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      2. 城市景觀水體富營養(yǎng)化治理中的應用研究論文

        時間:2021-04-14 20:32:06 論文 我要投稿

        城市景觀水體富營養(yǎng)化治理中的應用研究論文

          景觀水體是現(xiàn)代城市生態(tài)建設的重要部分,它可以滿足人們身心的需要。但由于景觀水體半封閉、流動性差、循環(huán)自凈能力較小等特點,水體污染問題越來越嚴重,普遍出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。水體富營養(yǎng)化導致水體透明度下降,溶解氧降低,水質(zhì)嚴重惡化,極易暴發(fā)藍藻水華。目前,景觀水體的治理常用技術(shù)有物理處理法、化學處理法、生物修復法,而這幾種方法都存在著一些問題,比如能耗高,效果難以持久,工藝復雜條件不易控制等缺點。

        城市景觀水體富營養(yǎng)化治理中的應用研究論文

          水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù),具有無能耗、低維護費、易操作、擁有良好處理效果等特點。筆者結(jié)合實際,在景觀水體無錫蠡溪公園西苑中引入了水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù),探討了該技術(shù)對景觀水體水質(zhì)的改善效果和對其浮游藻類生長的抑制作用,以期為景觀水體治理及技術(shù)的選擇和應用提供理論依據(jù)。

          1水體概況及試驗方案

          1.1水體概述無錫蠡溪公園西苑位于蠡溪橋西側(cè),占地3.7hm2,公園中心區(qū)為景觀水體(下稱西苑水體),僅通過位于四角的小橋與外圍河流連接,水體相對封閉。在上游河流來水和周圍污水排放共同影響下,水體水質(zhì)嚴重超標,并且連年有藍藻暴發(fā)。

          1.2試驗方案

          1.2.1試驗設計及監(jiān)測方法。為改善景區(qū)水體環(huán)境,控制藍藻生長,2010年2月在西苑水體中應用了水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對該景觀水體進行生態(tài)修復,以達到凈化水質(zhì)、控制藍藻暴發(fā),改善景區(qū)水環(huán)境的目的。根據(jù)無錫蠡溪公園西苑水體的形狀特征和水質(zhì)特征,選取了2臺水動力循環(huán)復氧控藻設備安裝于水體中,并設置5個采樣點,分別為懋德橋、田葉橋、鳳荷橋、綠楊橋、湖中心,自2010年3~11月共采樣9次,以5個采樣點的平均水質(zhì)代表整個西苑水體的水質(zhì)狀況,考察水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對西苑水體的改善情況。

          主要監(jiān)測指標包括:①物理指標:水溫、pH、溶解氧(DO)、色度、濁度;②化學指標:總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、葉綠素(Chla)等;③生物指標主要監(jiān)測藻類總豐度及其種類組成變化。

          CODMn采用酸性法;TN、TP采用過硫酸鉀-紫外消解分光光度法;NH4+-N采用納氏比色法;葉綠素a采用熱乙醇法。每次測樣時加入國家環(huán)保總局水環(huán)境標準樣品(國家標準樣品物質(zhì)網(wǎng))進行加標測定。

          1.2.2水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)原理及相關(guān)試驗參數(shù)。水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)設備利用高效縱向循環(huán)將底層低溶解氧的水提升到表層使之形成表面流,使表層水體不斷更新,此過程不僅有助于改善水體的表面張力,而且加快了界面復氧速度。另外,在水體自重作用下,被抽走的底層水由鄰近的上層水體替代,實現(xiàn)了上下層水體的交換。覆蓋面積內(nèi)水體不僅實現(xiàn)了水體的縱向循環(huán),而且改善了水體溶解氧及營養(yǎng)鹽的分布狀況,使整個水體溶解氧含量明顯提高,并逐漸均化。

          試驗選取的水動力循環(huán)復氧控藻設備正常運轉(zhuǎn)時,葉輪由高效低速直流電機帶動,由于其具有軸向流和正向位移的雙重特性,通過腔體能產(chǎn)生10m3/min的主體流。深層水體會快速流向水體表面,當主體流離開葉輪以近層流的方式快速流過分水盤時,同時形成感應流將淺表層的水帶動起來而形成一個環(huán)流,感應流與主導流匯合后沿著水體表面以360°輻射狀向外擴散。該水動力循環(huán)復氧控藻設備的總循環(huán)交換量約為5萬t/d。

          2結(jié)果與分析

          2.1對CODMn的去除效果

          盡管處理水體周圍仍然不斷有餐飲污水排入湖體,但污染負荷相對穩(wěn)定可控?梢钥吹皆谔幚砥陂g,整個水體的CODMn濃度呈現(xiàn)下降趨勢,處理期結(jié)束時平均去除率達到28%,CODMn指數(shù)保持在地表II~III類水。這是由于系統(tǒng)使上、下層水體充分交換,提高了水體的溶解氧濃度,加速了水中有機物的氧化。另外底層水體的溶解氧濃度得到明顯提高,形成的富氧環(huán)境促進了微生物的降解作用,故水體中的CODMn濃度逐漸降低。

          2.2對N、P的凈化效果

          N、P含量超標是西苑水體存在的主要問題,水體TN初始值在4.0mg/L以上,TP初始值在0.18mg/L左右。如圖5,處理區(qū)水體TN、NH4+-N、TP都呈下降趨勢,到11月份,TN、NH4+-N、TP最高去除率分別達到67%、84%、56%,達到了地表Ⅳ類水標準。這是由于水動力循環(huán)復氧技術(shù)增強了好氧微生物的活性,使其脫氮除磷能力得到顯著提高。

          N的去除方面,好氧條件加速了硝化作用,促進底層厭氧分解產(chǎn)物氨轉(zhuǎn)化,形成硝酸鹽,通過水生植物的`吸收利用、魚類的攝食作用將N搬離水體。水體由厭氧轉(zhuǎn)向好氧的過程如下:

          RCHNH2COOH→NH3

          RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

          NH4++O2→NO3-

          最后NO3-被植物吸收去除。

          在P的釋放和吸附過程中,溶解氧濃度可影響P的轉(zhuǎn)化方向,在厭氧或缺氧環(huán)境下,由于Fe、Al和Mn等金屬元素以低價離子的形式存在,有利于磷酸鹽的釋放。相反,富氧環(huán)境有利于水體中磷酸鹽的吸附,水體中的磷被固化在底泥中或被浮游動植物吸收轉(zhuǎn)移而被去除。

          2.3水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對藻類的控制效果分析

          對于水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對藻類的處理效果,國內(nèi)外有相應的報道,其控藻的機理主要在于水動力循環(huán)打破了藍綠藻繁殖的最佳生境。筆者從葉綠素a的濃度、藻類總豐度、浮游植物種類和優(yōu)勢藻種4個方面進行了監(jiān)測分析。由于藻類繁殖的高峰期在夏季,所以研究只對6月、7月和8月的藻類總豐度、浮游植物種類和優(yōu)勢藻種進行了跟蹤監(jiān)測。

          2.3.1對葉綠素a的去除效果?梢钥闯,自5月份以來,水體葉綠素a一直維持在較低水平14~28mg/L。與處理初期相比,11月份葉綠素a下降率達到61.0%,平均去除率達到了40.2%。即使在夏秋藻類易爆發(fā)季節(jié),處理區(qū)藻類生長也受到了有效的抑制。原因在于水動力循環(huán)復氧控藻設備對營養(yǎng)鹽和有機污染物的去除,減少了藻類生長必須的營養(yǎng)源,而系統(tǒng)形成的水體上下交換打破了喜靜藍藻的生存環(huán)境,因此隨著運行時間延長,處理區(qū)水體藻類Chla整體上呈下降趨勢。

          2.3.2藻類總豐度變化。在水動力循環(huán)復氧控藻設備的作用下,西苑水體中浮游植物總豐度明顯降低,和6月份相比,7月份的藻類總豐度下降了57%,8月份基本維持在同一水平。水動力循環(huán)復氧控藻設備加速了水的流動,打破了水體營養(yǎng)鹽的不均勻分布,使浮游植物的平流損失量加大,此外,擾動作用能夠打破大多數(shù)藍藻的生長環(huán)境,使其喪失生長優(yōu)勢。

          2.3.3浮游植物組成變化。在西苑水體中,初期處理區(qū)水體中藻類主要以藍藻、綠藻、硅藻為主,6月份在群落中所占比例分別為51%、18%、19%,7月份比例分別為3%、15%、60%,水體中隱藻開始增多,占藻類總豐度19%;8月份一些隱藻成為優(yōu)勢藻種,各門所占比例分別為藍藻22%、綠藻37%、硅藻10%、隱藻35%?梢娫诟∮沃参锶郝浣M成中,綠藻門植物數(shù)量基本穩(wěn)定,藍藻與硅藻生長相互制約,數(shù)量變化不穩(wěn)定,因而在多種因素綜合作用下,硅藻豐度也表現(xiàn)出了波動變化,所占比例下降?梢姡畡恿ρh(huán)復氧控藻技術(shù)不僅降低了浮游植物的數(shù)量,也影響著浮游藻類群落的組成和結(jié)構(gòu)。

          2.3.4優(yōu)勢藻種變化。隨著藻類群落組成變化,水體優(yōu)勢藻種也變化明顯,6月份以硅藻門小環(huán)藻為主,7月份色球藻增多,成為優(yōu)勢藻種,8月份隱藻門藻類增殖加快,發(fā)展成為優(yōu)勢種,主要為尖尾藍隱藻,此外綠藻門仍占據(jù)一定的比例,衣藻屬成為第二優(yōu)勢藻種。水體中優(yōu)勢藻種類和數(shù)量的變化說明,水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)促進了pH、溶解氧和水溫等環(huán)境因子的均化,增強了硅藻、隱藻等其他藻類的競爭能力,水體不再以藍綠藻占優(yōu)勢,在水流環(huán)境適合的條件下,硅藻、隱藻等藻類迅速增殖成為優(yōu)勢藻種,使得藻類群落的多樣性提高(均值由1.63增加至2.36)。這些貧營養(yǎng)型藻類的競爭能力加強,抑制了微囊藻、色球藻、魚腥藻等有害藻類的增殖,可有效控制西苑水體藍藻水華的發(fā)生。

          3結(jié)論

          水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)對無錫蠡溪公園西苑景區(qū)水體中CODMn、TN、NH4+-N、TP及藻類葉綠素a均有明顯的去除效果,水質(zhì)改善效果顯著,與3月份相比,處理區(qū)各監(jiān)測點水體TN平均去除率均達35.7%,NH4+-N平均去除率達到49.7%,TP平均去除率達到37%;CODMn平均去除率達到28%,葉綠素a平均去除率達40.2%。

          總體來說,西苑水體目前已達到IV類水標準,符合一般景觀要求水域的用水標準(V類)。經(jīng)過水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)處理后,水體中藻類總豐度明顯下降,平均下降率達到56%,藻種組成發(fā)生了變化,群落逐漸從單一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄡?yōu)勢種共存的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),水體不再以藍綠藻占優(yōu)勢,在水流環(huán)境適合的條件下,硅藻、隱藻等貧營養(yǎng)型藻類的競爭能力增強,迅速增殖成為優(yōu)勢藻種,微囊藻、色球藻、魚腥藻等有害藻類生長受到抑制,景區(qū)藍藻水華現(xiàn)象得到了有效控制,景區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯轉(zhuǎn)好。

          本工程試驗結(jié)果表明,水動力循環(huán)復氧控藻技術(shù)作為一種新型的水生態(tài)修復技術(shù),在富營養(yǎng)化景觀水體水質(zhì)改善和藍藻控制方面具有顯著效果,且該技術(shù)完全以太陽能為設備運行的驅(qū)動力,無運行費用,是最具特色的節(jié)能環(huán)保水生態(tài)治理技術(shù),可在景觀水體治理工程中進行推廣應用。

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