中。 3) 汇流区域内的初期雨水：初期雨水，在洗涤和溶解了空气中和地表面上的污染物质后，受到一定的污染。根据有关研究，雨水中的磷浓度一般为0.07mg/L左右，氮浓度约为1.0mg/L。 3.1.2内源污染1) 养殖污染：在水中养鱼，投入的过多的食料和鱼类排泄物； 2) 水生植物：水生植物通过光合作用固定的有机物，随水生植物季节性死亡后进入水体； 3) 底泥：上述的各种污染物质在水体中停留时，因各种原因而沉积到池底，并发生分解，在一定的条件下，由池底重新进入水体。 上述这些污染物，可以分为有机污染和N、P污染。当 这些污染物进入水体的量超过水体自净能力（包括排出量），将使水质恶化。 3.1.3现象及成因1) 水中有机物分解消耗水中溶解氧造成水体黑臭；2) 水中N、P浓度过高，水体发生富营养化，产生水华，浮游植物大量繁殖。 3.2设计思路3.2.1截污截断外源污染，补水水源只采用屋面雨水，并设置初期雨水弃流装置，同时截断水体周边地面径流，控制进入水体的N、P以及其他污染物的含量。3.2.2 充氧结合跌水水景及底层曝气，使水体复氧，同时使水体形成类似氧化沟的推流形态，防止形成死水区、缺氧区，为构建健康的生态系统创造条件。3.2.3生物链采用生物接触氧化法，在人工岛周边及其对岸放置弹性立体填料，投入菌种，培育生物链最底层，进而形成生物膜，创建更长的生物链（细菌真菌藻类原先动物后生动物）。沿湖岸自然草坡，种植沉水植物、浮叶植物以及挺水植物，构建多层次植物体系。吸附分解湖中的悬浮物，并起到为湖水复氧的作用。逐步引进各种食性的鱼类、底栖生物，形成生物链高端群落。3.3实施方案3.3.1圣贤广场跌水水景跌水水景除了成为景观外，还可以拦截水中的漂浮物，过滤悬浮物，更是水体曝气复氧的重要设施。规划建设的跌水水景墙设计参数：长度20m，跌水高度4.1m，水流形态为附壁跌流。堰上静水头取14mm，按宽顶堰设计。根据全国民用建筑工程设计技术措施，单宽溢流量q=2.7L/(s.m)，总流量200m/h。经跌水处理后，溶解氧含量可达4mg/L。3.3.2生物接触氧化系统设计循环水量为200m/h（每天工作12h，水体循环周期2天），跌水曝气水段，设置水下推流器，其余生物处理水段前设置潜水射流曝气机，使湖水产生环流。 水下推流器潜水射流曝气机型号：QJB5/12-620/3-480S 型号QXB 5.5功率 ：5kW 功率 ：5kW推力：1800N 进气量：85m/h整个湖面共设四个生物处理段，选用活性生物填料沿湖岸水下敷设。活性生物填料是一种新型生物活性载体，它采用科学配方，根据污水性质不同，在高分子材料中融合多种有利于微生物快速附着生长的微量元素，经过特殊工艺改性、构造而成，具有比表面积大、亲水性好、生物活性高、挂膜快、处理效果好、使用寿命长等优点。污水经过载体反应器时，水中的微生物不断在载体内外表面附着生长，形成生物膜。生物膜与水体中的污染物充分接触并将其分解，使水质得到净化。3.3.2 水生植物系统水生高等植物是保护水生生态系统良性运行的关键类群，是良性湖泊生态系统的必要组成部分。水生植物对水体的净化机理主要有以下3方面：1) 植物对营养物质的同化吸收。水生植物在生长过程中会从水层和底泥中吸收氮、磷同化为自身的结构组成物质，从而将水体中的营养盐固定下来，减缓营养物质在水中的循环速度，通过人工收获便可将固定的氮、磷带出水体。2) 根际效应。微生物是系统中有机污染物和氮分解去除的主要执行者，系统中微生物数量与净化效果呈显著正相关。根系微生物是聚居在根际，以根际分泌物为主要营养的一群微生物，根系微生物作用于周围环境形成根际，产生根际效应。根系微生物不仅种类和数量远高于非根系微生物，而且其代谢活性也比非根系微生物高；另一方面，在根际，高等水生植物能将氧气从上部输送至根部，在根区和远离根区的底泥中形成有氧和厌氧环境，从而促进底泥微生物中的硝化与反硝化。3) 吸附作用。水生植物根部的物理化学环境试验发现，沉水植物直接吸收的营养盐的量相比总量来说其实很少，但是沉水植物的存在可以降低水中营养盐的平衡浓度，改变水体和底泥中的物理化学环境，抑制藻类生长，改善水体生态环境。水生维管束植物通常有4种生活型：挺水、漂浮、浮叶和沉水。以沉水植物对富营养化湖水净化能力最强，因为沉水植物的根部能吸收底质中的氮、磷，植物体能吸收水中的氮、磷。另一方面，水生植物对湖泊生态系统的影响是双重的，水生植物过多或过少对湖泊资源的多种功能利用都不利。如果水生植物快速增殖，会覆盖水面，阻止阳光进入水体，防碍水生浮游生物生长，影响水体生物多样性和生长率，如果不及时收获，植物体腐烂又会对环境产生二次污染，影响水体质量。因此，湖区正常运行后，应加强管理，适时收获，维持水生植物最大生长速度时的生长密度，提高水生植物净化效率，减少其过度生长带来的危害。水生植物配置：基本上是荷花、睡莲、萍蓬、菖蒲、鸢尾、芦苇、千屈菜等，在接近岸边的地方，还种植水芋、燕子花、羊胡子草、灯心草、薄荷、丁香蓼、毛茛、婆婆纳和一些苔类植物，漂浮在水面和沉入水