生物-生态耦合修复技术在济南泉城公园水体水华控制中的应用 (2)

1、生物-生态耦合修复技术在济南泉城公园水体水华控制中的应用魏雪莲支持课题：济南市二0一二年科学技术发展计划第一批项目（济科计【2012】3号）作者简介：魏雪莲（1978-），女，工程师，大学本科。E-mail: 58326193，周志文2，金雪林3，梁文艳4，施怀荣5（1.济南泉城公园，济南 250000；2.济南园林局；3.无锡市河道堤闸管理处，无锡 214031；4.北京林业大学，北京 100083；5.北京邦源环保有限公司，100124）摘要：再生水常回用于人工景观水体，由于其氮磷浓度仍较高易导致水体出现富营养化和水华爆发。本文针对济南泉城公园再生水利用过程中所出现的水华污染问题，采用生物

2、-生态偶合修复技术对其12000m2的水域实施了水体水质改善和修复工程。工程通过投加Eama-11系列生物抑藻剂、Bacto-Zyme 1011系列生物复合酶、Bpa1017系列微生物净水剂，以及辅助以人工曝气、人工水下森林、生物浮岛等生态技术，实现了藻类过度生长的控制，消除了水华现象和水体黑臭现象，水环境明显改善。工程实施后，COD，BOD5，NH3-N，TP分别从54.7mg/L，21.3mg/L，4.83mg/L，0.33mg/L降为25mg/L，5 mg/L， 0.45mg/L，0.04mg/L，DO则从0.8mg/L上升到3.8mg/L，透明度则从小于15cm上升至超过60cm。结果

3、表明，生物-生态偶合修复技术可有效控制水体水华并有助于修复水体生态系统。关键词：再生水；水华；生物-生态偶合修复；水生态系统Application of Bio-ecological Restoration Technology in Water Bloom Control in Quancheng Park, Jinan Wei Xuelian1, Zhou Zhiwen2, Jin Xuelin3, Liang Wenyan4, Shi Huairong5 (1. Quancheng Park, Jinan, 250000; 2. Bureau of Parks and Woods, Ji

4、nan, 250000; 3. Administration of River Course and Dike Lock, Wuxi, 214031; 4. Beijing Forestry University, 100083; 5. Beijing Bangyuan Environmental Technology Co., Ltd., 100124) Abstract: It is important to prevent water bloom outbreak when reclaimed water is reused as scenic water. The bio-ecolog

5、ical restoration technology is used to improve the water quality and restore the water ecosystem of Quancheng Park in this study. Firstly, the Eama-11 biological algal inhibiting agent, Bacto-Zyme 1011 series biological compound enzyme and Bpa1017 series of micro-organisms purifying agent were added

6、 to the lake, which could accelerate the microorganisms biochemical reaction in order to remove the pollutants rapidly. Later, artificial aeration and underwater forest were used to restore the water ecosystem. The concentrations of COD, BOD5, NH3-N, TP have been reduced from 54.7mg/L, 21.3mg/L, 4.8

7、3mg/L, 0.33mg/L to 25 mg/l, 5 mg/l, 0.45 mg/l, 0.04 mg/l respectively, the DO increased from 0.8 mg/L to 3.8 mg/L, and the transparency got up to higher than 50cm after the project conducted. Therefore, bio-ecological restoration technology is effective for controlling the water bloom outbreak in th

8、e lake where reclaimed water was used.Keywords: reclaimed water; water bloom; biological-ecological technology; water ecosystem21世纪，水资源已成为制约社会发展的战略性资源，污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效途径1-2。再生水既可解决缺水城市对娱乐性水环境的需要，也是完成水生态循环自然修复的最佳途径，具有重要的节水意义3。但是由于再生水中所含氮磷浓度仍较高，在补充于水体后易引起水体的富营养化，从而导致水华的爆发，不但影响景观水体的美学价值，更会加重水质恶化，如引起

9、水面漂浮物、发生恶臭，甚至产生藻毒素，导致水生生物死亡等4-5。目前，针对水体所爆发的水华，常用的治理方法有物理法（曝气充氧法、增加景观水体流动的水力循环系统、循环过滤净化系统）、化学法（化学药剂除藻）等6。上述方法在水质改善方面均能起到一定作用，可有效消除黑臭、蓝藻暴发等现象，但水体透明度仍较低，且一旦停止增氧、水循环、添加药剂等措施，水质质量得不到保障。而生物-生态技术则能从根本上提高水体的自净能力，实现水生态系统的平衡7-8。笔者采用生物-生态偶合修复技术对以再生水为补充水的济南泉城公园景观湖泊进行了治理与修复，在实现水华的控制与水质改善的同时，研究了技术运用过程中水体中藻类的生长、水中

10、污染物浓度的变化，为该技术的运用推广提供了技术参数。1 材料与方法1 .1工程概况泉城公园位于济南市区中部，总面积为467000平方米，园内湖体主体依次分为沉淀池、映日湖、蔷薇湖和荷花池（见图1），其蓄水量约分别7000立方米、11000立方米、7000立方米，几个湖之间相互连通，水域面积约12000平方米，日常蓄水量约25000立方米，每天补充水量约1500立方米，来自污水处理厂所排放的再生水。该污水处理厂使用A/O处理工艺进行污水处理，再生水出水中TN在4mg/L8mg/L之间，TP在0.3mg/L0.5 mg/L之间，COD在50mg/L60 mg/L之间。图1济南泉城公园平面示意图Fi

11、gure 1 The plan of Quancheng Park, Jinan1.2 水环境修复生物材料1.2.1 Bacto-Zyme 1011生物复合酶该生物复合酶用于促进水中的大分子化合物分解成小分子化合物，削减水体的污染负荷，增强水体的复氧功能，同时刺激和加速水体土著微生物的反应过程，提高微生物的生长和繁殖速率，恢复和提高水体自净能力，促进污染水体的良性转化过程。1.2.2 Bpa-1017微生物净水剂该微生物净水剂中含有五类有益好氧微生物菌群。在水体溶解氧恢复到2mg/L以上后，通过向目标水体中投加该微生物净水剂可以对水体中的微生物进行定向培养和驯化，通过不同菌群之间相辅相成的交互

12、作用，强化水体的自净能力。1.2.3 Eama-11生物抑藻剂该生物抑藻剂主要用于控制和抑制藻类过度生长繁殖，其原理是在该抑藻剂快速扩散至藻细胞表面后，通过渗透到细胞内部破坏细胞功能性蛋白基团，使细胞蛋白质合成受到抑制，细胞正常代谢终止，最终控制藻类生长。1.3 生态技术采用人工水下森林、纳污生态浮岛相结合的生态技术，在使用水环境修复生物材料过程中，同步使用。人工水下森林主要运用具有空间网状结构的高分子材料制作而成的人工净化水草，它们将大量的有益菌和酶制剂牢牢固定在载体上，实现微生物的固定化。人工水下森林的建设可为微生物提供附着载体，提高微生物的净化效率。1.4工程实施方案本工程从2012年7

13、月1日开始至2013年7月1日结束。在第一阶段，即治理初期，即7月3日至10月15日向映日湖和蔷薇池中投加Eama-11系列生物抑藻剂，每次投加量为25kg，连续投加20天，以抑制蓝藻生长。向沉淀池中投加Bacto-Zyme 1011系列生物复合酶，其在湖水的终浓度约为5mg/L，连续投加21天，消除黑臭现象.在3个湖区内增设人工曝气机促进水体复氧，铺设人工水下森林为微生物提供载体，同时，在映日湖水面布置纳污生态浮岛，加速净化水体，促使水体生态系统的快速恢复。当水体内藻类浓度控制在合理范围内（叶绿素含量小于0.06mg/L）后，工程进入第二阶段，即水质提升阶段，投加Bpa-1017系列微生物净

14、水剂，终浓度为8mg/L，每3天投加一次，以增加湖区内好氧和兼性厌氧微生物数量。同时投加Bacto-Zyme 1011系列生物复合酶，终浓度为2.5mg/L，每5天投加1次，达到驯化水体微生物，提升水质，降低浊度的目的。以上生物制剂均采用湖水稀释后，使用担架式喷雾设备均匀投加。1.5 水质分析测试项目实施期间，共进行3次水质监测，分别采集蔷薇池、映日湖、沉淀池的综合水样。具体采样时间是：2012年6月30日（治理前）、2012年8月28日（治理中）、2013年6月25日（治理后）。水质监测项目包括透明度、DO、COD、BOD5、NH3-N、TP等6项水质指标。测试方法如下：透明度采用塞氏圆盘法

15、9检测，DO采用电化学探头法10检测，COD按重铬酸盐法11检测，BOD5按稀释与接种法12检测，NH3-N采用水杨酸分光光度法13检测，TP采用钼酸铵分光光度法14检测。2结果与讨论2.1 水体透明度的变化图2 泉城公园不同湖泊透明度变化图Figure.3 The dynamics of transparency in Quancheng Park during the periods the project conducted透明度能直观反映河水的清澈和透明程度，是评价水体富营养化的一个重要指标，与悬浮物的浓度密切相关15。从图2可以看出治理前，公园内映日湖、蔷薇湖和沉淀池的水体透明度很低

16、，这是由于大量蓝藻在水面聚集所致。其中，沉淀池水体透明度最低，只有5cm，这是因为补充水（再生水）的直接注入，致使污染物在底泥中长期淤积，内源污染严重造成的。治理过程中，水体透明度有大幅度提升，已符合景观娱乐用水水质标准16C类水标准（透明度50cm）。随着治理时间的增长，工程结束时，泉城公园整个水体透明度已提高到很好的水平。其中，映日湖透明度高达95cm，污染最严重的沉淀池透明度也达到68cm，整个池子基本清澈见底。说明湖泊内的蓝藻得到了很好的控制，水体的黑臭现象得以消除。2.2 溶解氧（DO）的变化图3 泉城公园治理前后DO变化图Figure.3 The dynamics of DO in

17、 Quancheng Park during the periods the project conducted治理前，水体溶解氧仅为0.8mg/L，远远低于景观C类水标准，为缺氧状态。治理过程中，通过投加生物制剂，抑制蓝藻的繁殖并消减水体氮磷营养盐浓度，从而增加水体的复氧。治理后期溶解氧恢复到正常水平，符合景观C类水标准（3mg/L），这与人工水下森林和微生物净水剂的调节作用是密不可分的，也说明公园湖泊水质得到了很好的提升。2.3 化学需氧量（COD）的变化图4 泉城公园治理前后COD变化图Figure.4 The dynamics of COD in Quancheng Park duri

18、ng the periods the project conducted由图4可以看出，公园湖水治理前COD高达54.7mg/L，属于V类地表水。治理后期，湖水COD已降低至25 mg/L，符合地表水环境质量标准17IV类标准。这是由于向水体中投加生物制剂后，水体中的土著微生物被激活，生化反应加快，污染物质得到高效的降解，从而使水体中的有机污染负荷明显降低。2.4 生化需氧量（BOD5）的变化图5 泉城公园治理前后BOD5变化图Figure.5 The dynamics of BOD5 in Quancheng Park during the periods the project condu

19、cted治理后的湖泊水体中的BOD5浓度从21.3 mg/L下降到5.0 mg/L。大幅度的浓度下降说明生物治理的方法通过微生物对有机污染物的降解，减少了有机物分解对溶解氧的消耗，从而使溶解氧的浓度增加，进而降低了BOD5的浓度。治理后的公园水体中BOD5的浓度已达到景观C类水的限制阈值（8 mg/L）。2.5 氨氮（NH3-N）的变化图6 泉城公园治理前后NH3-N变化图Figure.6 The dynamics of NH3-N in Quancheng Park during the periods the project conducted由图6可以看出，治理前公园水体中氨氮浓度为4.

20、83 mg/L，属于劣V类地表水。经过一段时间治理后，水体中的氨氮浓度出现大幅度下降，降至0.5mg/L以下，符合景观C类水标准。随后的水质维护阶段，经Bpa-1017微生物净水剂和人工水下森林对水体微生态系统的调节，保持微生物的活性，从而使水体中的氨氮处于较稳定的水平。2.6 总磷（TP）的变化图7泉城公园治理前后TP变化图Figure.7 The dynamics of TP in Quancheng Park during the periods the project conducted由图7可以看出，治理前公园水体中TP浓度高达0.33mg/L，属于劣V类地表水。经生物治理后，TP浓

21、度下降到0.05 mg/L以下，符合景观C类水标准。这是通过浮岛植物吸收以及微生物和藻类繁殖大量吸收磷营养盐来实现去除的。2.7 水质效果总体评价工程实施后，COD，BOD5，NH3-N，TP分别从54.7mg/L，21.3mg/L，4.83mg/L，0.33mg/L降为25mg/L，5 mg/L， 0.45mg/L，0.04mg/L，DO则从0.8mg/L上升到3.8mg/L，透明度则从小于15cm上升至超过60cm，上述水质指标均能达到景观娱乐用水水质标准C类水标准。图8 工程实施前后水体水质变化3 结论应用生物-生态偶合修复技术治理济南泉城公园景观水体水华和黑臭污染，效果显著。项目实施后

22、，COD，BOD5，NH3-N，TP，DO及透明度等水质指标均能达到景观娱乐用水水质标准C类水标准。在治理过程中，不需要转移底泥，通过恢复底泥的活性，恢复河湖自净能力，达到水生态系统的平衡，具有绿色、环保、无污染的特点。参考文献1胡洪营，魏东斌，王丽莎等污水再生利用指南M北京：化学工业出版社, 2008.2Chu J Y, Chen J N, Wang C et al. Wastewater reuse potential analysis: implications for Chinas water resources management J. Wat Res, 2004, 38(11):2746-2756.3Reed S C, Crites R W, Middlebrooks E J. Natural systems for waste management and treatment M.