潘志坤
(中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410004)
自2005年錢正英等6名院士和20多名治水專家為深圳水污染治理進(jìn)行把脈問診,深圳水環(huán)境生態(tài)治理已走在全國的前列,目前深圳各區(qū)對(duì)小微水體的治理已逐步開展,本文以小微水體黑臭湖塘為實(shí)踐,著重總結(jié)治理的過程及方法,供相類似工程以參考與借鑒。工程范圍小微水體中部分湖塘年久失修,附近居民污水直排,無固定活水補(bǔ)給,水體黑臭嚴(yán)重,湖塘底泥腐蝕,無有機(jī)植物及水體生物,湖塘水面大量塑料垃圾漂浮物,水面面積6 366.3 m2。含大量病原微生物,如細(xì)菌、病毒、病蟲卵、寄生蟲、藻類等。
湖塘小微水體村落居民生活垃圾、周邊建筑垃圾無規(guī)范管理,造成亂排亂放;小微水體湖塘內(nèi)底泥積累大量污染物質(zhì),微生物的解體和底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸被釋放到水體中,造成長期性的污染;地表徑流沖刷地面的污染物,直接污染池塘;水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完整,水體缺乏自凈能力。
城市街道湖塘水體污染多因水體富營養(yǎng)嚴(yán)重、水質(zhì)惡化功能退化、生態(tài)鏈中物質(zhì)能量循環(huán)閉塞、水生生物多樣性降低、水體自凈能力喪失等原因構(gòu)成。生態(tài)修復(fù)也自以上方面對(duì)應(yīng)治理,治理完成還需湖塘進(jìn)行后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)、生物種群優(yōu)化、生態(tài)平衡調(diào)節(jié),控制生態(tài)鏈,使富營養(yǎng)轉(zhuǎn)移上岸,最終實(shí)現(xiàn)水體生態(tài)自凈,形成自然的水體生態(tài)景觀,恢復(fù)水域生態(tài)服務(wù)功能。
小微水體生態(tài)治理施工步驟:水面與駁岸清雜→底質(zhì)改良與微生物活化系統(tǒng)→水生植物群落構(gòu)建→浮游動(dòng)物引導(dǎo)水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建→極端天氣應(yīng)急措施→曝氣設(shè)施系統(tǒng)安裝。
根據(jù)小微水體水域規(guī)模面積,本案例施工人員參考配置如表1所示。
表1 施工人員配置
根據(jù)小微水體水域規(guī)模面積,本案例設(shè)備配置如表2所示。
表2 設(shè)備配置
根據(jù)小微水體水域規(guī)模面積,常用材料類型如表3所示。
表3 常用材料類型
小微水體生態(tài)治理需先根據(jù)水體污染情況、周邊環(huán)境、水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行對(duì)策設(shè)計(jì)。各種小微水體污染程度、污染源物質(zhì)、有無補(bǔ)給情況不同,施工中也需靈活對(duì)待,選定適宜的施工工藝、方法,才能保證小微水體生態(tài)治理效果。
(1)換水,全水體范圍采用人工巡查小微水體湖塘污染情況,將湖塘中的雜物垃圾,采用人工工具清理,更換為生態(tài)水體,創(chuàng)建穩(wěn)定的生態(tài)水體系統(tǒng)。
(2)塘底鋪設(shè)種植草,使整個(gè)塘底種植土厚度均勻在20 cm左右,為沉水植物生長創(chuàng)造適宜條件;底泥消毒活化常用的微生物菌種,根據(jù)施工實(shí)際進(jìn)度逐步進(jìn)行調(diào)控。微生物菌種主要采用兩類:①光合細(xì)菌(簡稱SB)有益放線菌和有益芽孢桿菌的混合系統(tǒng)微生物群體,主要用于降解種植土中有機(jī)物、氨及亞硝酸鹽,含磷和硫等物質(zhì)。②氨氧化細(xì)菌(兼性菌種)與反硝化細(xì)菌(厭氧菌種)的混合系統(tǒng)微生物群體,主要用于降解水體中含氮物質(zhì)。
(3)全水域投放浮游生物,投放密度和投放量依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)及實(shí)際情況而定。生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建初期,浮游動(dòng)物能促進(jìn)沉水植物快速成長建群并形成優(yōu)勢(shì),提高生態(tài)構(gòu)建效率。主要目的:①吞噬和抑制藍(lán)綠藻,防止藍(lán)綠藻爆發(fā),減緩水體毒素。②吞噬有機(jī)碎屑等,凈化水質(zhì),提升水體透明度。③促進(jìn)沉水植物生長。④打通水體食物鏈,構(gòu)建水體食物鏈。⑤浮游生物投放密度為25 mL/ m2,施工期間一次性投放。
(4)水生植物群落構(gòu)建:①以人工插秧的方式種植沉水植被(水深≤0.5 m),具體種植程序如圖1所示。沉水植物以完全自然、純生態(tài)的方式生長、繁殖與演替,具有復(fù)雜的群落物種多樣性、生態(tài)演替性,當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)建立后,沉水植物的最終面積以植被群落實(shí)際演替形成為準(zhǔn)。N/P營養(yǎng)掠奪型水草為矮型苦草。②浮葉植物種植:配置宮廷睡蓮,定點(diǎn)分散點(diǎn)綴。
圖1 生態(tài)水植移植程序圖
(5)水生動(dòng)物配置。①待沉水植被生長穩(wěn)定后,投放水生動(dòng)物(魚類、蝦類、螺類、貝類)。②根據(jù)投放面積及設(shè)計(jì)要求,設(shè)置好投放點(diǎn)。③投放的魚類有兩種:肉食性魚類和景觀魚類;投放的蝦類有兩種:河蝦和沼蝦;投放的螺類有兩種:環(huán)棱螺、蘿卜螺;投放的貝類是小河蚌。④魚類、蝦類采取人工投放方式在水體中心投放、螺類、貝類在岸邊以人工拋灑形式投放。
(6)曝氣設(shè)施系統(tǒng)安裝。曝氣基礎(chǔ)設(shè)施布置圖如圖2所示。
圖2 曝氣基礎(chǔ)設(shè)施布置圖
湖塘水抽干、清淤完成后,即進(jìn)行曝氣設(shè)施基礎(chǔ)砼澆筑,選擇湖塘中心位置,基礎(chǔ)埋深為塘底0.4 m,澆筑0.1 m厚混凝土墊層,基礎(chǔ)外露0.5 m,頂部預(yù)埋不銹鋼環(huán),用于固定錨繩牽引。
4.2.1 截污、清雜、排水
小微水體生態(tài)治理,需對(duì)水體周邊污染源進(jìn)行截流,本案例通過設(shè)置截污管道將污染源截除至附近污水管網(wǎng)。水體內(nèi)浮游垃圾及雜草采用人工清除,設(shè)置污水泵將病源污水排入污水管道。
4.2.2 內(nèi)源污染清除
小微水體底泥是主要內(nèi)源污染,首先采用吸污車將流質(zhì)淤泥抽吸清除,然后采用挖機(jī)將淤泥堆牛,翻曬脫水,逐步清運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)。內(nèi)源污染清除至設(shè)計(jì)高程后,需對(duì)基底進(jìn)行泥質(zhì)取樣送檢,并通過驗(yàn)收合格后,采用生石灰鋪底消毒,用量為75 kg/畝,靜置7 d后進(jìn)行覆土填料。
4.2.3 底泥覆蓋活化植物構(gòu)建
填料又稱基質(zhì),是小微水體植物活化系統(tǒng)中的重要組成部分,它不僅是植物生長、微生物附著的重要載體,對(duì)水體中污染物的去除也具有重要作用。人為設(shè)計(jì)將不同粒徑的填充材料按一定厚度鋪成人工基底,供植物生長、微生物附著,該體系具有過濾、沉淀、吸附和絮凝等作用,能將水體中的SS、N、P等營養(yǎng)物質(zhì)有效去除,同時(shí)為植物、微生物生長以及O2傳輸提供了必備條件。填料是微生物賴以生存的場(chǎng)所,是有機(jī)污染物轉(zhuǎn)為無機(jī)無毒物質(zhì)的樞紐,起著將污水轉(zhuǎn)變成清水的作用,其組成直接關(guān)系到氮磷的凈化效率等。
填料在小微水體系統(tǒng)中的作用主要包括:
(1)為植物生長提供營養(yǎng)床 ;
(2)為微生物繁殖提供表面 ;
(3)填料中微生物降解、轉(zhuǎn)化和生物固定化作用 ;
(4)填料的無機(jī)、有機(jī)膠體及其復(fù)合體的吸附、絡(luò)合沉淀作用 ;
(5)填料的離子交換作用 ;
(6)機(jī)械阻留作用,延長水流接觸反應(yīng)時(shí)間 ;
(7)氣體擴(kuò)散作用。
不同填料為植物和微生物提供的生存環(huán)境不同,從而影響小微水體的運(yùn)行效果。人工小微水體填料主要可分為三大類 :天然材料、工業(yè)副產(chǎn)品、人造產(chǎn)品。
(1)天然材料。
天然材料主要有砂、石灰石、蛭石、沸石、蒙脫石、頁巖、硅藻土、膨潤土、貝殼、伊利石、高嶺石、白云石、黏土、草炭、鈣化海藻等。
(2)工業(yè)副產(chǎn)品。
工業(yè)副產(chǎn)品主要有鋼渣、粉煤灰、煤渣、爐渣、廢磚塊、明礬污泥、硅灰石尾礦、油棕殼等 。
(3)人造產(chǎn)品。
人造產(chǎn)品主要有活性炭、堆肥、硅酸鈣水合物、陶粒、改良材料等。目前幾種代表性填料的特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)以及去除污染物效果等情況如表4所示。
表4 代表性填料特性匯總表
4.2.4 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建
通過在小微水體中配置不同的魚類、棲息動(dòng)物等,可逐步修復(fù)水生態(tài)環(huán)境,激活水生生物食物網(wǎng)(鏈),通過食物鏈,將水體中營養(yǎng)物質(zhì)移除。
(1)魚類生物多樣性構(gòu)建。根據(jù)小微水體水質(zhì)凈化的需求,同時(shí)根據(jù)魚類水生動(dòng)物的棲息要求,以及設(shè)計(jì)要求,在小微水體內(nèi)部系統(tǒng)投入部分魚類,在提升小微水體水質(zhì)的同時(shí),構(gòu)建魚類棲息地,提高小微水體內(nèi)部魚類生物多樣性。
在街區(qū)小水域湖塘中,由于水體水質(zhì)較差,主要在其中投放鰱魚、鳙魚等,濾食水體中的藻類。
在多級(jí)表流小微水體中,由于植物較密,大型魚類無法生存,主要在其中投放中華鳑鲏、餐條、泥鰍及麥穗魚等小型魚類。
在沉水植物湖塘中,由于水深相對(duì)較深,且水質(zhì)較好,可恢復(fù)的魚類種類較多,主要在其中投放鰱魚、鳙魚、黃顙魚等相對(duì)較大的魚類,同時(shí)可少量投放中華鳑鲏、餐條、泥鰍及麥穗魚等小型魚類。
(2)底棲動(dòng)物生物多樣性構(gòu)建。底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分,部分底棲動(dòng)物是腐食食物鏈的重要組成部分,部分底棲動(dòng)物能夠有效濾食水體中的藻類等。
小微水體湖塘內(nèi)水生植物的數(shù)量較多,可設(shè)計(jì)投放環(huán)棱螺、圓田螺、沼蝦及無齒蚌等,以有效凈化水中的藻類。
(3)水生動(dòng)物投放時(shí)序。水生動(dòng)物投放主要考慮要避免對(duì)水生植物造成危害,防止出現(xiàn)災(zāi)變時(shí)刻。部分水生動(dòng)物對(duì)水生植物有較強(qiáng)的覓食能力,如草魚、園田螺等,這些水生動(dòng)物的投放應(yīng)該在水生植物復(fù)壯4個(gè)月之后。鰱鳙及沼蝦主要覓食藻類及小型浮游動(dòng)物,對(duì)水生植物沒有太大的危害,可在植物復(fù)壯后1個(gè)月投放。麥穗魚、中華鳑鲏、餐條等小型魚類,對(duì)水溫較敏感,小微水體水深較淺,植物生長不茂盛時(shí),水溫變化較劇烈,存活率較低??稍谥参飶?fù)壯后2個(gè)月投放。泥鰍、黃顙魚、環(huán)棱螺等為底棲生物,水體中淤泥過少時(shí),存活率也不高,可在植物復(fù)壯后3個(gè)月投放。
表5 魚類習(xí)性匯總表
(4)水生動(dòng)物監(jiān)測(cè)及數(shù)量控制。水生動(dòng)物投放后,每年應(yīng)進(jìn)行水生動(dòng)物數(shù)量調(diào)查,分析其生物量及多樣性,水生動(dòng)物生物量過高,威脅生態(tài)系統(tǒng)安全時(shí),應(yīng)有針對(duì)性的進(jìn)行捕撈。
其中,鰱鳙及草魚等可通過撒網(wǎng)捕撈的方式,降低其密度。草魚控制數(shù)量以水體中水生植物能夠大規(guī)模自我繁殖為標(biāo)準(zhǔn)。黃顙魚等可通過投放地籠的方式,控制其數(shù)量。待其密度達(dá)到預(yù)期數(shù)量時(shí),則不再投放地籠。
4.2.5 自動(dòng)曝氣裝置
曝氣裝置主要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配置,一般采用太陽能曝氣裝置。太陽能曝氣裝置是由太陽能光伏板、蓄電池組、曝氣系統(tǒng)、微電腦控制系統(tǒng)等組成。通過太陽能光伏板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,儲(chǔ)存于蓄電池中,作為曝氣設(shè)施的動(dòng)力。
通過太陽能曝氣機(jī)對(duì)湖塘內(nèi)的水體進(jìn)行適當(dāng)曝氣,進(jìn)行好氧生化處理,使湖塘中有機(jī)物被微生物進(jìn)一步生化降解,濃度繼續(xù)下降,氨氮被硝化,使NH3-N濃度顯著下降。當(dāng)小微水體湖塘缺氧時(shí)開啟曝氣機(jī),可預(yù)防魚蝦“浮頭”,加速水體的對(duì)流,提高水體中、下層的溶氧,有利于魚蝦快速生長,降低餌料系數(shù),促進(jìn)有機(jī)物的氧化分解,減少病害的發(fā)生;另外,水體的循環(huán)流動(dòng),還能促進(jìn)浮游生物的繁殖生長,提高小微水體生態(tài)活性。曝氣機(jī)不僅能對(duì)水體增氧,還有效促進(jìn)小微水體湖塘生物存活率和水體自凈能力,從而改善湖塘水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境,其產(chǎn)生的水循環(huán)流動(dòng)不適合某些養(yǎng)殖對(duì)象如鰻、蝦的生活習(xí)性,但對(duì)促進(jìn)魚蝦健康、快速生長具有良好的作用。
4.2.6 安全注意事項(xiàng)
(1)對(duì)湖塘周圍圍欄進(jìn)行檢查,確認(rèn)其是否破損。
(2)定期開展安全交底,組織學(xué)習(xí)各項(xiàng)操作規(guī)程,辨識(shí)危險(xiǎn)源,提出安全防護(hù)措施,增強(qiáng)安全防范意識(shí)。
(3)施工作業(yè)時(shí)須正確佩戴勞保用品及救生用品。
4.2.7 效果與評(píng)價(jià)
(1)時(shí)效評(píng)價(jià)。小微水體生態(tài)治理能快速治理完成,對(duì)城市的水安全及水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改善;增加雨水收集利用效率,提升截污覆蓋率及污水處置率,對(duì)全面實(shí)現(xiàn)城市水生態(tài)環(huán)境具有重大意義。
(2)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。小微水體生態(tài)治理能有效的對(duì)水體消除黑臭,恢復(fù)水體生態(tài)、城市街區(qū)生態(tài)景觀,提升城市歷史底韻,取得社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
(3)質(zhì)量評(píng)價(jià)。本案例小微水體內(nèi)源污染已清除,水體生態(tài)系統(tǒng)正在構(gòu)建,截污系統(tǒng)已完善并投入使用,太陽能自動(dòng)曝氣裝置也已投入運(yùn)營,施工各工序質(zhì)理合格率90%,質(zhì)量評(píng)定優(yōu)良。
水體治理后,非降雨期水質(zhì)主要營養(yǎng)指標(biāo)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ-Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。具體指標(biāo)如表6所示。
表6 水質(zhì)主要營養(yǎng)指標(biāo)
城市小微水體生態(tài)治理重新構(gòu)建了“街區(qū)水系統(tǒng)”,創(chuàng)新了將傳統(tǒng)的水務(wù)灰色基礎(chǔ)設(shè)施融合到現(xiàn)代綠色城市的新思路,為城市可持續(xù)發(fā)展提供了多種可供選擇的途徑、方法和技術(shù)參考。通過本文的論述,希望對(duì)后繼城市小微水體治理規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工治理提供參考依據(jù),對(duì)城市小微水體治理生態(tài)景觀恢復(fù)有所助益。