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1、 J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(4): 456-462 http:/www.jlakes.org. E-mail: 2008 by Journal of Lake Sciences 城市湖泊水环境修复组合工艺效果研究以深圳市荔枝湖治理工 程为例* 毛献忠, 桂 安, 陶 益, 张锡辉 (清华大学深圳研究生院环境工程与管理研究中心, 深圳 518055) 摘 要: 以深圳市荔枝湖为例, 通过历时 9 个月的水质连续监测, 研究该湖水污染综合治理工程实施后不同治理工艺的处理效果. 研究表明, 自动过滤工艺 TP和 COD 平均去除率分别为 33.6%和 16.2%;
2、生物砾石床工艺 TP 和 COD平均去除率分别为 39.0%和 21.3%; 人工湿地工艺 TP 和 COD 平均去除率分别为 80.2%和 56.1%. 通过荔枝湖四湖总磷串联模型, 计算在设计初始条件下, 采用组合治理工艺时湖水恢复为地表 IV 类水所需要的时间. 计算表明工艺每天运行 24h, 需要 2.5d 可将各湖 TP 浓度降至 0.1mg/L 以下, TP 总去除量为 7.27kg, 去除率为 46.9%. 关键词: 城市湖泊; 水污染治理; 治理工艺效果; 总磷模型 Investigation on effect of treatment units in restoratio
3、n project for urban lakesa case study of Lake Lichee in Shenzhen MAO Xianzhong, GUI An, TAO Yi 39.0% for TP and 21.3% for COD via a bio-gravel-layer unit; and 80.2% for TP and 56.1% for COD via a man-made wetland unit. A total phosphorus modeling of each sub-lake for Lake Lichee was developed and ap
4、plied to compute time needed to improve water quality to match Grade IV of surface water standard under the designed conditions. The result showed that it will take 2.5d subject to 24h operation of the restoration project per day to reduce TP concentration lower than 0.1mg/L in Lake Lichee. During t
5、he process, TP removal load is about 7.27kg, and the removal rate is almost 46.9% in Lake. Keywords: Urban lakes; water environment restoration; treatment effect; a total phosphorus model 城市湖泊是一个城市的重要组成部分, 如杭州的西湖、南京的玄武湖、深圳的荔枝湖等, 这类湖泊具有景观娱乐、改善城市生态环境等功能, 同时还有洪涝调蓄的作用. 随着城市化的不断发展, 频繁的人类活动给这类湖泊带来很大的挑战, 城
6、市湖泊面临严重的富营养化威胁1. 据国家环境保护总局发布的2005 年中国环境状况公报, 5 个城市内湖水质处于类或劣类、以及轻度或中度富营养化状态2. 城市湖泊污染特点是既有面源污染, 又有底泥释放3, 同时存在市政管网错接、及污水管网渗漏等问题4. 近十多年来, 各地政府对城市湖泊进行水污染治理, 通过截污控制城市污水进入湖泊、引水改善水质、底泥清淤、以及采用不同生态修复等措施治理湖水5-9. 湖泊水体修复涉及许多因素和过程, 采用组合技术也许更加有效10, 但有关组合技术的报道极少, 对于治理工程实施后工程效果如何, 文献也鲜有介绍. 本文以深圳市荔枝湖水污染综合治理工程为例, 通过历时
7、 9 个月的水质连续监测, 研究不同治理工艺的工程效果, 为制定治理工程优化运行模式提供指导, 也为国内外同类湖泊治理提供参考. * 2007-06-08 收稿; 2007-10-12 收修改稿. 毛献忠, 男, 1968 年生, 博士, 副研究员; E-mail: . 毛献忠等: 城市湖泊水环境修复组合工艺效果研究以深圳市荔枝湖治理工程为例 4571 区域概况 荔枝湖位于深圳市中心荔枝公园内, 湖面面积约为 10.9104m2, 有效水深 1.5m, 主要由北湖、东湖、南湖和西湖所组成(图 1). 该湖以收集流域内雨水作为主要水源, 雨水分别经北、西、东三条雨水箱涵(分别位于北湖、西湖和南湖
8、)干渠汇入湖内, 然后由南湖南侧出水口排入下游雨水/污水管道, 具有蓄洪和排洪的作用. 由于周边污水管网与雨水管网的部分错接, 以及大雨时污水管的泄漏, 使荔枝湖受纳雨水的同时, 也流入了大量污水, 造成雨季时湖水快速恶化. 图 1 荔枝湖概况和采样点分布 Fig.1 Sketch of Lake Lichee and sampling sites 从 1989-2004 年的 15 年时间内, 荔枝湖先后经过了 3 次专项整治, 但未能彻底解决荔枝湖水污染状况, 水质处于类或劣类. 2005 年, 深圳市政府实施荔枝湖水污染综合整治工程, 针对荔枝湖“既有内源污染, 也有外源污染; 既存在点
9、源污染, 也存在面源污染; 湖水面积大, 且湖形状不规则; 水体富营养化严重”的特点, 提出“内外结合、组合工艺、多点治理、长短并重”的治理方案. 整治工程包括外围截污、补水、以及采用组合工艺治理湖水. 组合工艺包括湖水循环处理系统、生态修复工程和人工湿地工程三部分, 其中湖水循环系统包括自动过滤系统、 生物砾石床系统和臭氧灭藻系统. 在西湖北侧通过泵站, 将湖水提升至过滤机系统, 过滤出水部分流入生物砾石床处理, 而后通过臭氧接触池流入北湖, 混合后由北湖流入东湖, 再到南湖, 南湖南侧湖水以明渠方式流入西湖, 形成湖水循环. 各工艺规模和湖水循方式如图 2, 设计参数见报告. 为研究整治后
10、荔枝湖水质变化情况, 湖面大范围布置 16 个取样点(图 1), 包括湖面控制断面, 同时在过滤、生物砾石床、和人工湿地等工艺进、出水位置取样. 取样深度一般为水面下 0.5m, 进行现场监测和实验分析相结合. 采样及测定方法参照文献11, 12. 监测时间于 2006 年 4-12 月, 历时 9 个月, 现场采样, 每周一次. 本文主要以 CODCr和总磷(TP)为指标分析水质治理效果. 深圳市环境科学研究所, 中国市政工程东北设计研究院. 深圳市荔枝湖水污染综合治理工程初步设计. 2005. J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(4) 458 图 2 荔枝湖水循环流动
11、关系 Fig.2 Sketch of water circulation in Lake Lichee 2 各工艺效果分析 以下主要分析过滤系统、生物砾石床、人工湿地和生态基等工艺水处理现场效果. 2.1 过滤工艺 过滤工艺主要是原水通过滤层, 过滤掉水中颗粒物而到达净化湖水的作用. 通过对 16 号取样点和过滤出水取样对比, 说明过滤工艺的效果. TP 和 COD 通过过滤工艺前后水质变化见图 3. 过滤出水的 TP、COD 较 16 号进水有一定程度的降低(图 3). 湖水通过过滤工艺前后TP和COD去除率见表1. 过滤工艺TP最大去除率为60.2%, 最小为5.4%, 平均为 33.6%
12、; COD 最大去除率为 57.1%, 最小为-42.1%, 平均为 16.2%. 过滤过程可以去除油类、悬浮性污染物与生成的藻类, 而水体中颗粒物数量的减少对 TP、COD 的降低有贡献. 图 3 过滤工艺进、出水水质(a: TP; b: COD) Fig.3 Water quality between inflow and outflow of filtration unit 表 1 不同工艺单元处理效果 Tab.1 Removing efficiency of different unit TP 去除率(%) COD 去除率(%) 工艺名称 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值
13、 自动过滤 60.2 5.4 33.6 57.1 -42.1 16.2 生物砾石床 73.6 18.2 39.0 41.2 -4.6 21.3 阿科曼生态基 48.4 -30.9 2.0 35.1 31.8 -7.5 人工湿地 100.0 50.2 80.2 84.2 23.8 56.1 进水(mg/L) 进水(mg/L) 毛献忠等: 城市湖泊水环境修复组合工艺效果研究以深圳市荔枝湖治理工程为例 4592.2 生物砾石床工艺 生物砾石床工艺的设计目标是脱氮除磷, 湖水通过填料层好氧去除氨氮、磷和厌氧去除有机物而达到水质净化的目的. 生物砾石床进、出水水质指标如图 4. 水体经过砾石床后 TP、
14、COD 均有所降低. 由表1可知, 生物砾石床TP最大去除率为73.62%, 最小为18.2%, 平均为39.0%; COD最大去除率为41.1%, 最小为-4.6%, 平均为 21.3%. 由监测数据看, 生物砾石床对 TP、COD 均具有去除效果. 图 4 砾石床进、出水水质(a: TP; b: COD) Fig.4 Water quality between inflow and outflow of gravel-layer unit 2.3 生态修复工艺 生态修复工艺包括生态基安放、种植水生植物、鱼类放养和微生物菌种投放等, 本文以 AquaMats生态基为例说明生态修复工艺效果.
15、生态基安放总面积2100m2, 以西湖水域最为典型, 取样点15号与16号之间安放面积为 1000m2. 非雨期湖水循环流动时, 15 号点为上游, 16 号为下游, TP 和 COD 通过生态基后水质变化见图 5. 从监测数据看, 水体经过生态基水质没有改善. 这可能是湖水循环时, 水体在 15、16之间停留时间太短, 导致生态基处理效果没有体现出来. 2.4 人工湿地 人工湿地净化系统共有三块区域作为湿地试验单元(图 1)总面积 824m2, 处理水量 824m3/d. 以东箱涵附近湿地为水质监测点, 面积为 304m2, 其进水位于 11 号取样点附近. 11 号取样点与湿地出水的水质监
16、测数据 TP 和 COD 如图 6 所示. 由图 6 和表 1 可知, 湿地出水 TP 均小于 0.04mg/L, COD 均在 20mg/L 以下, 达到类水指标. 湿地TP 最大去除率为 100%, 最小为 50.2%, 平均 80.2%; COD 最大去除率为 84.2%, 最小为 23.8%, 平均 56.1%. 图 5 生态基进、出水水质指标(a: TP; b: COD) Fig.5 Water quality between upstream and downstream of AquaMats unit J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(4) 460 监测数据显示, 湿地对湖水净化效果较好. 2.5 不同工艺单元效果比较 从自动过滤、生物砾石床、生态基和人工湿地等工艺现场监测数据看, 过滤和砾石床工艺效果虽然原理不同, 但二者处理效果相当,
