通惠湖水環境治理技術與效果

張建強，傅 忠，卜一峰，戚月東，周炳炳

(1.杭州大江東產業集聚區規劃國土建設局，浙江 杭州 311225；2.杭州大江東建設發展有限公司，浙江 杭州 311225)

隨著城市化的快速推進，城市人口密集程度日益提高，城市湖泊成為最容易被污染且難以治理的水體。水環境治理技術主要分為物理法、化學法和生物修復法三大類[1]。物理法通過調水引流[2]、機械除藻、疏挖底泥等方法將污染物從水體中移除。因湖泊水面寬闊，流速小，常采用調水引流的方法加速水體交換，移除污染物，如武漢東湖[3]、杭州西湖[4]、昆明滇池[5]等，但這種方法工程量較大，僅對防止水質進一步惡化起到延緩作用，不能從根本上解決水質問題。化學法是向水體中投放氧化劑、除藻劑、脫硝劑等化學藥劑，降低或者去除水體中污染物，這種方法見效快，但投放的藥劑容易造成二次污染。生物修復法是利用動植物或微生物吸收、轉化水中的污染物，達到凈化水體、恢復生態的目的，如人工濕地、人工浮島、生物格柵、植物浮床、生物膜、菌種投放等技術[6]，這種方法成本低，耗能小，無二次污染，持續時間長，是目前城市湖泊常用的水環境修復方法。實際上，由于水環境中的污染物來源廣泛，成分復雜，單一治理技術很難徹底完成城市水環境的生態修復，因此目前多采用綜合治理技術進行水環境治理，但如何選擇合適的綜合治理技術是水環境修復的關鍵和難點[7-11]。

杭州大江東產業集聚區是一座在建的新城，通惠湖位于大江東新城的核心區，總面積0.36 km2，水深2～3 m，其水環境狀況對大江東產業聚集區的景觀和城市品質具有重要意義。通惠湖現狀水質為Ⅴ類水，采用節制閘與周邊河網隔斷，周邊河網水質為Ⅴ類水或劣Ⅴ類水，無清水可引，只能采用其他治理措施改善水環境。本文以相對封閉的通惠湖為研究對象，在分析其水環境現狀的基礎上，提出適用于通惠湖水體的水環境綜合治理措施，并對照治理前后的水質檢測報告，分析水環境綜合治理效果。

1 通惠湖水環境現狀

杭州大江東產業集聚區位于蕭山平原東北部的沿錢塘江區域，總面積427 km2，大江東大部分土地為20世紀圍墾錢塘江而得，區域內地面平坦，河道縱橫交錯，呈網格狀分布，大部分河道水質為劣Ⅴ類。通惠湖本是大江東核心區的一段內河，在開挖的基礎上形成了一個內湖，其形態見圖1。為控制水位，同時避免周邊河道污染，采用節制閘與周邊河網隔斷，僅在大雨期間打開排澇，即現有湖水與外界基本不流通，是一個死水湖。根據現場勘察，市政雨水管網接入湖體雨水排放口3個。

圖1 通惠湖形態

通惠湖處于封閉狀態，水體流動性差，且無優質水源，水質較差，水生生態系統十分脆弱。2017年7月31日(晴)對通惠湖內5個均勻分布的取樣點進行了水質檢測，結果見表1。由表1可見，通惠湖水體中CODMn為Ⅳ類水，DO、CODCr、NH3-N、TP為Ⅴ類水，TN為劣Ⅴ類，水體透明度較低。由此可見，通惠湖的氮磷濃度較高，有機污染嚴重，水體溶解氧低，透明度差，根據歷年觀測，高溫季節極易暴發藍藻。底泥取樣發現，湖底存在大量淤泥，底泥呈黑色，需進行底泥修復處理。

2 治理措施選擇

通惠湖的水環境治理首先要控源截污。通惠湖有3個市政雨水管網排放口，因無法移除，只能采取其他措施在湖體內對排放的污染物進行攔截處理。排放的物質不僅有溶解性污染物，還有樹葉、泥沙等懸浮性污染物，因此擬采用生態擋墻技術控源截污，既可以攔截懸浮性污染物，又可以初步降解溶解性污染物。

底泥是水生植物生長的基質和底棲動物繁衍的場所，同時也是各種污染物(如營養鹽)累積富集的場所。這些高濃度的營養鹽通過底棲生物活動、濃度差擴散、河道水流流態發生改變等過程，又不斷地遷移到上覆水體中，使得底泥中大量的污染物被重新釋放出來，造成河流湖泊水體的二次污染[12-13]。通惠湖是在沙地上圍墾時形成，雖有淤泥但不厚，若進行清淤，則會破壞底棲動物的生存環境，因此擬采用底泥鎖定劑控制底泥的污染物釋放，避免二次污染。

通惠湖治理必須要解決湖泊水域生態系統缺失的問題。因平時沒有水源供給，水體流動性差，有機污染嚴重導致DO低，透明度差，氮磷濃度高導致水體高溫季節易暴發藍藻。根據通惠湖水域的特殊性，為徹底改變水環境狀況，必須建立良好的湖泊水域生態系統，從而長期保持良好水質。因此，擬通過水生植物群落的構建，使水域生態系統完善并平衡，再結合曝氣復氧、人工水草、組合填料及微生物修復技術等輔助措施對通惠湖進行綜合生態修復。

針對通惠湖實際情況，經過多次專家論證篩選，最終確定采用以下水環境綜合治理方案：生態擋墻+底泥鎖定+曝氣增氧+人工水草修復+微生物強化修復+水生植物修復。通惠湖水環境綜合治理工程于2017年8月1日開工，10月8日完工。

3 施工工藝與施工過程

3.1 雨水口生態擋墻

雨水會攜帶大量地面污染物進入雨水管道，為降低雨水中攜帶污染物對通惠湖水質的影響，采用生態擋墻對排入的污染物進行攔截。生態擋墻施工工序為：先用松木樁制作排放口外框，然后用不銹鋼網固定內框，外框與內框之間填充濾料，將排放口排入的污染物攔截在框內，并定期清理懸浮性污染物，一段時間后濾料上可掛生物膜，具有降解有機物的功能。

3.2 底泥鎖定技術

對通惠湖底泥的二次污染采用底泥鎖定技術控制污染物的釋放。底泥鎖定技術不同于傳統清淤技術，該技術應用多孔物質制成的底泥生態吸附劑，覆蓋于水體底泥之上以鎖定河道內源污染。底泥原位鎖定技術具有如下3方面功能：①通過覆蓋層，將污染底泥與上層水體物理性隔開；②覆蓋作用可穩固污染底泥，防止其再懸浮或遷移；③通過覆蓋物中有機顆粒的吸附作用，有效削減污染底泥中污染物進入上層水體。底泥鎖定施工工序為：首先將底泥活性載體均勻地投放在河道水體底部，然后離岸3 m處每間隔4 m投放生態吸附劑。2017年9月15日進行了底泥鎖定技術施工，共投放底泥活性載體10 t。

表1 通惠湖治理前水質監測結果

3.3 人工水草修復技術

人工水草修復技術是一種生物膜載體技術，它是模仿污水處理中的植物凈化原理，采用耐酸堿、耐污、柔韌性很強的仿水草材料，通過優化生物填料以利于生物膜的形成和再生，不受透明度、光照等限制，具有投資低、效果好、二次污染小的特點，在我國污水處理和河流生態修復中已多次應用[14]。本項目采用聚丙烯材料的細繩狀人工水草，施工時首先將人工水草固定于重物上，然后依據施工圖將人工水草投放在排放口附近的相應位置。人工水草施工面積總計990 m2。

3.4 微生物強化修復技術

微生物強化修復技術是一種新型河道水體污染修復技術，應用某種微生物激活劑或高效功能微生物為主要技術手段，使水體內的微生物保持較高的活性，以快速降解和轉化污染物[15]。微生物強化修復技術的核心是促進水環境中高效功能性微生物的增殖與富集，針對通惠湖水域大、水體流動性差的特點，通過利用填料、生態基、人工水草等，營造功能性微生物適宜的穩定生態環境，從而加快水體污染物的降解和轉化。選用具有國家專利的微生物強化修復技術(ZL201210094446.6，ZL201420185001.3)，微生物制劑分3種，其中微生物制劑BRM001具有顯著去除氮素，消除臭味的作用；微生物制劑BRM002對懸浮態有機質及附著型有機質具有顯著的去除能力，可快速降解水體中的TP；微生物制劑BRM003可與藻類形成競爭性環境，有效抑制藻類的產生。

微生物制劑施工時，首先將相應微生物制劑倒入儲菌桶，然后將微生物制劑均勻灑在河面。從2017年9月10日至10月1日，選擇水溫適宜、天氣較好的情況下，分多批次向水體中投入特異的凈水微生物制劑，共投加8次。其中微生物制劑BRM001、BRM002、BRM003分別投入5.7 t、5.0 t、2.9 t。

3.5 水生植物生態修復技術

水生植物修復工程主要包括：挺水植物種植和浮游植物種植。本工程在湖中設置了5處生態浮島，種植了美人蕉、旱傘草、路易斯安娜鳶尾、翠蘆莉、圓幣草及聚草等水生植物，在形成河道景觀美化水體環境的同時，可有效利用植物吸收降解污染物，達到水體凈化及污染攔截的效果。本工程設置系統的生態浮島等景觀綠化帶總面積為1 096 m2，實現了兼顧水體景觀和生態修復的目的。共完成綠化種植4 274.2 m2，其中浮島綠化面積1 105.2 m2。

4 治理效果分析

治理工程實施后，分別于2017年12月19日、2018年1月18日、2018年2月2日委托第三方在通惠湖均勻分布取了21個水樣進行了水質檢測，檢測結果見表2。由表2可見，通惠湖水質較治理前有明顯改善，其中NH3-N、TN、TP、CODMn質量濃度均有明顯下降。治理后，DO質量濃度提升極為明顯，由治理前的2.3～3.2 mg/L升至7.4～12.9 mg/L，TN質量濃度由治理前的2.32～2.76 mg/L降至0.79～1.51 mg/L，TP質量濃度由治理前的0.25～0.39 mg/L降至0.07～0.18 mg/L；水體透明度也有了大幅改善，由治理前的33～43 cm提高至60～148 cm。由此可見，目前通惠湖水質除TN、TP仍有部分點位屬湖泊Ⅴ類水外，其他水質指標均達到Ⅲ類標準。

對通惠湖治理前后的水質監測數據采用綜合污染指數方法評價[16]，水質指標選用CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP等5個指標，水質標準按照景觀用水Ⅳ類水標準控制，評價結果見表3。由表3可見，治理前綜合污染指數為1.63，為重污染狀態，CODCr、NH3-N、TN、TP等4個指標均超標，其中TP超標達到3.24倍。治理后3次水質監測的綜合污染指數為0.52～0.61，為輕度污染狀態，僅TP出現了超標現象。由此可見，通惠湖治理后水質明顯改善，表明選用的水環境綜合治理措施是適用的和有效的。

表2 通惠湖治理后水質檢測結果

表3 通惠湖治理前后綜合污染指數及水質指標超標倍數

5 結 語

對通惠湖采取生態擋墻、底泥鎖定、微生物強化修復、水生植物修復等水環境綜合治理措施，治理后的水質檢測結果表明，CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP等指標均有明顯下降，尤其是DO提升極為明顯，水質狀況由治理前的重污染狀態提升至輕度污染狀態。