生态集成技术在退化的公园景观水体修复中的应用

洪 佶，陈靳曦，马建青，潘培丰

（1.宁波市天一阁博物院，浙江 宁波 315000；2.浙大宁波理工学院，浙江 宁波 315100；3.宁波市生态环境科学研究院，浙江 宁波 315000）

0 引言

公园景观水体大多生态环境优越，但由于多数具有面积和深度较小、与人接触紧密、自净能力偏低等特点，尤其是氮、磷等营养物质不断积累，容易造成水体富营养化，最终导致水体景观功能退化和水质恶化，要重建一个退化的景观水体的生态系统并实现水质长效维持，是目前国内外水体环境修复研究的热点和难点。针对退化的景观水体研究开发低建设成本、低运行成本、去除效率高、占地面积少的处理技术，具有十分必要性和现实意义[1]。

1 南园景观水体的特点

天一阁位于宁波市海曙区中心地段，与月湖景区比邻，历史资源丰富，文化底蕴深厚。南园位于天一阁藏书楼之南，以水池为主，池岸迭石玲珑，池南面建有“抱经厅”，池西为临水的主体建筑水北阁。南园水池为长26m、宽17m 的接近长方形的水池，平均有效水深1.30m，水体总容积507m3。2020 年2 月以来，南园水池水体浑浊和富营养化问题交替出现，不断加剧，加上各种娱乐性投喂对水体水质造成较大的影响，尤其到夏季高温季节，水体透明度下降，水质恶化，藻类滋生频繁，水质远劣于景区规划要求。南园水池本与东园明池水系连通，为防止其持续影响东园明池水质，公园管理人员已用沙袋将两个水系彻底隔断。

2020 年5 月对南园水池的水质检测结果显示，水体中的悬浮物高达125mg/L；氨氮平均值0.92mg/L、总磷平均值0.33mg/L，水体主要污染因子为氨氮、总磷和悬浮物。水体的灰黑浑浊现象主要是由于池体底部污染物造成内源胶体型污染，粒径分析显示水体悬浮物主要由0.5～1μm 粒径的颗粒物组成，水体均偏碱性，治理难度较大。

2 景观水体生态修复示范项目研究

结合天一阁水体水质现状和周围施工条件及排水条件，从水环境生态平衡原理出发，因地制宜地选择以“水下生态砾石床与多级生物构建”有机结合，以“泵管循环推流”为辅的生态修复集成技术，建立低成本且无二次污染的生态修复系统。示范项目于2020 年6 月开始实施。首先对南园水池先后实施了底泥消毒、粘土和碎石等复合垫层覆底，如图1 所示，然后逐步构建水下生态砾石床系统（图2）、多级生物系统和泵管循环推流系统（图3）。

图1 复合垫层处理

图2 水下生态砾石床构建

图3 多级生物与泵管循环系统构建

2.1 水下生态砾石床构建

生态砾石床构建是基于生物接触氧化净化机理，通过砾石吸附和形成的生物膜净化水体。生态砾石床净化系统长9m、宽5m、高0.6m，在砾石床一侧构建1 号泵管循环推流系统，1 号循环泵吸水口敷设在砾石床东侧进水，经穿孔管均布进入砾石床，并从西侧流出。水下砾石床在不曝气的条件下，形成的生物膜上具有一定的溶解氧浓度度梯度，微生物在厌氧、缺氧和好氧的不同含氧量状态，同时发挥反硝化和硝化作用，并有一定的除磷效果。在水动力改善和多级生物构建条件下，大颗粒砾石生物膜表面附着的微生物相对处于好氧生境，有利于有机物和氨氮的氧化去除，中小颗粒砾石层内部的厌氧、兼性厌氧环境，为提供总氮去除率提供了良好环境。

2.2 基于沉水植物的多级生物构建

多级生物构建技术是以沉水植物为主，以微生物、水生动物和底栖动物等为辅，在多级生物共同作用下实现污染物的净化和水体生态修复，在有限的空间内富集较大的生物量，以达到快速、高效的处理效果。在池体底床四周首先配植沉水植物约300m2。主要选择矮生苦草、马来眼子菜、篦赤眼子菜、金鱼藻4种植物，并以9:3:3:1 的配置比例进行种植。沉水植物主要通过吸收氮磷、生物降解、吸附过滤等作用净化水质，最终通过植物收割，将被吸收的各类营养物质从水体中彻底移除。沉水植物种植成活后，筛选景观鱼类和小型水生动物，投放量为50～60kg，通过生物调控，逐步使水池保持清水状态，随着多级生物的引入，南园的水质可以净化到优良，且水体清澈见底。

2.3 泵管推流水循环系统构建

南园水体流动能力极差，常年呈静止状态。合理的水力调度可以改善水质，增加水环境容量，显著减轻水质污染。在上述砾石床周围敷设1 号循环系统实现砾石床高效净化，1 号循环泵选用潜污泵，流量5t/h，扬程4m，总体装机容量1.0kW，每日运行不低于12h，经穿孔管均布进入砾石床，实现水体在砾石床周围的循环净化，每日循环净化量不低于60t。在南园水池和东园明池之间构建2 号泵管循环系统，南园水体修复初见成效后，启动2号循环系统，与同期治理的东园明池形成定期循环，构成了两个水体之间的良性生态循环。2 号循环系统选用潜污泵，流量15t/h，扬程7m，总体装机容量1.5kW，每日平均运行16h，日循环流量达到240t，大约5d 可将两个水体循环1 遍。

3 水体生态修复效果

经过工程实施和生态重建，南园水体逐步实现了自净功能，图4 和图5 分别为水中氮磷污染物和悬浮颗粒物的净化工程。污染物通过物理吸附和沉淀作用、生物吸收和转化作用实现快速削减。

图4 氮磷污染物净化过程

图5 悬浮颗粒物净化过程

示范工程竣工并运行2 个月以后，南园景观水体各项水质指标明显改善。经过3 个月的工程化治理和水质持续养护，水质符合《景观环境用水水质》（GB/T 18921—2002）的景观环境用水规定，主要指标总磷、氨氮及悬浮物指标达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅰ类水质要求。项目实施7 个月后，实现了池水清澈见底，水体透明度常年维持在130cm，水质指标改善明显。

如图6 至图11 所示，经过7 个月的运行，南园景观水体上浮水体各项水质指标明显改善，高锰酸盐指数、氨氮、总磷等指标明显持续降低。氨氮从0.92mg/L 降低到0.09mg/L；总磷从0.33mg/L 降低到0.03mg/L；悬浮物从125mg/m3降低到2mg/m3，污染物脱除率均在95%以上，水体污染物降低趋势明显。

图6 水体高锰酸盐变化趋势

图7 水体氨氮变化趋势

图8 水体总磷变化趋势

图9 水体叶绿素变化趋势

图10 水体悬浮物（SS）变化趋势

图11 水体氧化还原电位（ORP）变化趋势

另外，透明度和氧化还原电位改善效果明显，透明度则从25cm 提高到1.30cm，氧化还原电位从75mv 提高到175mv。南园水池治理前后效果对比如图12 和图13 所示。

图12 南园景观水池治理前

图13 南园景观水池治理后

4 结语

（1）由于在池心构建水下生态砾石床工艺，设置泵管推流形成混合流流经生态砾石床，水流通过时在砾石表面形成一种特殊的生物膜，发挥生物接触氧化作用，有利于加强对有机污染形成降解。

（2）采用水动力学原理对景观水体进行水力学改善，对提高处于缓流状态水体的生态净化能力有重要意义。泵管推流循环技术是在不需要外来水源的条件下，促进水体流动，适用于无有效补水水源情况下的滞流、缓流水体的水动力改善，并利于水质保持和生态修复。

（3）通过人工干预景观水体，逐步构建水体多级生态系统，最终使得水体依靠自然的修复能力维持水体良性循环。除采取工程措施外，还必须有目的地放养水生动物、扩增土著微生物，最终实现重建生物生态链的目的。

（4）景观水体生态修复是一项复杂的系统工程，以适当的工程措施加速退化的生态系统的功能恢复是可以实现的[2]。生态集成技术应用在退化的公园景观水体修复中，水体污染指标在7 个月后能根本改善并恢复水体景观功能，可见生态集成技术对公园景观水体生态修复有实际意义。