CN102745813A - 以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法 - Google Patents

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王金丽
宁冰
张维
张向阳
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Abstract

一种以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,首先构建由生态护岸和复合型生态浮岛两个部分组成的复合型植物生态系统,然后通过人工调控系统对景观水体进行调控;生态护岸包括植被土坡型护岸、植被花砖型护岸和湿地型生态护岸;在景观水体两侧护岸设置多组复合型生态浮岛,每组复合型生态浮岛是由多个浮岛单体连接而成,每组复合型生态浮岛下部悬挂生态草;人工调控系统包括补水调控、水体扰动/增氧调控和水生动物调控三个部分。该方法适用于采用满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》要求的再生水作为补给水源的景观水体,将自然生态系统的构建和人工调控结合起来,可有效提升水体的自净能力,保持水体景观功能。

Description

以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法
技术领域:
[0001] 本发明属于环境工程技术领域,特别涉及以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法。
背景技术:
[0002] 由于自然环境变化、人口不断增长、经济高速发展以及人为造成污染等原因,我国越来越多的城市和地区面临水资源短缺的状况。曾经的景观河道变成了枯水河,景观功能 几近丧失。再生水回用于城市景观水体是开发利用非常规水源、改善城市水环境的有效途径之一。北京、山东、河北、西安、安徽等地已开展了工程实践。与再生水利用相关的政策、标准也相继出台或修订完善。《城市污水再生利用技术政策》于2006年颁布实施,从国家和行业层面鼓励再生水的利用,明确提出“城市污水再生利用应与水源保护、水环境治理、生态环境恢复目标相结合”、“城市景观环境用水要优先利用再生水”等要求;《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB/T1891-2002的颁布为再生水的景观环境利用提供了具体的实施依据。此外,《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)依据地表水水域环境功能和保护目标,按功能高低依次划分为五类,其中V类主要适用于农业用水及一般景观要求水域。
[0003] 景观水体是指有景观功能需求的水生态系统,对城市生态建设有重要意义。因此,对于景观水体的构建还应包括生态修复的内涵。水体生态修复技术主要包括生物膜法处理技术、生态床技术、人工湿地处理技术、水生动植物修复技术、曝气增氧技术、加药投菌技术等。现有技术一般是针对天然水体的富营养化防治或受污染水体的治理,没有考虑补给水源的因素,如再生水水质与景观水体水质目标之间存在的差异——主要是氨氮和总磷指标,以及景观水体的特定功能定位等因素。
[0004] 针对再生水回用于景观水体易产生的富营养化问题,现有技术是提高再生水水质指标,特别是降低氨氮、TP含量,甚至达到《地表水环境质量标准》中IV类水体标准,而对于大部分污水处理厂而言,其目标只是生产满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》要求的再生水,如果要进一步提高标准,投入费用将大大增加,再生水水价也将大幅提升,同时,如果再生水的利用为非连续的方式,还将增加再生水设施运行的难度。富营养化来源于湖泊演化的概念。国际上通常认为,TP浓度0. 02mg/L, TN浓度0. 2mg/L为湖泊富营养化发生的临界浓度。事实上,即便是II类水体,也可能会发生富营养化。对于定位为景观功能、有再生水固定补给的河道或水体,更值得关注的是将藻类的生长繁殖控制在一定程度,避免对水体造成感官和观赏性方面的负面影响。
发明内容:
[0005] 本发明的目的是针对上述问题以及现有技术的不足,提供一种以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,该方法适用于采用满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》要求的再生水作为补给水源的景观水体,将自然生态系统的构建和人工调控结合起来,可有效提升水体的自净能力,保持水体景观功能。
[0006] 如上构思,本发明的技术方案是:一种以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:首先构建由生态护岸和复合型生态浮岛两个部分组成的复合型植物生态系统,然后通过人工调控系统对景观水体进行调控;生态护岸包括植被土坡型护岸、植被花砖型护岸和湿地型生态护岸;植被土坡型护岸、植被花砖型护岸设置在景观水体护岸的两侧,湿地型生态护岸设置在再生水出水口,即水体补水口,再生水先通过湿地型生态护岸净化处理后再流入景观水体;在景观水体两侧护岸设置多组复合型生态浮岛,每组复合型生态浮岛是由多个浮岛单体连接而成,每组复合型生态浮岛下部悬挂生态草;浮岛单体由框架、浮球和种植篮组成,种植篮设置于框架中央,周围有浮球固定于框架内;人工调控系统包括补水调控、水体扰动/增氧调控和水生动物调控三个部分。
[0007] 上述湿地型生态护岸长、宽比应大于10 : I,可分段设置,每段湿地长彡500m,湿地型生态护岸水深10-40cm,跌水形式出水,出水口较常水位高0. 2-1. 0m。 [0008] 上述湿地型生态护岸的最末段湿地型生态护岸的出水口应位于上游河道总长的10%长度范围内。
[0009] 上述框架整体为镂空的扁圆柱体。
[0010] 上述生态草的悬挂密度为每10平米浮岛悬挂7〜8根,每根生态草长65cm,宽40cm,比表面积为1000m2/g。
[0011] 上述补水调控采取不同季节不同换水周期的间歇性补水方式。
[0012] 上述水体扰动/增氧调控是在水体水面的节点处固装曝气机。
[0013] 上述水生动物调控是在水体中放入以浮游植物为食的滤食性鱼类,以减少藻类生物量的产生。
[0014] 本发明具有如下的优点和积极效果:
[0015] I.针对回用于水体的再生水水质以及水体景观功能与水质要求,将水体的生态修复与水质保持以及水景观的建设有机结合,通过构建生态护岸-复合型生态浮岛-补水调控-水体扰动/增氧-水生动物调控协同作用的水体生态修复和水质改善系统,有效提升水体的自净能力,防止藻类过度繁殖,保持水体景观功能;
[0016] 2.将植物的水质净化作用与护岸工程相结合,在不同区域设置湿地型生态护岸、植被土坡型生态护岸和植被花砖型生态护岸,不增加额外占地,在修复水体植物生态的同时达到净化水质的作用。湿地型护岸设置在再生水出水端,再生水进入水体前先流经湿地型护岸,湿地的水质净化作用可为再生水补给水体提供水质保证第一道屏障,氮磷营养物的减少将抑制或减缓水体中藻类的生长繁殖;
[0017] 3.提出复合型生态浮岛的构建方法。针对水质特征优选不同种类的植物进行优化配置,使浮岛兼具氮、磷的去除和景观功能等综合效果。同时,以浮岛为固定载体,优化植入高比表面积的碳素纤维生态草,方法简单、有效。该生态草有较强的附着能力和生物亲和性,除可通过其上形成的生物膜分解水体中的污染物外,更是水生生物产卵和栖息的场所,宜于浮游动物和鱼类的生长繁殖,促进水体生物多样性和生态平衡的形成,抑制藻类过度生长;
[0018] 4.采取不同季节不同换水周期的间歇性补水方式,结合水体扰动/增氧调控和水生动物调控,既通过藻类对营养物的摄取和微生物对有机物的分解以及氮类物质的转化改善水质,又将藻类的生长控制在一定程度,避免藻类暴发影响景观效果。
附图说明:
[0019] 图I是本湿地型生态护岸的断面示意图;
[0020] 图2是复合型植物生态系统的平面示意图;
[0021] 图3是复合型生态浮岛平面布置示意图;
[0022] 图4是复合型生态浮岛结构示意图。
具体实施方式:
[0023] 一种以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:由生态护岸和复合型生态浮岛两个部分构建组成的复合型植物生态系统和人工调控系统组成。
[0024] I.生态护岸由植被土坡型护岸、植被花砖型护岸和湿地型生态护岸组成。
[0025] 在再生水出水口 I (水体补水口)设湿地型生态护岸,再生水2先通过湿地型生态护岸3净化处理后再流入水体。湿地型生态护岸构造设计如附图I所示。采用自由水面人工湿地型,其水流流向与水体的流向相反,可使出水流入水体上游,增加水体的交换能力和流动性。湿地型生态护岸长宽比应大于10 : 1,可分段设置,每段湿地长不宜超过500m,若水体为河流型,则最末段湿地的出水口应位于上游河道总长的10%长度范围内。湿地型生态护岸水深10-40cm,跌水形式出水,出水口较常水位4高0. 2-1. 0m。北方地区植物优选芦苇、鸢尾、千屈菜、香蒲、水葱等耐寒植物。
[0026] 植被土坡型和植被花砖型设置在景观水体护岸两侧。每500m长的护岸至少设置IOOm的生态护岸。护岸种植植物优选芦苇、香蒲、水葱等挺水植物。
[0027] 2.复合型生态浮岛
[0028] 复合型生态浮岛5由浮岛本体、植物和生态草组成,其核心是植物的优选与配置以及生态草的优化植入。构造示意如附图2。通过植物生长对氮、磷营养物的吸收可降低水体中氮磷含量;生态草除通过其上形成的生物膜分解污染物外,更重要的是作为水体中水生生物产卵和栖息的场所,在构建水体生态链中发挥重要作用,是修复景观水体生物多样性必不可少的一环;由于浮岛及其上植物对光线的遮挡作用,可降低水中的光照强度,从而抑制浮游植物的生长繁殖。
[0029] 采用浮球体圆形浮岛,每个浮岛单体由框架6、浮球7、种植篮8组成,框架整体为镂空的扁圆柱体,种植篮设置于框架中央,周围有浮球固定于框架内。每个浮岛单体间可通过连接扣自由拼接成不同形状,成为一组浮岛,一般为矩形或平行四边形。
[0030] 浮岛的固定可以采取两种方式:一是先在护岸预埋固定件或打孔嵌入锚钉,再用绳子将浮岛与固定件相连,每组浮岛有两个端点分别固定于岸边(硬质护岸区域),长边与河道岸线平行,并可适应水位的涨落。这种方式主要用于在汛期需担当泄洪功能的河道型景观水体,浮岛固定于岸边可防止水流的强烈冲击。二采用预制板等重物,同样先在上面预埋固定件或打孔嵌入锚钉,再用绳子将浮岛与固定件相连,固定于水体中任意设定位置,每组浮岛由两块重物固定。这种方式主要用于不受较大水流冲击的景观水体,类似于湖泊型水体。[0031] 碳素纤维生态草9通过悬挂绳10悬挂于每组浮岛下,悬挂密度为每10平米浮岛悬挂7〜8根,每根生态草长65cm,宽40cm,比表面积为1000m2/g,悬挂绳底部装有垂吊重物11。生态草的作用:作为载体可附着形成生物膜,通过微生物分解水体中的污染物;作为水体中水生生物产卵和栖息的场所,促进浮游动物和鱼类的生长繁殖,抑制藻类的过度生长。对比实验证明了上述结果。
[0032] 通过试验研究与观测筛选出适合的浮岛植物,同时通过生产性试验研究获得浮岛植物的优化配置与栽种方式。
[0033] 北方地区选择水质净化效果好且能越冬的水生植物,兼顾植株在浮岛上的景观效果,优选鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱、千屈菜。南方地区除选择以上水生植物外,可增加美人蕉。每组浮岛植物均纯种配置,即一组浮岛上只种植一种植物,既美观又使浮岛受力均匀。可根据需要设置多种不同植物浮岛,发挥不同植物对氮、磷污染物的净化作用。实验结果显示,除氮效果较好的有鸢尾、美人蕉,除磷效果较好的有千屈菜、旱伞草,但千屈菜、旱伞草会较明显地增加水体的色度,不宜种植过多。植株均可选自土培苗,移栽,株高在20〜40cm之间。栽种时将植物根部泥土抖掉,包上海绵条(介质),放入浮岛种植篮中即可。植物的移种应在春季(4-5月份)进行。冬季植物枯萎后进行收割,将枯叶除去,茎留存20-40cm高。
[0034] 生态浮岛的覆盖率以占水面面积10%〜20%为宜。浮岛植物初始种植或补种时每个植物蓝放置I〜3株,个体较大及分蘖能力强的水生植物如美人蕉、千屈菜可放置I株,鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱可放置I〜2株,个体较小且直立茎较长的水生植物如旱伞草可放置2〜3株。
[0035] 3、人工调控系统包括补水调控、水体扰动/增氧调控和水生动物调控三个部分。
[0036] ①补水调控采取不同季节不同换水周期的间歇性补水方式。
[0037] 春季(南方地区3-5月份,北方地区从水体开始解冻至5月份),将景观水体水位降低至底限(宜不小于50cm)进行首次补水,换水周期5-7天,气温越高换水周期越短,连 续性补水;
[0038] 夏季¢-8月份),换水周期3-5天,气温越高换水周期越短,连续性补水;
[0039] 秋季(南方地区9-11月份,北方地区9-10月份),换水周期10-15天,可间歇性补水,如停止补水7-10天后连续补水3-5天;
[0040] 冬季(南方地区12-2月份,北方地区11月份至水体冰封),换水周期20-30天,可间歇性补水,如停止补水15-25天后连续补水3-5天。北方冰冻地区,在水体冰封前,需将水位控制在可保持冰冻层下水深在50cm以上。
[0041] ②水体扰动/增氧调控是在水面主要节点如观景区、滞流区或死水区分散设置喷泉式提水曝气机,兼具美化景观、改善水流态、提高水体中溶解氧的作用,可增强水体中有机物和氨氮分解转化,同时通过加强上下层水体的交换和对水体的扰动,抑制藻类的聚集生长。
[0042] 在曝气机配电箱内安装时间继电器,通过时间继电器控制曝气机的开启/停止以及运行时间间隔。应采取间歇曝气的方式,每天总计曝气时间春、夏季为8〜12小时,秋季为6〜8小时,秋,冬季为2〜4小时。
[0043] 提水式曝气机的安装固定方式同生态浮岛。
[0044] ③水生动物调控[0045] 鲢鱼是主要以浮游植物为食的滤食性鱼类。在以再生水为补给水源的景观水体中,浮游植物和浮游动物都可自然生长繁殖,鱼类则需人工放养。在5-6月份放养适量的鲢鱼,可以通过鲢鱼的直接牧食减少藻类生物量,达到控制藻类过量繁殖的目的,从而控制藻华暴发。初始投放量可为200〜300条/万m3,规格为8-lOcm/条。每年冬季水温接近10°C时需要将鱼全部捕捞出水体。
[0046] 本发明采取不同季节不同补水周期以及间歇性的补水方式,补水量少,费用节省; 水体水质优于补水水质,部分时段可达地表水V类水质标准,水体景观功能获得保持;无需额外建设异位处理设施,工程简单、易实施,建设与运行费用低;将水体的生态修复与水质的保持以及水景观的建设有机结合,还原水体的自然生态景象,实现人与自然的和谐共处。

Claims (8)

1. 一种以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:首先构建由生态护岸和复合型生态浮岛两个部分组成的复合型植物生态系统,然后通过人工调控系统对景观水体进行调控;生态护岸包括植被土坡型护岸、植被花砖型护岸和湿地型生态护岸;植被土坡型护岸、植被花砖型护岸设置在景观水体护岸的两侧,湿地型生态护岸设置在再生水出水口,即水体补水口,再生水先通过湿地型生态护岸净化处理后再流入景观水体;在景观水体两侧护岸设置多组复合型生态浮岛,每组复合型生态浮岛是由多个浮岛单体连接而成,每组复合型生态浮岛下部悬挂生态草;浮岛单体由框架、浮球和种植篮组成,种植篮设置于框架中央,周围有浮球固定于框架内;人工调控系统包括补水调控、水体扰动/增氧调控和水生动物调控三个部分。
2.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:上述湿地型生态护岸长、宽比应大于10 : 1,可分段设置,每段湿地长(500m,湿地型生态护岸水深10-40cm,跌水形式出水,出水口较常水位高0. 2-1. 0m。
3.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的 方法,其特征在于:上述湿地型生态护岸的最末段湿地型生态护岸的出水口应位于上游河道总长的10%长度范围内。
4.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:上述框架整体为镂空的扁圆柱体。
5.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:上述生态草的悬挂密度为每10平米浮岛悬挂7〜8根,每根生态草长65cm,宽 40cm,比表面积为 1000m2/g。
6.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:上述补水调控采取不同季节不同换水周期的间歇性补水方式。
7.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:上述水体扰动/增氧调控是在水体水面的节点处固装曝气机。
8.根据权利要求I所述的以再生水为补给的城市景观水体的生态修复和水质保持的方法,其特征在于:上述水生动物调控是在水体中放入以浮游植物为食的滤食性鱼类,以减少藻类生物量的产生。
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