生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)在景觀(guān)污染水體治理中的應(yīng)用

金小平,宋學(xué)宏,李蒙英,史全良,徐炳豐,張凌玲,宋 靖

(1.蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院,江蘇蘇州 215123;2.昆山市水利技術(shù)推廣站,江蘇 昆山 215300)

近年來(lái)隨著昆山市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮和發(fā)展,大量面源污染物和生活污水等進(jìn)入河道、湖塘[1],造成水體富營(yíng)養(yǎng)化,水生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞,水體渾濁甚至發(fā)黑發(fā)臭,部分河流、湖塘水域已喪失工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活供水的功能,城市景觀(guān)效果也急劇下降,嚴(yán)重影響城市環(huán)境和居民的生活環(huán)境。

目前,河道、湖塘等水體治理的方法主要有底泥疏浚、人工曝氣增氧、水循環(huán)、微生物制劑投加、植物凈化等方法[2-3],這些方法都在一定程度上改善了水質(zhì),可消除黑臭、藍(lán)藻暴發(fā)等現(xiàn)象,但水體仍渾濁、褐黃,無(wú)法達(dá)到清澈明亮的景觀(guān)效果,一旦停止增氧、水循環(huán)等措施,水質(zhì)又會(huì)迅速惡化。為了提高水體的自?xún)裟芰?重建良好的水生態(tài)系統(tǒng),達(dá)到標(biāo)本兼治的目的,筆者采用生物治理和生態(tài)修復(fù)綜合技術(shù)相結(jié)合的方法[4-6]對(duì)昆山市環(huán)城北路景觀(guān)池塘受污染水體進(jìn)行治理。

1 工程概況

昆山市環(huán)城北路景觀(guān)池塘(市民政局東側(cè),圖1),地處居民較密集的市區(qū),池塘水域面積為3750m2,池塘底呈鍋底形,沿岸淺水區(qū)水深1.0m左右,中心深水區(qū)水深達(dá)2.3 m;中心深水區(qū)底泥厚度50 cm,有2個(gè)排污口直接將生活污水排入池塘。工程實(shí)施前池塘全池長(zhǎng)滿(mǎn)翠綠色藍(lán)藻,水體黑臭,水中有少量鯉魚(yú)、黑魚(yú),無(wú)水生維管束植物生長(zhǎng)。經(jīng)測(cè)定,池塘透明度為20 cm。TN、TP的質(zhì)量濃度分別為3.85 mg/L、0.52 mg/L,對(duì)照 GB 3838—2002《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,該景觀(guān)池塘的水質(zhì)屬劣Ⅴ類(lèi)。針對(duì)上述狀況,采用水體生物治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)。

圖1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖

1.1 生物治理與良好水體生態(tài)系統(tǒng)的建立

2009年11 月開(kāi)始對(duì)池塘底泥、污水排入量、水質(zhì)指標(biāo)、生物的種類(lèi)和數(shù)量等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。基于現(xiàn)有水體水質(zhì)較差,直接栽培植物不能生長(zhǎng),生物治理工程采用分階段實(shí)施方案。

a.2010年2月對(duì)2個(gè)較大的生活污水排出口進(jìn)行封堵和改道,接入城市污水管網(wǎng);3月底將原有的污水抽入城市管網(wǎng),留下50 cm水用生石灰1500 kg/hm2進(jìn)行殺菌消毒。

b.消毒2周后,由于下雨,水位上升到1.5 m,4月中旬在亭子下面的隱蔽處、池塘中央設(shè)置生物膜水體自?xún)艋O(shè)備(專(zhuān)利號(hào):ZL200710135011.0)200套,并投加微生物制劑,促進(jìn)在自?xún)艋O(shè)備上快速形成生物膜,水質(zhì)得到初步凈化,水體透明度從原來(lái)的20 cm增加到45 cm。

c.種植水草,放養(yǎng)水生動(dòng)物。4月底在池塘四周淺水區(qū)(1～2 m)栽種治污先鋒植物輪葉黑藻(Hydrilla verticillata)、金 魚(yú) 藻 (Ceratophyllum demersum)、伊樂(lè)藻(Elodea nuttallii)等沉水植物,共計(jì)1 000 kg;同時(shí),放入中華圓田螺(Cipangopaludina cathayensis)1 500 kg、褶紋冠蚌(Cristaria plicata)500 kg、規(guī)格為6～8尾/kg的鰱魚(yú)(Hypophthalmichthys molitrix)700尾、規(guī)格為 6～8尾/kg的鳙魚(yú)(Aristichthys nobilis)100尾 、規(guī)格為 200g/尾的花魚(yú)骨魚(yú)(Hemibarbusmaculatus)200尾、規(guī)格為150 g/尾的觀(guān)賞魚(yú)—草金(Carassius auratus)若干;再?gòu)闹苓吅拥乐胁稉浦穷?lèi)、橈足類(lèi)等浮游動(dòng)物約3 kg。在上述生物中,通過(guò)沉水植物、浮游植物吸收水體的N、P營(yíng)養(yǎng)鹽,通過(guò)鰱魚(yú)、浮游動(dòng)物、螺螄、蚌食用浮游植物,通過(guò)花魚(yú)骨魚(yú)食用底層腐殖質(zhì),形成一個(gè)較長(zhǎng)的食物鏈,最終以沉水植物、魚(yú)、螺類(lèi)的協(xié)同作用去除水體的N、P營(yíng)養(yǎng)鹽,到2010年5月中上旬初步建立起良好的水體生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性調(diào)控

4月中旬,生物修復(fù)起到一定效果,但因周?chē)用褡园l(fā)在池塘中放生紅鯉魚(yú)、金魚(yú),其成魚(yú)在池中繁殖了大量魚(yú)苗,同時(shí)池塘邊上沒(méi)有被完全殺死的浮萍種子5月初再度萌發(fā),并快速生長(zhǎng),再次覆蓋水面,紅鯉魚(yú)對(duì)沉水植物的破壞作用及浮萍的生長(zhǎng)使沉水植物因得不到光照、無(wú)法生長(zhǎng)而死亡。至2010年6月中旬,初步建立的、脆弱的生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。因此,通過(guò)投喂藥餌,殺死并及時(shí)撈取部分紅鯉魚(yú)、金魚(yú)等,通過(guò)人工打撈取出浮萍,再投放1 kg的微生物制劑凈化水質(zhì),補(bǔ)種1000 kg的輪葉黑藻、金魚(yú)藻、伊樂(lè)藻,補(bǔ)放規(guī)格為150 g/尾的草金100尾、規(guī)格為 100 g/尾的加州鱸魚(yú)(Micropterus salmoides)200尾等。通過(guò)這一系列的調(diào)控措施,池塘中水生植物和動(dòng)物的品種、數(shù)量、比例重新得以補(bǔ)充和調(diào)整。7月初水質(zhì)開(kāi)始好轉(zhuǎn),8月份水質(zhì)已達(dá)到較好的狀態(tài),直至2010年10月下旬重新建立起一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水體生態(tài)系統(tǒng)。

1.3 水體生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)

2010年11 月開(kāi)始進(jìn)入水體生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)期。不斷跟蹤觀(guān)測(cè)不同時(shí)期的水質(zhì)和水體生態(tài)系統(tǒng)變化,根據(jù)情況對(duì)水體中微生物、水生植物和動(dòng)物的品種、數(shù)量、比例進(jìn)行微調(diào),維護(hù)良好、穩(wěn)定的水質(zhì)和水體生態(tài)系統(tǒng)。

2 工程效果分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)分析

水體修復(fù)過(guò)程中,在塘中均勻設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)(圖 1,采樣點(diǎn)號(hào)分別為 1、2、3、4),對(duì)水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。采樣時(shí)間分別為:2009年11月7日(治理前5個(gè)月),2010年3月12日(治理前 1個(gè)月),2010年5月13日(治理過(guò)程中),2010年8月5日(生態(tài)系統(tǒng)調(diào)試期)。修復(fù)過(guò)程中池塘水體主要水質(zhì)指標(biāo)變化情況見(jiàn)圖2。

由圖2(a)可見(jiàn),2009年11月由于氣溫較低,葉綠素質(zhì)量濃度較低;2010年3月中旬的初春季節(jié)溫度升高,水體中各種藻類(lèi)迅速繁殖,葉綠素質(zhì)量濃度達(dá)到135.6μ g/L,通過(guò)投放浮游動(dòng)物和濾食性魚(yú)類(lèi),景觀(guān)池塘中藍(lán)、綠藻等浮游生物數(shù)量快速下降,至5月份葉綠素質(zhì)量濃度下降到65.0μ g/L,到8月上旬僅為8.8μ g/L,水體透明度增加至1.1 m。葉綠素質(zhì)量濃度大幅度下降表明,水體中藻量大大減少,由藍(lán)藻、綠藻導(dǎo)致的水體濃綠的惡劣景觀(guān)效果也得到大幅度改善。由圖2(b)可見(jiàn),修復(fù)過(guò)程中TP質(zhì)量濃度有所上升,這是由于隨著水溫的升高,一方面底泥中的N、P大量快速釋放到上覆水中,另一方面由于浮萍的瘋長(zhǎng)致使大量的沉水植物死亡再度釋放N、P,但浮萍對(duì)水體N的吸收率大于對(duì)P的吸收率,因此,5月水體的TP質(zhì)量濃度會(huì)升高。經(jīng)人工打撈浮萍及補(bǔ)種沉水植物,水體TP質(zhì)量濃度很快下降[7],到8月中旬僅為0.05 mg/L,與治理前的0.58 mg/L相比下降了90%。而圖2(c)顯示,修復(fù)過(guò)程中TN質(zhì)量濃度一直呈下降趨勢(shì),至8月5日降至1.3 mg/L,比治理前降低了85%。由圖2(d)可見(jiàn),COD質(zhì)量濃度大幅下降,由修復(fù)前的20.6 mg/L降至修復(fù)后的4.2 mg/L,去除率達(dá)79.61%。修復(fù)后的水體各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)國(guó)家地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),水體景觀(guān)效果得到顯著改善,透明度達(dá)1.28 m。用塞氏盤(pán)法測(cè)得修復(fù)前后各水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水體透明度如表1所示。

表1 修復(fù)前后采樣點(diǎn)的水體透明度變化 cm

2.2 生物多樣性變化與研究

2.2.1 浮游生物的多樣性變化

在水質(zhì)監(jiān)測(cè)的4個(gè)采樣點(diǎn)采樣,利用顯微鏡法對(duì)浮游植物和浮游動(dòng)物進(jìn)行定性和定量測(cè)定,修復(fù)后水體浮游植物結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2,修復(fù)前后水體浮游動(dòng)物的種群變化見(jiàn)表3。

表2 修復(fù)前后水體浮游植物結(jié)構(gòu)變化

表3 修復(fù)前后水體浮游動(dòng)物的種群變化

Shannon-Weaver曾提出種類(lèi)多樣性指數(shù)這一概念[8],其計(jì)算公式如下:

式中:H′為種類(lèi)多樣性指數(shù);N為單位體積樣品中收集到的生物總數(shù);ni為單位體積樣品中第i種生物的個(gè)數(shù)。

上式表明:生物種類(lèi)越多,H′值越大,水質(zhì)越好;反之,種類(lèi)越少,H′值越小,水體污染越嚴(yán)重。其中,H′值與水質(zhì)污染程度的關(guān)系如表4所示。

表4 H′值與水質(zhì)污染程度的關(guān)系

根據(jù)Shannon-Weaver公式計(jì)算可得:修復(fù)前的浮游植物多樣性指數(shù)H′為0.2,修復(fù)后變?yōu)?.02,污染程度從重污染轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸任廴?修復(fù)前的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)H′為2.18,屬輕度污染,修復(fù)后變?yōu)?.06,屬無(wú)污染。多樣性指數(shù)的增加,說(shuō)明水體的生物鏈的平衡性增強(qiáng),水質(zhì)變好,水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性增加。

2.2.2 高等動(dòng)植物的種群結(jié)構(gòu)變化

通過(guò)1個(gè)月的工程實(shí)施及4個(gè)多月的調(diào)試,經(jīng)生態(tài)修復(fù)的景觀(guān)池塘中從沒(méi)有一株沉水植物到沉水植物的覆蓋率為60%左右,沉水植物的品種有金魚(yú)藻(占60%)、伊樂(lè)藻(占30%)、輪葉黑藻(4%～5%)及少量的苦草(Vallisneria natans)、狐 尾 藻(Myriophyllum verticillatum)(移栽時(shí)帶入的水草)。水體的螺螄經(jīng)繁殖,生物量為引入時(shí)的2倍,褶紋冠蚌的生物量增加不顯著。水體中鰱鳙魚(yú)的成活率幾乎為100%,規(guī)格已增加到 400～500 g/尾,加州鱸魚(yú)規(guī)格達(dá)250g/尾,花魚(yú)骨魚(yú)是底層魚(yú)類(lèi),平時(shí)無(wú)法觀(guān)察到,而觀(guān)賞草金的數(shù)量達(dá)上千尾,規(guī)格大小不等。因此,水生態(tài)修復(fù)后的水體高等動(dòng)植物已形成了較穩(wěn)定的生物鏈結(jié)構(gòu),維持了水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

2.3 景觀(guān)效果評(píng)價(jià)

綜上所述,景觀(guān)池塘的水體經(jīng)6個(gè)月的生物治理與生態(tài)修復(fù)后,池塘景觀(guān)發(fā)生了明顯改觀(guān),水體透明度增加,各種游魚(yú)穿梭于水草之間。環(huán)城北路景觀(guān)池塘曾是昆山市民傳統(tǒng)的放生池塘,隨著水質(zhì)變好,放生、垂釣等現(xiàn)象再度興起。

3 結(jié) 論

水體生物治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)在昆山市環(huán)城北路景觀(guān)池塘應(yīng)用后,重新建成一個(gè)良好、穩(wěn)定的水體生態(tài)系統(tǒng),生物多樣性增加,水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)國(guó)家地表水Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn),水體透明度達(dá)1.2 m左右,池塘景觀(guān)效果顯著改善。水體生物治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)具有無(wú)需清淤、能耗低、工程造價(jià)低特點(diǎn),適合應(yīng)用于沒(méi)有或僅有少量污水排入的河道、公園、城市景觀(guān)池塘等水體中。

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