A2O在中小型人工湖水体污染治理中的应用研究

曾永刚， 王仲贵， 黄　进， 黄正文

(成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都　610106)

A2O在中小型人工湖水体污染治理中的应用研究

曾永刚， 王仲贵， 黄进， 黄正文

(成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都610106)

摘要：在分析中小型人工湖特点、污染现状及原因的基础上，以成都大学柳莺湖和嘤鸣湖为例，依据景观生态学原理，提出将传统的A2O污水处理工艺原理与中小型人工湖生态景观工程相结合，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现A2O过程，兼顾景观效果及环保效益，旨在开发出一种适合于中小型人工湖水体污染综合治理的生态工艺化处理技术和方法.

关键词：A2O；中小型人工湖；水体污染；立体供氧系统；生态工艺化

文章编号：1004-5422(2015)02-0184-04

中图分类号：X524

文献标志码：标志码：A

收稿日期：2015-03-25.

基金项目：四川省科技厅科技计划(2015GZ0245)、 成都大学校科技发展基金(2013XJZ10)资助项目.

作者简介：曾永刚(1980 — )， 男， 硕士， 讲师， 从事水污染控制技术研究.

Abstract:Based on analyzing the characteristics of medium or small sized artificial lakes,pollution status and reasons,conventional processing methods and the differences from other water treatment technologies,taking Liuying lake and Yingming lake of Chengdu university as examples,we put forward the idea of combining the process principle of traditional A2O sewage treatment technology with the ecological landscape engineering of medium or small sized artificial lakes by the landscape ecology principle.Through designing the stereoscopic oxygen supply system,the A2O process is realized from full horizontal and vertical orientations.The landscape effects and the environmental benefits are guaranteed.This paper,therefore,aims to develop an ecological process technology and method which can be universally suitable for comprehensive treatment of water pollution in the medium or small sized artificial lakes.

0引言

随着人们生活水平的提高和对环境质量要求的不断提升，在住宅区、学校或大型公共绿地等区域修建中小型人工湖，以满足人们对景观效果的要求已十分普遍[1].由于人工湖独有的特点：受周边环境污染物影响较大，其生态自净能力较弱，其水质污染日益明显，严重影响其环境和景观效益，采用传统的物理、化学方法治理人工湖，只能暂时缓解水体的恶化程度，而利用排水换水的方式来改善人工湖的水质状况，在水资源短缺的今天既不经济又不利于可持续发展[2-3].本研究以成都大学柳莺湖和嘤鸣湖为对象，依据景观生态学原理，提出将传统A2O的污水处理工艺原理与中小型人工湖生态景观工程相结合，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现A2O过程，兼顾景观效果及环保效益，旨在开发出一种适合于中小型人工湖水体污染综合治理的生态工艺化处理技术和方法.

1中小型人工湖特点与污染成因

1.1中小型人工湖特点

中小型人工湖大都是由人工挖掘，有较强的景观性并具有一定调节小气候的作用，可供人们娱乐和休闲的水域，其主要特点为：用水泥作为底质，并用水泥驳岸，不设置底栖动物和水生植物，其景观效果差，水体自净功能弱，水质易受外界污染物干扰；仿造天然湖泊，以泥为底，在水体中种植一些观赏性植被，投放鱼类等，使水质得到一定的改善，但由于雨水、污水等外界污染物、植被腐烂和饵料造成的污染远超出水体自净能力，使得湖水水质恶化，出现水体富营养化，严重影响周边环境和美观.

1.2中小型人工湖污染现状及原因分析

由于中小型人工湖地理位置和功能的特殊性，其污染原因呈现出复杂多样性.

1)进水复杂，水质不稳定.一般人工湖水源来自附近河流，然而大多数河流的水质已经被污染，例如：工厂废水、居民生活污水及农业面源污染的汇入；周边地表径流雨水及雨水管网中的雨水等的排入；外界污染源的多样性和不稳定性，致使淤泥大量沉积、枯枝落叶的腐烂、有机物超负荷进入，加之鱼饵饲料等其他污染物极易造成水体富营养化等.

2)生态结构简单，水体自净能力弱.由于中小型人工湖需要考虑景观效果、运行成本与维护管理等因素，通常生态结构较为单一，生物多样性发展受限，湖中的物质和能量交换较弱，水体自净能力弱.多数中小型湖体呈不规则形态，边角部分易形成死水区，水流缓滞，甚至处于静态，水力交换极为缓慢，从而使得污染物难以稀释和扩散，污染物浓度在空间分布上差异较大，无法依靠自身设计对水体进行自净处理，局部水域易受到污染而产生水质恶化，并影响到整个湖水水质.

3)管理不规范，加剧了水质恶化.人工饵料投放，生活污水非规范化排入，雨水冲击的泥沙和其他悬浮物，生活垃圾随意丢弃等人为污染欠缺规范化的管理，加剧了湖水水质的恶化.

2A2O在人工湖水体治理中应用

2.1A2O工艺原理及特点

A2O生物脱氮除磷工艺[4]是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺与生物除磷工艺的综合.

A2O工艺流程为：原水与从沉淀池回流的污泥首先进入厌氧池，在此污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷，然后与好氧末端回流的混合液一起进入缺氧池，在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有机物和回流的硝酸盐进行反硝化作用脱氮.脱氮反应完成后，进入好氧池，在此污泥中的硝化菌进行硝化作用，将废水中的氨氮转化为硝酸盐同时聚磷菌进行好氧吸磷，剩余的有机物也在此被好氧细菌氧化，最后经沉淀池进行泥水分离，出水排放，沉淀的污泥部分返回厌氧池，部分以富磷剩余污泥排出.

A2O工艺在系统上可称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺.在厌氧、缺氧、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100 mL/g；运行中勿需投药，两个A段只需轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低；厌氧、缺氧、好氧3种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能[5].

2.2柳莺湖及嘤鸣湖水质现状

位于成都大学校园内的柳莺湖及嘤鸣湖，位于成都市龙泉驿区十陵镇清水河流域内，属于典型的中小型人工湖，通过对两湖中的COD、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP等主要指标进行连续监测及分析，并参照表1的水质分级标准[6]，对两湖2014年水质进行综合污染指数评价分析，其结果如表2所示.

表1　地表水水质分类标准

表2　两湖综合污染指数及评价结果

由于两湖水质污染源复杂且多变，使其水质情况在不同的时间呈现出一定的不稳定性，但总体属于Ⅲ、Ⅳ类，属于轻度或中度污染.

2.3工艺设计

根据成都大学柳莺湖和嘤鸣湖特殊的地理位置和周边环境，依据景观生态学原理，将传统的A2O污水处理工艺原理与两湖生态景观工程相结合，利用两湖现有高程差，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现A2O的污水处理过程，将景观效果与环保效益有机融合为一体，实现中小型人工湖水体污染综合治理的生态工艺化处理，其工艺设计流程如图1所示.

图1两湖工艺设计流程图

2.4A2O污水处理过程的实现途径

2.4.1纵向和横向全方位打造立体供氧系统.

1)纵向.根据人工湖实际情况设计池深和底泥深度，湖中种植净水景观植被，湖面通过喷泉控制溶解氧，沿湖深垂直方向依次形成好氧、缺氧、厌氧系统，纵向形成A2O污水处理过程的垂直兼性氧化系统.

2)横向.在柳莺湖死角处设置人工喷泉，控制溶解氧.同时，经过一级净化的柳莺湖水通过沟渠汇入嘤鸣湖，在连接两湖的沟渠中设置景观雕塑曝气装置，实现第二次曝气充氧；嘤鸣湖则沿水流方向设计横向梯度曝气系统，在湖的一侧设置景观喷泉，而另一侧不设置，在南北方向横向形成好氧、兼性和厌氧环境，横向形成A2O污水处理过程的水平兼性氧化系统.

2.4.2利用植被实现A2O污水处理过程.

1)配置不同季节植被，实现湖面四季绿意盎然，最大限度的发挥其净水功能.葛滢等[7]对轻度富营养化水体开展了生态工程方面的研究，结果表明水生植物净化效果明显.此外，植物在雨水径流污染控制中具有重要作用，Culler等[8]研究发现植物系统能够直接吸收营养物，诱捕沉淀物，支撑附生植物的生长.因此，在冬季可种植耐寒型的沉水植物与夏季净化能力较强的喜温植物组成常绿型水生植被，实现美化和净化功能的季节性交替互补.

2)挺水、浮水与水下植被打造立体供氧系统.在湖岸浅水区域种植挺水植物香蒲、芦苇、风车草等，形成环湖的天然过滤带，对从地表流入湖中的水起过滤作用，吸收转化、积累输入的部分有机质及营养盐，防止水体富营养化.在湖底种植苦草等沉水植物和莲花等浮叶植物，通过释放化感物质抑制藻类生长，从而保持水体的清水稳态，防止底泥再悬浮而降低透明度.同时，这些水生植物通过光合作用释放氧，起到增氧作用，有利防止湖水黑臭，延长湖中食物链，增强水体自净能力，打造立体供氧系统.

2.5处理效果

由于十陵镇清水河上游100 m的水质情况为Ⅳ类[9]，加之成都大学校园内两湖水源复杂多变，致使其水质极不稳定.将传统的A2O污水处理工艺原理与中小型人工湖生态景观工程相结合后，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现A2O过程，使出水水质能够达到Ⅱ～Ⅲ类水质，满足景观用水要求，此污水处理方法适用于一般中小型人工湖水体污染综合处理.

3结论

本研究以成都大学柳莺湖和嘤鸣湖为例，依据景观生态学原理，提出将传统的A2O污水处理工艺原理与中小型人工湖生态景观工程相结合，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现A2O污水处理过程，将水质净化和景观工程有机结合，具有无二次污染，生态环保，简单易操作等特点，为开发出一种适合于中小型人工湖水体污染综合治理的生态工艺化处理技术和方法拓展了新思路.

由于中小型人工湖既不具备大型湖泊或江河的较强水体自净能力，又更注重景观效果，因而无法将传统的十分成熟的污水处理工艺和技术直接应用.因此，如何将传统成熟污水处理工艺原理与生态景观工程有机结合，兼顾景观效果及环保效益，是未来治理中小型人工湖水质污染值得思考的重要课题，同时，若能在中小型人工湖设计和建设初期就将此理念融入其中，势必会事半功倍.

参考文献：

[1]邵林广,邹丹.景观水体污染防治技术现状与发展[J].武汉科技大学,2008,26(6):6-15.

[2]郭迎庆.城市景观水体的污染控制和修复技术[J].环境科学与技术,2005,28(6):148-150.

[3]邹平,江霜英.城市景观水的处理方法[J].中国给排水,2003,19(2):24-25.

[4]P Yi,P Yongzhen,W Changyong.DenitrifyingphosphorusremovalinA2/O process[J].Chin J Env Eng,2008,2(6):752-756.

[5]Kuba T,Murnleitner E,Van L M C M,et al.Ametabolicmodelforbiologicalphosphorusremovalbydenitrifyingorganisms[J].Biotechnol Bioeng,1996,52(6):685-695.

[6]徐祖信.水污染综合指数评价方法与应用分析[J]．同济大学学报(自然科学版),2005,33(3):321-325.

[7]葛滢,王晓月,常杰.不同程度富营养化水中植物净化能力比较研究[J].环境科学学报,1999,19(6):690-692.

[8]Culler L E,Lamp W O.Beetleassemblagesinnaturalandconstructedwetlandsontheeasternshoreofmary-land[M].San Diego,California:Entomological Society of America Annual Meeting,2007.

[9]潘声旺,何茂萍,李玲,等.清水河流域的污染状况及成因分析[J].成都大学学报(自然科学版),2012,31(1):80-84.

Application Research of A2O in Water Pollution Control

of Medium or Small Sized Artificial Lake

ZENGYonggang,WANGZhonggui,HUANGJin,HUANGZhengwen

(School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

Key words:anaerobic-anoxic-oxic;medium or small sized artificial lake;water pollution;stereoscopic oxygen supply system;ecological process