人工水景观水质生态处理维护方法应用研究

1、给水排水 Vol. 36 增刊 2010137李传志 段继红(武汉市建筑设计院 , 摘要 , 、 工艺参数与工艺流程 , 生态处理的水质净化方法为人工景观水 , , 可营造出更自然更优美的人工水景 。关键词 人工湿地Applied for ecological treatment of w ater qu ality in artificial w aterscapeLi Chuanzhi , Duan Jihong(W uhan A rchitect ural Desi gn I nstit ute , W uhan 430014, Chi na Abstract :By int roduc

2、tion t he application examples of ecological t reat ment in t he maintenance of artificial water quality landscape , analysis of t he p rocess selection and design , process parameters and p rocess flow , describe t he low co st and advantages of ecological treat ment s characteristics. The use of E

3、cological t reat ment in water p urification offers t he possibility of low cost maintenance for t he artificial waterscape. Ecological wetland and Waterscape s combination can create a more nat ural and beautif ul artificial waterscape.K eyw ords :Ecological t reat ment ; Water Landscape ; Water Qu

4、ality ; Composite vertical flow ; Constructed wetlands随着人们生活水平的不断提高 , 人们对环境景观提出了更高的要求 , 越来越讲究环境的舒适 、 美 观 。 水景居住区得到了消费者的青睐 , 受到了社会 的追捧 。 水也是营造中国园林的一个重要元素 。水体是园林艺术中不可缺少的 、 最富魅力的一 种园林要素 。有水则灵是对水景的高度概括 , 水体 在园林景观中的地位 , 越来越重要 。古人称水为园 林中的 “ 血液” 、 “ 灵魂” 。水在庭园设计中是画龙点 睛之笔 , 在各种风格的园林中 , 水体均有不可替代的 作用 , 包括 :人工湖

5、 、 戏水池 、 喷泉等 。 1 问题的存在 目前的居住区水景 , 大都存在重形式轻文化内 涵 ; 重人工 , 轻自然 ; 重投资回报 , 轻实用经济与后期 管养等问题 。在水景观建设时一味强调美观 , 却常 常忽视水景的节能和维护 , 导致水景建成后因运行 成本过高而干涸停用 , 变成摆设 , 不仅没有达到设计 时的美好初衷 , 甚至成为蚊虫滋生的场所 。看上去很美的居住小区水景为什么总是好景不 长 ? 导致这一尴尬的原因 , 不能简单地归咎于物业 管理失职 , 设计上的重大缺陷 , 才是真正始作俑者 。 2 原因分析为了解决居住区水景在前期设计与后期养护之 间存在的矛盾与问题 , 事实上

6、, 水体要有自我净化能 力 , 必须首先构成一个生态系统 。 然而 , 绝大多数小 区水景只能依靠耗水费电的方式来人工维系 , 而这 显然是一种不经济的方式 , 由此而引发业主和物业 之间的费用争议 , 甚至沦为 “积水养蚊” 的美丽代价 也就不奇怪了 。从这个角度看 , 不符合生态规律的 高耗能小区水景就是一种难以持续的假景观 , 只有 在小区规划和设计之初便把生态 、 节能和可持续性 考虑在内 , 小区水景成 “美丽负担” 的尴尬才有望 避免 。138给水排水 Vol. 36 增刊 2010一般居住区水景大致可分为两种主要形式 :自 然水景和人工水景 。 他们各有各的特征 。 自然水景 :

7、其优点在于几乎没有建筑成本 , 但难 以按照人们意愿随意改造 , 不 能真正将居住区建筑 真正融合在其中 。人工水景 :其优点是能够与居住环境充分融合 , 把自己居住的建筑和自己周围的景观 (景观包含整 个小区的园林 , 绿化和水 和人融为一体 , 安全的水域 , 性 , ; 问题 , , 出于成本考虑 , 大多 设计为装饰水景 , 因此居住区人工水景水体的设计 一般都比较浅 , 只有 2040cm 。过浅的水体接受 阳光的照射时 , 温度提升快 , 水体中的杂物发酵也 快 , 澡类生长自然也是要加快的 。目前居住区水景在设计中普遍存在设计与治理 缺少同步考虑的问题 。由于专业不同 , 目前景

8、观或 园林的水景设计 , 一般只考虑景观手法和文化表现 , 很少考虑水质治理问题 。由于一般人工景观水体 (喷泉和倒影池 没有按自然水理设计 , 大多是一个 封闭的系统 , 基本无自净能力 , 且其内部结构不合 理 , 加上外来营养物质的输入 , 随着时间的推移必将 导致富营养化 , 最终使水体变得混浊不堪 , 甚至发 臭 、 发黑 , 严重影响水体美观 。居住区人工景观的水质首先要求清澈 , 无色无 异味 。 水景观如果没有良好的水质作保证 , 就谈不 上美感 。 为此 , 在夏季日照正常的地区 , 一般 715天需换水清理一次 。 主要原因是尘土飘落导致浊度 升高 , 更重要的是由于藻类滋

9、生使浊度与色度影响 观感 , 以至达到感官难以接受的程度 。 研究表明 , 当 水中 总 磷 浓 度 超 过 0. 015mg/L , 氮 浓 度 超 过 0. 3mg/L 时 , 藻类便会大量繁殖 , 从而成为水质恶化的首要原因 。 抑制藻类有效的方法一般是向水中 投加硫酸铜 , 但效果并不显著 。 就问题的根本解决 , 仍是如何去除 N 和 P 。但是居住区的人工景观水体水深度往往低于 1. 5m , 常常不能形成水体的自净能力和应有的生态效应 。 特别是倒影池 , 为了节省充水费用 , 一般只有 2030cm 深度 , 其自净能力往往只能从水体外 部取得 , 采用传统的水质处理方法 ,

10、必然成本较高 , 能和水景效果 。 3清理、 , 物业管理困难。 水景观建设面临着 :一是水资源的短缺使自来水的使用受 到当地政府部门政策方面的限制 , 如许多地方政府规 定 , 住宅小区景观环境用水应当使用雨水或者再生 水 , 不得使用自来水 , 而且对自备井的控制也越来越 严格 , 这就使水景观要面临水源问题 ; 二是即使可以 使用自来水 , 自来水水价的持续上涨也使业主难以承 受 , 物业管理压力增大 ; 三是水体换水清洗工作繁重 , 费时费力 , 且运行维护成本高 , 导致不少水体只能成 为 “ 节日水景” , 长期闲置甚至废弃 , 结果是得不偿失。简 单 地 说 , 生 态 水 处

11、理 (Ecological Water Treat ment 就是在水域内或水域边人为地建立起一 个生态系统 , 无需人类的外在干预 , 整个生态系统能 适应外界环境对它的影响 , 处在原始的生态平衡状 态 , 和人类共生共存 。这个看似简单的过程却需要 在实施之前 , 进行缜密规划设计 。与以往单一目的的水体治理不同 , 现代水景空 间规划要以生态理论作为指导思想 , 将涉及水景生 态的所有问题 , 如堤岸 、 湿地 、 湖泊 、 集水区 、 植被 、 水 生植物等加以考虑 , 制定综合规划 , 从而达到水域生 态稳定的目的 。水景空间是一个复杂的系统 , 它既 包括河流 、 湖泊等水体本身

12、的空间 , 也包括与水体生 态相关的滩地 、 湿地 、 坡地 、 地下水 、 植被 、 水生生物 等自然元素 。 从生态角度出发 , 应当是多学科相结 合的结果 , 要求水文 、 水利 、 生态 、 环境 、 景观 、 植物 、 动物等不同学科的融合 , 共同实现生态建设目标 。 生态学是一门边缘学科 , 它所涉及的领域相当 广泛 , 有气象学 、 水文学 、 环境土壤学 、 环境地质学 、 环境毒理学 、 环境化学 、 环境经济学 、 环境社会学 、 环 境微生物学 、 环境最优化 、 植物学 、 动物学 、 生物生理 学 、 环境概率统计学 、 环境艺术设计学等等 。 气候条件与水生物种情

13、况紧密相连 , 不同的地 域 , 气候不同 , 降水量也不同 , 会显著影响生物的分给水排水 Vol. 36 增刊 2010139布情况和生物的种类 。根据当地的物种 , 选择适合 培养的生物 , 能适应当地的生存环境 , 或耐旱 、 或耐 涝 、 亦或耐低温 、 耐高温 、 耐碱 、 耐酸 。 在选择物种的 同时 , 还必须兼顾这些生物在水生生态系统中生态 功能 , 不仅能使整个生态系统稳定运行 , 还必须对整 个水体有着净化功能 。 虽然水生植物都能吸收水中 的无机盐 , 其在阳光作用下 , 统中的其他生物直接或间接的提供食物 同 , , 植物 。 , 离开它 , 整 。 如果数量过多将导

14、致生 (水生植物 大大减少 , 生物链出 现断裂 ; 如果数量过少 , 生产者 (水生植物 大量繁殖 泛滥 , 生态系统也不会稳定 ; 这些都会影响生物链的 正常运行 。 水生动物的数量一定要经过科学地计 算 , 并结合实践经验确定 。 所有这些都要综合考虑 。 4 应用实例百步亭花园是一个大型居住区 , 百步亭 5期 4#地项目规划总用地面积 11. 95万 m 2。 其中居住净用 地面积 8. 54万 m 2, 公共绿化面积 3. 41万 m 2, 水景面 积约 4244m 2。 小区设计主要由多层、 高层住宅、 商 业建筑及公共服务设施等组成 , 规划总建筑面积 16. 65万 m 2,

15、 居住户数 1567户 , 居住人数 5487人。 4. 1 水环境分析百步亭 5期 4#地项目规划小区的水景采用水 体循环维持水质清洁 , 收集雨水作为小区水景观补 水水源 。 依据规划 , 小区内水域面积约 4244m 2, 每 年需补充水量为 4600m 3。根据一般景观水体运行水质分析 , 景观水体的 水质维持主要是需要控制藻类的过度生长以及水体 中的 SS 、 COD 、 BOD 、 TN 、 TP 等污染物的含量 , 保持 水体水质的低有机物和 N 、 P 浓度 。根据国内外类 似水体水质保持的经验 , 一般按每 10天循环 1次 , 基本上可以实现水体水质的清洁程度不变 。 4.

16、 2 工艺选择对于控制藻类 , 可重点去除水中的磷 。去除 P 的方法有生物法 、 氧化法 、 化学沉淀法以及物理膜处 理方法等 。 其中投资和运转费用最低的是生物法 , 但在水景旁建造一座生物处理构筑物一般不可能 。水质净化的措施一般主要包括活性污泥法、 生物膜法和人工湿地法等。 与人工湿地法相比 , 活性污泥 , 但缺点是投资成 本高 , 81. 0元 /m 3。 , 。, 虽 然它的占地面积相对要多一些 , 但建设投资成本比 较低 , 特别是后期系统运行成本非常低廉 。在土地 条件许可的情况下 , 人工湿地法是一种可以优先选 择的水质净化方法 。人工湿地是由植物等组成的污水处理系统 ,

17、建成之后 , 除了具有污水处理功能外 , 表面上它还 是一个十分漂亮的生态景观 。人工湿地能和百步 亭 5期 4#地小区周围的其他绿化生态环境相互融 合 。建成后的人工湿地 , 不仅仅是一个污水处理 系统 , 它还可以成为一个旅游生态景观 、 环保教育 基地 、 鸟类繁养的栖息地 , 也可以成为人们的休闲 娱乐场所 。根据小区规划以及室外景观总体设计与环境管 理要求 , 百步亭 5期 4#地小区景观水体的水质维护 处理选用人工湿地污水处理系统比较适宜 。 人工水景观水质采用生态工程为主的水质净化 技术 , 维持景观水体的水质达到 景观娱乐用水水质 标准 , 水质净化工艺选择复合垂直流人工湿地

18、+水 生植被构建 。 4. 3 工艺设计 4. 3. 1 工艺介绍复合型垂直流人工湿地是近年来兴起的一种新 型技术 , 它由一下行流池和一上行流池组成 , 其中下 行池比上行池略高 。下行流池中表面有布水管 , 下 钻小孔 ; 上行池填料表面有集水管 , 下钻小孔用来收 集出水 , 两池之间设隔墙 , 池底相通 。 污水经布水管 首先进入下行池形成下行流 , 通过池底进入上行池 形成上行流 , 最后进入上行池集水管排出 。复合垂 直流人工湿地有如下特点 :(1 使用布水管进水 , 水流不易短路 , 分布均匀。 (2 多了一个比上行流池略高的下行流池 , 不 仅使污水在湿地中的停留时间延长 ,

19、处理得更充分 ,140给水排水 Vol. 36 增刊 2010复氧更迅速 , 而且通过植物作用增加了氧的供给 , 有 利于根区好氧微生物的活动 , 加强了硝化作用 , 使出 水没有异味 。(3 由于随着氧化还原电位的升高使得磷的释 放缓慢 , 使营养盐的去除效果较好 , 同时因底层氧化 充足 , 从而使氮的去除效果好 。 4. 3. 2 工艺流程 针对小区主要水质特点 , 采用预处理 地系统处理工艺 , 工艺流程见图 1 图 1 工艺流程景观水体也可以按照上述工艺进行循环 , 达到去除水体污染 , 维持水质清洁 。 4. 3. 3 工艺参数复合垂直流人工湿地占地面积约为 800m 2, 将其

20、分为 4套单元并联组成 , 每套单元面积为 200m 2, 上 下行池各为 100m 2, 设计湿地池深 1. 0m , 同时池底 采用防渗处理 。 湿地日处理水量 300m 3,10天对景 观水体完成一次循环净化 。 4. 3. 4 湿地植物综合考虑到小区环境和水质净化要求 , 复合垂 直流人工湿地植物选择美人蕉 、 菖蒲 、 风车草 、 紫莎 草 、 鸢尾等植物 。 4. 3. 5 水生植物为维持景观水质以及美化环境 , 在小区水体内 构建水生植物群落 。 采用的水生植物有 :香蒲 、 花叶 水葱 、 菖蒲 、 千屈菜 、 紫莎草 、 风车草 、 鸢尾 、 观赏荷花 等挺水植物以及不同品种的睡莲等浮叶植物 。 4. 4 人工湿地布置百步亭 5期 4#地小区人工湿地处理系统布置 如图 2。 人工景观水体与垂直流人工湿地间通过水 泵进行连续循环净化处理 , 低成本维持景观水质 。 4. 5 投资估算百步亭 5期 4#地小区人工景观水体垂直流人 工湿地净化工程投资包括以下项目 , 其中 : 复合垂 直流人工湿地构建工程 800m 2, 单价 450元 /m 2, 投图 2 百步亭小区人工湿地处理系统布置资总价 36万 。 水生植被构建工程 1000m 2, 投资 总价 12. 5万 。 设计及其他费用合