生態集成技術在退化的公園景觀水體修復中的應用

洪 佶，陳靳曦，馬建青，潘培豐

（1.寧波市天一閣博物院，浙江 寧波 315000；2.浙大寧波理工學院，浙江 寧波 315100；3.寧波市生態環境科學研究院，浙江 寧波 315000）

0 引言

公園景觀水體大多生態環境優越，但由于多數具有面積和深度較小、與人接觸緊密、自凈能力偏低等特點，尤其是氮、磷等營養物質不斷積累，容易造成水體富營養化，最終導致水體景觀功能退化和水質惡化，要重建一個退化的景觀水體的生態系統并實現水質長效維持，是目前國內外水體環境修復研究的熱點和難點。針對退化的景觀水體研究開發低建設成本、低運行成本、去除效率高、占地面積少的處理技術，具有十分必要性和現實意義[1]。

1 南園景觀水體的特點

天一閣位于寧波市海曙區中心地段，與月湖景區比鄰，歷史資源豐富，文化底蘊深厚。南園位于天一閣藏書樓之南，以水池為主，池岸迭石玲瓏，池南面建有“抱經廳”，池西為臨水的主體建筑水北閣。南園水池為長26m、寬17m 的接近長方形的水池，平均有效水深1.30m，水體總容積507m3。2020 年2 月以來，南園水池水體渾濁和富營養化問題交替出現，不斷加劇，加上各種娛樂性投喂對水體水質造成較大的影響，尤其到夏季高溫季節，水體透明度下降，水質惡化，藻類滋生頻繁，水質遠劣于景區規劃要求。南園水池本與東園明池水系連通，為防止其持續影響東園明池水質，公園管理人員已用沙袋將兩個水系徹底隔斷。

2020 年5 月對南園水池的水質檢測結果顯示，水體中的懸浮物高達125mg/L；氨氮平均值0.92mg/L、總磷平均值0.33mg/L，水體主要污染因子為氨氮、總磷和懸浮物。水體的灰黑渾濁現象主要是由于池體底部污染物造成內源膠體型污染，粒徑分析顯示水體懸浮物主要由0.5～1μm 粒徑的顆粒物組成，水體均偏堿性，治理難度較大。

2 景觀水體生態修復示范項目研究

結合天一閣水體水質現狀和周圍施工條件及排水條件，從水環境生態平衡原理出發，因地制宜地選擇以“水下生態礫石床與多級生物構建”有機結合，以“泵管循環推流”為輔的生態修復集成技術，建立低成本且無二次污染的生態修復系統。示范項目于2020 年6 月開始實施。首先對南園水池先后實施了底泥消毒、粘土和碎石等復合墊層覆底，如圖1 所示，然后逐步構建水下生態礫石床系統（圖2）、多級生物系統和泵管循環推流系統（圖3）。

圖1 復合墊層處理

圖2 水下生態礫石床構建

圖3 多級生物與泵管循環系統構建

2.1 水下生態礫石床構建

生態礫石床構建是基于生物接觸氧化凈化機理，通過礫石吸附和形成的生物膜凈化水體。生態礫石床凈化系統長9m、寬5m、高0.6m，在礫石床一側構建1 號泵管循環推流系統，1 號循環泵吸水口敷設在礫石床東側進水，經穿孔管均布進入礫石床，并從西側流出。水下礫石床在不曝氣的條件下，形成的生物膜上具有一定的溶解氧濃度度梯度，微生物在厭氧、缺氧和好氧的不同含氧量狀態，同時發揮反硝化和硝化作用，并有一定的除磷效果。在水動力改善和多級生物構建條件下，大顆粒礫石生物膜表面附著的微生物相對處于好氧生境，有利于有機物和氨氮的氧化去除，中小顆粒礫石層內部的厭氧、兼性厭氧環境，為提供總氮去除率提供了良好環境。

2.2 基于沉水植物的多級生物構建

多級生物構建技術是以沉水植物為主，以微生物、水生動物和底棲動物等為輔，在多級生物共同作用下實現污染物的凈化和水體生態修復，在有限的空間內富集較大的生物量，以達到快速、高效的處理效果。在池體底床四周首先配植沉水植物約300m2。主要選擇矮生苦草、馬來眼子菜、篦赤眼子菜、金魚藻4種植物，并以9:3:3:1 的配置比例進行種植。沉水植物主要通過吸收氮磷、生物降解、吸附過濾等作用凈化水質，最終通過植物收割，將被吸收的各類營養物質從水體中徹底移除。沉水植物種植成活后，篩選景觀魚類和小型水生動物，投放量為50～60kg，通過生物調控，逐步使水池保持清水狀態，隨著多級生物的引入，南園的水質可以凈化到優良，且水體清澈見底。

2.3 泵管推流水循環系統構建

南園水體流動能力極差，常年呈靜止狀態。合理的水力調度可以改善水質，增加水環境容量，顯著減輕水質污染。在上述礫石床周圍敷設1 號循環系統實現礫石床高效凈化，1 號循環泵選用潛污泵，流量5t/h，揚程4m，總體裝機容量1.0kW，每日運行不低于12h，經穿孔管均布進入礫石床，實現水體在礫石床周圍的循環凈化，每日循環凈化量不低于60t。在南園水池和東園明池之間構建2 號泵管循環系統，南園水體修復初見成效后，啟動2號循環系統，與同期治理的東園明池形成定期循環，構成了兩個水體之間的良性生態循環。2 號循環系統選用潛污泵，流量15t/h，揚程7m，總體裝機容量1.5kW，每日平均運行16h，日循環流量達到240t，大約5d 可將兩個水體循環1 遍。

3 水體生態修復效果

經過工程實施和生態重建，南園水體逐步實現了自凈功能，圖4 和圖5 分別為水中氮磷污染物和懸浮顆粒物的凈化工程。污染物通過物理吸附和沉淀作用、生物吸收和轉化作用實現快速削減。

圖4 氮磷污染物凈化過程

圖5 懸浮顆粒物凈化過程

示范工程竣工并運行2 個月以后，南園景觀水體各項水質指標明顯改善。經過3 個月的工程化治理和水質持續養護，水質符合《景觀環境用水水質》（GB/T 18921—2002）的景觀環境用水規定，主要指標總磷、氨氮及懸浮物指標達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅰ類水質要求。項目實施7 個月后，實現了池水清澈見底，水體透明度常年維持在130cm，水質指標改善明顯。

如圖6 至圖11 所示，經過7 個月的運行，南園景觀水體上浮水體各項水質指標明顯改善，高錳酸鹽指數、氨氮、總磷等指標明顯持續降低。氨氮從0.92mg/L 降低到0.09mg/L；總磷從0.33mg/L 降低到0.03mg/L；懸浮物從125mg/m3降低到2mg/m3，污染物脫除率均在95%以上，水體污染物降低趨勢明顯。

圖6 水體高錳酸鹽變化趨勢

圖7 水體氨氮變化趨勢

圖8 水體總磷變化趨勢

圖9 水體葉綠素變化趨勢

圖10 水體懸浮物（SS）變化趨勢

圖11 水體氧化還原電位（ORP）變化趨勢

另外，透明度和氧化還原電位改善效果明顯，透明度則從25cm 提高到1.30cm，氧化還原電位從75mv 提高到175mv。南園水池治理前后效果對比如圖12 和圖13 所示。

圖12 南園景觀水池治理前

圖13 南園景觀水池治理后

4 結語

（1）由于在池心構建水下生態礫石床工藝，設置泵管推流形成混合流流經生態礫石床，水流通過時在礫石表面形成一種特殊的生物膜，發揮生物接觸氧化作用，有利于加強對有機污染形成降解。

（2）采用水動力學原理對景觀水體進行水力學改善，對提高處于緩流狀態水體的生態凈化能力有重要意義。泵管推流循環技術是在不需要外來水源的條件下，促進水體流動，適用于無有效補水水源情況下的滯流、緩流水體的水動力改善，并利于水質保持和生態修復。

（3）通過人工干預景觀水體，逐步構建水體多級生態系統，最終使得水體依靠自然的修復能力維持水體良性循環。除采取工程措施外，還必須有目的地放養水生動物、擴增土著微生物，最終實現重建生物生態鏈的目的。

（4）景觀水體生態修復是一項復雜的系統工程，以適當的工程措施加速退化的生態系統的功能恢復是可以實現的[2]。生態集成技術應用在退化的公園景觀水體修復中，水體污染指標在7 個月后能根本改善并恢復水體景觀功能，可見生態集成技術對公園景觀水體生態修復有實際意義。