1、景观水质生态净化技术与试验研究景观水质生态净化技术与试验研究章芳摘要水体富营养化问题日益严峻，为了满足现代生活的要求，对景观水的处理已经迫在眉睫。采用生态水处理的方式较之传统处理方式而言有减少投资等优势。人工湿地系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准，因此它实际上是一种深度处理的方法。而人工湿地系统中填料是关键，通过对粉煤灰、空心砖、煤渣和活性炭四种填料的试验研究，得出处理不同性质污水适应的最佳填料。关键词:景观水、生态处理、人工湿地、填料AstractThe problem of nutrient wastewater is becoming more and more serious.
2、 To meet with the request of modern life, handling scenical water is urgent. Comparing with the traditional way, ecotypic treatment has many advantages such as decreasing the investment and so on. The quality of enfluient can reach the level of surface water after being treated through the construct
3、ed wetland system that is practically a kind of deep treatment system. Because media is the key part of the constructed wetland system, we can find the best media to treat wastewater of different quality through the experimental research with four materials: fly ash, hollow brick, coal cinder and ac
4、tive carbon.Keywords：Scenical water, ecotypic treatment, constructed wetland, media1.绪 言1.1课题的来源随着工农业生产的高速发展和人民生活水平的日渐提高，水体的富营养化问题也日益严峻。世界上一半以上的湖泊和水库的水质因受到污染而不断恶化，而地球表面90%的液体淡水来自这些湖泊和水库。随着世界人口的不断增加，水资源的问题可能将进一步恶化。据全国二十六个主要湖泊水库富营养的调查表明：贫营养的一个，中营养的九个，富营养的十六个，其中，有六个的总氮、总磷的负荷量极高，已进入异常营养型阶段。自20世纪70年代以来，世
5、界各国都认识到控制水中氮磷的含量是控制富营养化的关键因素，开展了脱氮除磷机理及工艺的研究。我国从80年代初开始，也进行了大量这方面的研究，其中有的已进入规模应用，并取得了满意的效果1。据了解，经过人工湿地系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准，因此它实际上是一种深度处理的方法。特别适用于饮用水源和景观用水保护，处理后的水可以直接排入饮用水源或景观用水的湖泊、水库或河流中。因此特别适合处理饮用水源或景观用水区附近的生活污水或直接对受污染水体的水进行处理，或者为这些水体提供清洁的水源补充。采取传统的方法需要大额的一次性投资和运行费用，而且需要专业的管理人员。而采用人工湿地的技术来处理景观水，不
6、仅投资低，能耗低，且脱氮除磷效果尤为明显。本课题是由温岭锦园小区建设指挥和委托的。1.2人工湿地简介1.2.1人工湿地的发展最初的人工湿地污水处理系统与土地处理系统相似：将污水引入按一定目的和方式人为平整过的土地中，并在这片土地中种植大量高等水生植物。由于土壤的渗水能力有限，因此，种不同的植物对人工湿地的处理能力将产生不同的影响。经过深入研究，选出芦苇在提高土壤的渗透系数方面有显著的效果，所以欧洲的人工湿地有相当一部分种植芦苇，称为芦苇床。七十年代起，北美和澳大利亚也开始研究人工湿地污水处理系统，并在如何提高湿地的处理能力方面有了较大的进展。到了八十年代，出现了以砂和碎石铺垫池底，在砂（石）上
7、种植高等水生植物的人工湿地。从此，在人工湿地的设计中，增加了如何选择基质（植物生长的一层物质）这一项工作，以土壤为基质的人工湿地逐渐被以砂石为基质的人工湿地所取代，从而使得人工湿地的占地面积有可能大幅度的减少。目前，人工湿地污水处理系统已成为国际上十分热门的研究课题。1.2.2 人工湿地的优缺点目前，人工湿地作为一项新技术，已经越来越引起了人们的重视，总结人工湿地的优点有：（1）建设成本低据国外统计，一般人工湿地污水处理系统的投资比常规的二级污水厂的低。对我国已建成或正在建的二级污水处理厂的投资进行分析，也表明人工湿地的投资远远低于常规污水处理设施（见表1-1）2.而较低的投资对于我国现阶段经
8、济承受能力来说是最佳方案。（2）运行管理成本低无需专职人员管理、无电耗及药耗从表1-1可以看出，人工湿地吨水处理费用仅为相近地区的鼓风曝气型项目的16（珠海）-20（深圳），为同一地区氧化沟方法的34。原因有：表1-1 人工湿地污水处理系统与其他污水处理系统比较表项目名称处理方式吨水投资（元/m3）吨水处理费（元/m3）年耗电（万度）吨水耗电（度/m3）吨水用地（m2/m3）深圳某厂鼓风曝气6600.203190.1752珠海某厂鼓风曝气8330.204200.641海南某厂氧化沟5740.20102.40.281.2深圳某人工湿地人工湿地1380.02002.71）由于人工湿地基本上不需要机
9、电设备，故维护上只是清理渠道及管理作物，一般人员完全可以承担，只需个别专业人员定期检查。2）人工湿地基本上不耗能，也不需要投药，这是其他处理方法无法与之相比的。而且其他处理工艺的能耗不仅是经济问题，同时也是环境问题，因为耗能过程中产生的CO2、SO2等气体会污染大气环境。（3）污水处理产物资源化回用人工湿地污水处理系统特别注意污水处理与水资源利用相结合的特点，代表了21世纪小城镇污水处理发展的主要方向3。表1-2 人工湿地污水处理系统与传统二级污水处理系统效果比较表污水成分/mgL-1人工湿地污水处理系统传统二级污水处理系统平均最高BOD10203030SS102030TN102020NH3-
10、N5101515TP45：1时，反硝化效率最高。2.景观水质生态净化技术2.1景观水的概念水景同绿化一样，都是一种景观。从来源上说，水景又可分为两类，即借景和造景，前者是在规划设计中创造更多、更好的景观朝向，将天然的水景借过来；而后者则是指人工造出水景，而这种水景。借景型的以观水为主，而造景型的则以亲水为主。随着生活水平的提高，现在人们日益关注以水景为主题的小区、园林、城镇等建设。水是否是清水？水景的水是否是已经治理过的？将来治理成什么样子？也成为人们关注的话题。 景观用水包括池水、流水、跌水、喷水和涌水等用水，景观水应为流动水循环使用，并根据需要设置循环水净化装置和水生植物生化系统，无水质恶
11、化现象。2.2景观水标准2.2.1标准的分类 按照水体的不同功能，分为三大类：A类：主要适用于天然浴场或其他与人体直接接触的景观、娱乐水体。B类：主要适用于国家重点风景游览区及那些与人体非直接接触的景观娱乐水体。C类：主要适用于一般景观用水水体。 2.2.2标准值各类水质标准项目及标准值列于表2-1：2.3景观水处理方式比较2.3.1处理景观水的几种方式（1）物理方法1）引水换水方式当水体中的悬浮物（如泥、沙）增多，水体的透明度下降，水质发浑。可以通过引水、换水的方式，稀释水中的杂质浓度，以此来降低杂质的浓度但是需要 更换大量的水，而水资源在我国是相当的匮乏，势必要浪费宝贵的水资源。表2-1
12、景观娱乐用水水质标准序号分 类标 准 值 项 目A类B类C类1色颜色无异常变化不超过25色度单位2嗅不得含有任何异嗅无明显异嗅3漂浮物不得含有漂浮的浮膜、油班和聚集的其他物质4透明度，m1.20.55水温，不高于近十年当月平均水温2不高于近十年当月平均水温46pH值6.5-8.57溶解氧(DO)，mg/L5438高锰酸盐指数，mg/L66109生化需氧量(BOD5)，mg/L44810氨氮1)，mg/L0.50.50.511非离子氨，mg/L0.020.020.212亚硝酸盐氮，mg/L0.150.151.013总铁，mg/L0.30.51.014总铜，mg/L0.01(浴场0.1)0.01(
13、海水0.1)0.115总锌，mg/L0.1(浴场1.0)0.1(海水1.0)1.016总镍，mg/L0.050.050.117总磷(以P计)，mg/L0.020.020.0518挥发酚，mg/L0.0050.010.119阴离子表面活性剂，mg/L0.20.20.320总大肠菌群，个/L100021粪大肠菌群，个/L2000注：1)氨氮和非离子氨在水中存在化学平衡关系，在水温高于20，pH8时，必须用非离子氨作为控制水质的指标。 2)浴场水温各地区根据当地的具体情况自行规定。2） 循环过滤的方式。在水景设计的初期，根据水体的大小，设计配套的过滤沙缸和循环用的水泵，并且埋设循环用的管路，用于以后
14、日常的水质保养。如果水体面积较大，必定延长循环过滤的周期，使水质不能达到预期的效果。和引水、换水相比较，虽然减少了用水量，但日常的电能耗费增加了，同时也增加了设备的日常维护保养的费用。（2）化学方法：投加杀菌灭藻剂敞开式的水体，在阳光的照射下，会使水中的藻类大量繁殖，布满整个水面，不仅影响了水体的美观，而且挡住了阳光，致使许多水下的植物无法进行光合作用，释放氧气，使水中的污染物质发生化学变化，导致水质恶化，发出难闻的恶臭，水也变成了黑色。所以投加化学灭藻剂，杀死藻类。久而久之，水中会出现耐药的藻类，灭藻剂的效能会逐渐下降，投药的间隔会越来越短，而投加的量会越来越多，灭藻剂的品种也要频繁的更换，
15、对环境的污染也在不断地增加，而这种污染会影响我们的下一代。所以说用化学的方式处理水质，虽然是立竿见影的，但它的危害也是显而易见的。（3）微生物方法：投加微生物微生物在自然界大量而广泛的存在，是生态系统的重要组成之一。它们能将自然界中的动、植物的尸体及残骸分解，将一些有害的污染物质加以吸收和转化，成为无毒害或毒害较小的物质。可以在景观水水质恶化的时候，投加适当的适量的微生物（各类菌种），加速水中污染物的分解，起到水质净化的作用。微生物的繁殖速度惊人，呈几何级增长，每一次繁殖都或多或少的会产生一些变异品种，导致微生物处理水质能力下降，而且很难控制其数量，其生长又受环境的影响很大，例如温度、气压等等
16、。同时微生物的分解物，会造成藻类的大量繁殖，再次导致水质变坏。因此用微生物处理水质，必须定期进行微生物的筛选培育、保存、复壮等等一系列专业处理过程，而且不能保证水质状况长期处于良好的状态之中。（4）生态处理的方法生态水处理简而言之，就是在水域中人为地建立起一个生态系统，无需人类外在干预，其实质是结合生态学的能量流动和物质循环原则构建合适的食物链以达。到水体的生态平衡。此过程看似简单，但需要在实施前进行缜密的规划设计。因为生态法处理水体是一个系统工程，必须按新建或老水体的实际情况，科学合理设计水处理方案。在工程设计时即综合考虑；全面规划。景观水体与外界水体的交接处应设有合理的可控缓冲装置，然后按
17、生态系统的平衡过程及水质变化，将自然与人工结合，对水质等进行调控。2.3.2生态水处理的优越性从表2-2可以看出，采用生态水处理的方式的优越性有：（1）无需过滤，大大减少设备投资，降低设备的运行费用和设备的维修保养费。（2）无需专人管理，也能达到水质要求。（3）整个水体自身调节能力增加，对水质的波动可以通过自身的生态来进行调整。（4）营造出一个更自然更优美的天然水景。2.4景观水生态处理2.4.1景观水生态处理的原理一个完整的水体生态系统应包含种类及数量恰当的生产者、消费者和分解者，具体地说包括水生植物、鱼、虾、贝类等水生动物以及种类和数量众多的微生物。当污染物进入水体后由相应的微生物把它们逐
18、步分解为无机营养元素，从而为水生植物的生长提供了营养。微生物在分解污染物过程的同时获得能量，得以维持自身种群的繁衍。水生植物一方面吸收水中无机营养元素，避免了水中无机物过量积累，另一方面植物的光合作用为水体中各生物种群提供了赖以生存的溶解氧，同时，水生植物是浮游植物食性和草食性水生动物的食物来源。因此水生植物（生产者）是水体中所有水生动物和微生物最主要的和最初的能量来源，其种类和数量在水体生态系统的平衡中起到至关重要的作用。水生动物（消费者）直接或间接以水生植物和微生物为食，可控制水生植物和微生物数量的过量增长，在保持水质清澈的过程中起重要作用。水生动物排泄的粪便和水生动、植物死亡后的尸体又为
19、微生物（分解者）提供了食物来源，因此微生物是水体中的“清道夫”，它们为避免由水生生物带来的水体二次污染起着关键性的作用。人工湖泊是在一定空间内，由生命系统和环境系统的多种因素，相互联系，相互制约，互为因果而组成的一个统一整体，即生态系统。人工湖泊生态系统是复杂的系统，这不仅是因为所受外部影响的复杂性，而且因为其内部运行机制及各因子的并联的复杂性。水色和透明度，随湖水化学成分的不同和水中悬浮物质及浮游生物的多少而变化，叶绿素a与湖水透明度之间存在着明显的负相关关系。要防止湖泊富营养化，根本的是控制污染物，即水体初级生产力营养性物质的负荷量 。表2-2 各种水处理方式的比较处理方式设备成本运行成本
20、效果维持时间操作难易程度物理方式1.引水换水一般高不确定不确定易需要洁净水源依补水量而定2.循环过滤高很高一般时间一长会引发另外形式的污染一般1.循环设备2.过滤设备1.耗电2.人工费3.设备维护保养费需专人管理化学方式灭藻剂较高一般较明显短般1.循环设备2.加药装置1.耗电2.药剂费用需专人管理微生物方式投加菌种无需较高较明显不长较难菌种费需专人负责菌种的提纯生态方式菌种、水生动物、水生植物等等联合作用一般极低显著长期有效较难菌种投放水生动物、植物的引种水生生态法主要依赖于湖泊生态系内能量流动和物质转移的动态变化，运用水生生物的食物（营养）关系，根据住宅小区水域地理位置、气象气候、水体大小、水位变化、湖底底质、湖泊形态、湖水运动特点、水质特征等实际情况，科学合理设计水生动物的放养模式（包括种类、数量、个体大小、食性、种间关系、生活习性等），可以直接吸收溶解的营养物质及有机碎屑，又可吃掉一些藻类，使各种群生物量和生物密度达到营养平衡水平，同时可以考虑种植一些观赏水生植物，不仅可以吸收水体中部分营养盐和有毒物质，降低湖泊中氮、
