城市内湖水体污染治理中生态修复技术的应用

发表时间:2021/6/1   来源:《基层建设》2021年第3期   作者:曾惺智
[导读]
        中铁隧道局集团三处有限公司
        随着城市化的不断推进,城市生态环境特别是水环境污染问题越来越严重,开始受到社会各界的广泛关注,各大城市的人口膨胀及经济建设更是让城市水环境特别是各城市的内湖水体净化不堪重负,城市内湖水体水量大、长期处于富营养化状态、蓝绿藻反复爆发等问题,单纯的通过外源控制、内源清理、水体活化、引清冲污等措施已无法形成长期的治理效果,只有扭转水体现状的"藻型浊水态"水体,形成"草型清水态"水体来实现。在上游各项控源截污工程的辅助下,通过完善的水下生态系统,扩大水体环境容量,隔离水体内源释放,削纳流域内剩余的污染负荷,是缓解城市内湖水体的最佳方案。具体措施有前期工程、微生物投加工程、透明度提升工程、沉水植物群落构建工程、食物链完善、曝气增氧工程。本文希望站在城市可持续发展的角度,通过生态修复方案,为解决各城市内湖的生态水体环境治理方案提供参考。
        ⑴ 鱼类清理工程
        城市内湖长期接受周边水系水体交换,水中野杂鱼类繁多,原水体中的杂食性、草食性以及滤食性鱼类会啃食水草和吞食控藻浮游动物,原水域中的杂草也会与特征性沉水植物争夺生长空间。因此,为了后期水生态系统构建工程的顺利进行,需要清理水体中的各类杂草、水体垃圾等杂物,并对水体中的野杂鱼类全部进行转移。一般内湖面积较大,鱼类转移工作需分区域进行,使用围隔及丝网对原水域中的杂鱼进行驱赶。
        ⑵ 底泥活化改善
        城市内湖作为周边地表汇集的终点,其水体受纳、累积了较多污染负荷,并以底泥的形式淤积于库区底部,成为内源污染的一大来源。城市内湖水面开阔,底泥易受水面风浪影响,周边汇集水渠则更易因水流冲击影响,导致集中于底泥中的营养盐重新释放至水中,诱发蓝绿藻。一般内湖水体水域面积较大,底泥堆积不深,进行生态清淤可操作性较低,同时易出现二次污染事故,造成水下生态系统构建期灌类趁机大量繁殖,恶化水质,影响项目进程及目标。因此,只有主要通过水下系统构建及底泥活化改善方式应对水体内源污染。
        ⑶ 生态围隔
        城市内湖上下游水系连通较为密集,水体上游的各种汇入水体直接通入内湖,水体上游与外域河道存在生物量(野杂鱼、螺类等)的交换。为保证项目水域在进行水生态修复期间形成相对隔离的区域,降低外界因素对修复区内生态系统结构的影响,可以在内湖水域边界处设置生态软围隔。其作用是建立一个相对封闭的生态系统,阻止外水域生物对新建生态系统的影响,同时起到拦虫、拦草的作用,并且在生态系统构建完善且具有一定抗污染负荷能力之前,减少系统外来进水所携带的杂物及水生动物。并防止系统内已投放的控藻浮游动物及其他水生动物的流失,确保前期生态治理工作的顺利展开。
        生态围隔设置于生态修复区域与外部水体交换处,具体位置为内湖上游干渠入湖口、生态修复区边界,主体结构包括围隔幔、固定支架和围隔幔支架等,附属设备包括浮力装置等。
        ⑷ 沉砂石笼
        城市内湖上游来水均带有部分泥沙,为减少泥沙对水生态修复的影响,于上游进内湖进水口处设置沉砂区,通过水下石笼堰辅助沉砂,并于沉砂石笼前后铺设碎石层防止底泥再悬浮。
        ⑸ 微生物投加工程
        水体本底条件往往是影响生态修复成败的重要因素,对水体的本底条件进行适当改造,于清淤后初步建立优势微生物群落是实现最终生态目标的前提条件。
        微生物作为生态系统中的分解者,是健康生态系统的重要组成部分。尤其当水生态系统中接纳大量的无机营养物质时,对污染物的去除和养分的循环起着不可忽视的作用:通过对氮的氨化、硝化、反硝化作用,微生物驱动着水体中氮的生物地球化学循环;同时微生物也参与有机磷的分解过程,可以促进水生植物的吸收及利用。根据内湖水质实际情况逐步进行调控。

用于底泥活化的微生物制剂多种有益微生物菌种,可采用投放微生物菌剂的方式,根据实验结果,自然水体一般处于微好氧光照条件下,其72小时NHy-N去除率可达78%以上。
        施工初期:首先在投放控藻浮游动物前,投放微生物,建立或者恢复底质有益微生物处理系统,改良河道底泥,为沉水植物群落的生长提供良好的底质环境。
        施工中期:在沉水植物种植完毕后,投加微生物,迅速消解沉水植物种植过程中由于底泥扰动,内源释放的有机污染物,加速水体净化。
        维护期:如遇暴雨等极端天气,或者污染物突然排放等问题,投加微生物,加速水体净化,维护水体生态系统稳定。
        通过控藻浮游动物(改良型)迅速提升水体透明度,可根据所在流域浮游动物中选择控藻浮游动物作为其中的一种作为控藻浮游动物进行投放。
        具体可于底泥改良后通过光合细菌投放初步建立优势微生物群落,从而实现最终生态目标的前提条件,投放进度根据施工实际进度逐步进行调控。
        依据光合细菌菌剂使用说明,选择发挥水质改善、促进植物生长且长效保持的最佳使用剂量为10kg/亩,即5g/m2,
        具体配置计算如下:
        投放量计算公式:V=C粉×A/C液
        式中:V—微生物投放量,L;
        C粉—微生物粉剂投放规格,g/m2;
        C液—微生物菌液配置密度,g/L;
        A —投放水体面积,m2。
        ⑹ 透明度提升工程
        通过投放控藻浮游动物(改良型)迅速提升水体透明度。据调查,象湖及抚河故道浮游动物主要有轮虫、原生动物、枝角类、桡足类四类浮游动物,而大型溞(Daphnia magna)作为控藻浮游动物中的一种,其是一类可控蓝藻的低等甲壳浮游动物。
        控藻浮游动物能以水体中的蓝绿藻、腐屑、悬浮物颗粒、有害菌类等作为主要的食物来源,可迅速提高水体透明度。其排泄物为弱酸性物质,可有效降低水体pH值,抑制蓝藻的生长和繁殖。而控藻浮游动物本身又是鱼、虾等水生动物所喜爱的食物,因此打通了食物链,实现了水体富营养化物质的资源化利用。一般情况下,当控藻浮游动物投放3天后即可显著提高水体透明。控藻浮游动物作为一种大型枝角类浮游动物,其为广布种,不存在外来物种入侵风险。
        ⑺ 沉水植物群落构建工程
        沉水植物是实现从浊水态到清水态转变的关键物种。沉水植物能够高效的吸收氮磷等物质;光合作用强,能够产生大量的原生氧,可长久保持水体高溶氧状态;改变水体氮磷营养盐循环模式,抑制底泥再悬浮及氮磷营养盐释放,促进氮的硝化反硝化作用及磷的沉降,为浮游动物提供避难所,从面增强生态系统对浮游植物的控制和系统的自净能力。同时,根据太湖五里湖等水体中的研究结果表面,污染底泥区域开展沉水植物群落构建工作不仅能显著降低上覆水体中NH-N、IN以及PO-P、TP、藻类含量,还可以通过根系的吸收降低内源沉积物中的营养物水平,对内源氮磷的释放也有一定的抑制作用;另外,沉水植物在生长过程引起的水体pH、Eh以及藻类含量变化,可使铁磷、有机磷等主要化学形态磷的释放得到明显的控制。
        以上只是单纯从生态修复的角度探讨城市内湖水体治理的问题,城市内湖水环境治理是个复杂的系统,需要城市建设所有人的参与及努力,因为水是人类不可或缺的重要资源,它是生命之源,又是发展之本,城市内湖水体污染听之任之,如果麻木不仁继续恶化下去,整座城市将没有未来,水环境治理,已经到了刻不容缓的关头。
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