荔枝湖治理采用新技术修复受污染城市景观水体

荔枝湖治理采用新技术修复受污染城市景观水体

摘

要：本文分析了深圳荔枝湖水体污染成因，提出标本兼治思路，先截污后补水，综合运用曝气过滤、湖泊水力推

流、臭氧灭藻、人工湿地净化等水质净化技术，改善湖水水质，为城市受污染景观水体修复提供借鉴。

关键词：综合治理；循环处理；水质净化；新技术

1

荔枝湖水环境问题分析1.1

水质现状荔枝湖流域面积253.3hm2，湖面总面积为10.91万m2，蓄水量为10万m3。不仅具有景观、休闲娱乐的功能，在汛期荔枝湖同时还具有调洪滞洪的作用。近年来，荔枝湖水污染日趋严重，水质监测数据表明，荔枝湖水质达不到地表娱乐景观水质标准要求，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Ⅳ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

污染原因分析荔枝湖是具有调洪滞洪功能的景观湖，现状在湖的北、西、东共有3条雨水箱涵入湖，分别收集着深圳红宝、松园、圆岭、通心岭、百花、上步等片区的雨水，由于这些片区内的经营单位（餐饮、洗车）和住宅楼（阳台改厨房或放洗衣机、洗涤盆）生活污水错排乱接，导致三条雨水涵中有不少污水，虽然在1990和1997年市政府先后两次投资沿湖铺设了2条DN700～DN1500的截污管，对3条箱涵旱季污水进行了完全截流，且截流倍数达到了5倍，但大雨时仍有混流污水和面源污染溢流入湖，污染物的日积月累，特别是氮、磷的累积，导致水体富营养化，再加上湖水不流动，补充交换量小，平日基本上是死水一潭，而深圳的气温又高，导致藻类大量生长繁殖，湖内生态系统失衡，湖水污染日趋严重，达不到景观娱乐水体要求。虽在1989、1990、1997年先后历经三次整治，采用的措施主要是铺设截污管、湖底清淤和增设补水管，3次的整治在一定程度上和一段时间内使荔枝湖的水质得到较好改善，但截污后仍存在下大雨时有混流污水和面源污染溢流入湖问题，而入湖污染物又没有得不到处理清除，日积月累，水质日趋变差；同时荔枝湖虽有补水，但补水量有限，仅够补充湖面蒸发和渗漏损失量，湖水得不到定期更换，再加上湖水不能流动，只是一潭死水，不能达到“流水不腐”，导致湖内生态失衡。2

荔枝湖综合治理工程目标依据荔枝湖水体的功能要求，荔枝湖综合治理后湖水水质稳定在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅳ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）Ⅲ类<1.0<1.0<0.1<6<4>5

（GB3838-2002）Ⅳ类<1.5<1.5<0.1<10<6>3

3

荔枝湖综合治理方案3.1

治理思路针对荔枝湖为富营养化水体的污染现状和以前3次治理的经验及存在的问题，研究结果表明仅靠截污、清淤和少量补水是难以使湖水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，除在原截污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，因为入湖雨水涵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，重点对荔枝湖内水质进行综合治理，采用环境工程措施和生态措施，确保湖水水质在改善提高后保持长期稳定效果。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。深圳市环境科学研究所垂直流人工湿地专有技术对N、P及藻类去除能力强，是比较理想的工艺。但考虑到荔枝公园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机械过滤＋生物法＋臭氧灭藻的组合工艺，借鉴“流水不腐”的道理，使湖水实现水力推进循环，保持湖水水质达标的重要手段；同时生态修复措施可建立荔枝湖生态系统良性生态平衡，也是荔枝湖湖水治理的最终目标，因此生态修复是荔枝湖富营养化控制必不可少的措施。通过以上分析，为使荔枝湖的水体变“活”，湖水变“清”，建立荔枝湖生态系统良性生态平衡，采取五种措施对荔枝湖进行综合治理。包括以下内容：(1)截污与补水；(2)湖水循环处理系统（水力自动化曝气过滤→生态砾石床→臭氧灭藻）；(3)人工湿地湖水净化系统；(4)湖水水力推流循环系统；(5)生态修复工程。3.2

截污与补水对错排乱接到雨水管涵中的污水进行整改，尽可能减少雨季溢流进湖的污水量，本次设计中共对145个污染点进行了整改，拟可减少进入箱涵污水3.4万t，而对于流域内的住宅阳台整改拟纳入即将开展的小区正本清源中进行。关于湖水蒸发渗漏补充水问题，目前先还利用1997年铺设的DN300原水（有些堵塞需清通）进行适当补充，将来拟利用滨河污水厂中水进行补充。3.3

人工湿地湖水净化系统垂直流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。但考虑到荔枝公园内用地的实际情况，本工程将人工湿地采取沿湖岸分散布置，共分为3块，分别建立在不同的死水区域，由提升泵提升湖水进入湿地，出水自流至湖区，提升水量由提升泵控制。总占地面积：824m2，处理水量：824m3/d。水生植物品种：风车草、芦荻、再力花、纸莎草、美人蕉等，既达到净化污水的目的，又产生美化环境的效果。3.4

湖水循环处理系统通过对荔枝湖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，本设计采用水力自动化曝气过滤→生态砾石床处理→臭氧灭藻的湖水大循环处理工艺，利用曝气过滤快速滤除水中悬浮性污染物，生态砾石床去除溶解性污染物，臭氧杀灭水中藻类芽孢，抑制藻类生长。3.4.1

全塑水力自动化曝气滤机水处理技术发展到今天，过滤设备已开发出多种类型，如虹吸滤池、V型滤池和滤网式微滤机、纤维过滤机等，通常只具有单层滤料或多层滤料，单一的物理过滤功能，分离悬浮物的粒径在10um以上，对大部分藻类去除效率不高，尤其是在有油污存在的运行工况下容易产生堵塞，不大适合于本工程采用。在多次调研考察的基础上，选择北京王清熙水处理技术发展有限公司生产的专利设备——全塑水力自动化曝气滤机作为本工程的湖水循环前处理过滤设备。全塑水力自动化曝气滤机通过曝气、气浮、过滤等单元操作，净化水质，同时不断向水中加入溶解氧。滤料为级配的复合多层滤料，滤料可以去除0.5u以上的大肠杆菌（大小在（0.4～0.7）μm×（1～3）μm）和藻类（个体大小在2～200μm）。设备反冲洗通过自动定时装置，冲洗历时3分钟左右即可达到反冲洗效果。反冲洗强度可以达到32L/m2·S，在设备反冲洗时，只有一个滤体进行冲洗，其他三个继续工作，设备的清水箱中可以储存10m3的水，同时其他三个滤体不断补充水源，冲洗历时180s左右，可以保证冲洗所需水量在30m3左右，流量在169L/s，从而保证了反冲洗强度。本设备反冲洗为自动虹吸，设备冲洗的周期由水质决定。在高强度的反冲洗条件下，滤层100％膨胀，滤料之间相互摩擦，将表面杂质脱离，随着冲洗水流带走。设备具有滤料防流失装置，滤料在高强度的冲洗下不会流失。从而保证了滤料可以100％再生，不用更换。该设备在深圳民俗文化村等全国各地已有成功运行的实例，运行时不需投加混凝剂、助凝剂，全系统水力自动化工作，不设专职人员，全部为国家专利产品，性能优于国内外同类产品。根据调查资料，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箱涵流入湖内，需要对湖水进行快速处理才能保证湖水水质不会恶化。根据荔枝湖水环境功能的这一特点，本设计选择过滤处理规模为雨季43200m3/d，旱季21600m3/d。湖水循环周期分别为2.4d和4.7d。选用两台型号为WQX-12A全塑水力自动化曝气滤机，单台处理能力900m3/h。3.4.2

生态砾石床生态砾石床接触氧化工艺是在水体中按设计放置一定量的砾石做填料层，上层覆土并种植生态草皮或做其它用途均可，使水流断面上微生物附着在填料表面，前半段在鼓风曝气的作用下，通过填料上生物膜分解有机物，去除氨氮、磷，后半段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。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。从荔枝湖水质特点来看，由于其COD指标较低，而总氮、总磷含量较高，因此，特别适合生态砾石床工艺的应用，着重去除湖水中的溶解性污染物。生态砾石床单元处理规模为21600m3/d，生态砾石床水力有效停留时间2h，有效容积1800m3，有效深度2m，分成回旋廊道式。前半段鼓风曝气，气水比1.5:1，配套罗茨鼓风机两台，一用一备，单台性能：Q=25m3/min，P=0.25kgf/cm2，N=15kW。3.4.3

灭藻处理系统对于富营养化的湖泊水污染治理来说，灭藻系统是很有直接效果的处理设施。目前主要的灭藻工艺有臭氧灭藻、紫外线灭藻、化学药剂灭藻，主要在其它处理设施的出水进行灭活处理，杀死藻类芽孢，抑制藻类生长。化学灭藻具有投资省、运行管理简单，但存在运行费用较高，产生二次污染，影响水体生态系统。本工程由于其特殊的地理位置和其作为景观休闲娱乐场所，其安全性和生态系统的平衡是最关键的，因此本工程采用灭藻效果好，无二次污染，有成功实例的臭氧方案。为了提高臭氧灭藻效率和结合藻类繁殖规律确定灭活周期，本工程藻类灭活周期为4.7d，处理规模为21600m3/d。本臭氧发生器使用空气气源，设计臭氧投加量为2mg/L，采用软管微孔曝气投加，臭氧吸收率90％，臭氧接触时间15min，接触池有效容积225m3。尾气经尾气破坏器处理后排空，将臭氧对环境的影响减少到最低程度。本设计采用两套1.5kg/h的臭氧系统，湖水可通过三种途径进入臭氧接触池。3.5

水力推流循环系统为了使整个湖区水参与循环，而不形成短路，并保持整个湖区的良好生态功能，本设计将大湖西湖与大湖东部连接间3座桥封住，并在3座桥下设了活动闸门，定时开启。根据荔枝湖自然格局的特点可以利用水力推流循环的方式，实现荔枝湖的循环流动，提高氧气向水中的传输速率，抑制底泥中氮、磷的释放。本设计已在北湖、西湖通过提升泵形成了大循环，局部死水区有人工湿地小循环。而湖区南面宽阔，容易形成大面积死水区。为了避免这一现象，在南部水域布置了6台WY-1型微氧推流机使湖水循环流动加入湖水大循环处理。采用的微氧推流机设备为美国原装进口，效率高，浮于水面，便于安装与移动。单台功率2.2kW，过水量15000m3/d，充氧量70kg/d。在南部区域的湖水循环推流周期为约12h。3.6

生态修复工艺技术湖泊水体污染实为生态失衡，生态系统的修复是湖泊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。3.6.1

阿科曼生态基系统阿科曼生态基是利用人工材料和人工技术模拟水体自然生态环境的水体修复技术，该技术融合了水生生态学、材料学和微生物学的前沿理论，采用阿科曼生态基作为自然生态环境中水草的替代品，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，重建被破坏的湖内生态体系，使湖水恢复较强的自净功能，从而达到净化水体的效果。基于湖水的水体流态及污染的可能途径和对湖水治理的要求，阿科曼生态基主要布置在荔枝湖西侧部位和湖面南区部分区域，以避免对湖面游船的影响，阿科曼生态基全部采用水底放置型，对湖泊景观基本不构成影响。根据现有阿科曼生态基处理负荷的经验值，结合荔枝湖水体和其他参数，荔枝湖采用阿科蔓2100m2。并根据荔枝湖湖水深度确定阿科曼生物基规格采用2.0m×0.6m和2.0×1.0m两种。3.6.2

水生植物的应用结合国内外研究应用成果和多年的实践经验、深圳气候环境及荔枝湖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，筛选出能适应荔枝湖水质现状，同时具有景观效果的物种进行栽种。本设计植物配植：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。3.6.3

鱼类放养针对荔枝湖富营养化水体，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40000尾，罗非鱼50000尾，鲮鱼40000尾，鲢鱼35000尾，鳙鱼25000尾，鲤鱼10000尾，规格为4～12cm，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。3.6.4

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深圳环科所专有产品，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6.5t，其中固体微生物菌2.5t，液体微生物菌4t。4

荔枝湖工程调试水质监测结果分析本工程在2005年12月31日已完成湖区水下工程，景观湖于2006年1月5日开始蓄水。经过单机调试后进行了联动试运行，7、8月份的水质监测结果见表2。

表2荔枝湖调试水质监测结果时间测点编号pH浊度溶解氧叶绿素a藻类密度透明度CODNH3-NTNTP

NTUmg/Lμg/L×106个/Lcmmg/Lmg/Lmg/Lmg/L7

月

份泵池进水7.3013.836.0245.827.252390.020.5070.1437过滤出水7.2027.936.2840.324.0

220.070.5960.1141砾石床出水7.623.164.9643.325.8

230.030.6420.09291臭氧出水

240.070.7170.09715湿地出水7.3400.4812.487.85

23.750.090.8930.03082大湖北7.219.3755.01524.4514.856221.50.070.7360.08868大湖中8.2311.078.5850.630.157310.060.4630.1098南湖8.097.988.0951.030.36324

0.5660.1141西湖7.5214.237.1343.125.654350.010.5280.10988

月

份泵池进水7.26512.08255.1737.12522.25014.850.8630.6030.09714过滤出水7.3610.46.3234.920.87

14.8470.640.970.076砾石床出水7.480.701.50724.0314.57

16

1.1750.029臭氧出水7.533.9610.4621.2812.98

6.011.951.210.0336湿地出水7.400.410.736.9

10.110.1030.6150.01459大湖北7.239.05.4524.114.6257.28.690.4841.0610.05587大湖中7.9410.