CN103103960A - 一种用于湖泊水环境治理的一体化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，包括步骤：对湖泊水环境一体化治理前进行前期准备工作；对地形地貌进行分析且对边坡的类型进行设计，确定出湖泊的自净容量，对湖泊周围的污染源进行控制，对水体的淤泥进行清淤处理；对边坡进行治理；对湖泊进行生态修复；对湖泊进行监测和应急处理；本发明的目的在于提供一种使湖泊水环境生物链有效的修复和巩固、河湖边坡稳固的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法。

Description

一种用于湖泊水环境治理的一体化方法

技术领域

本发明涉及湖泊环境治理领域，具体是一种对湖泊的边坡治理、景观绿化、生态修复、水体自净进行一体化治理，以边坡治理为基础，以景观绿化为辅助，以生态修复为依托，以水体自净为终极目标的水环境一体化综合治理的方法。

背景技术

当下中国的水域，普遍存在污染严重，生态失衡的情况。滇池，曾经是春城昆明的一张美丽名片，由于污染和治理方式不当造成蓝藻频繁爆发。七五至今，治理投入超千亿，水质依然为劣五类。

巢湖流域的新安江，由于污染严重，皖浙两省启动了生态补偿机制。如果水质变好，浙江奖励安徽1亿元，如果水质变差，安徽赔偿浙江1亿元。

党的十八大提出“生态文明·美丽中国”的绿色愿景。对水质的关注和治理，已经到了前所未有的高度。

针对湖泊的治理，目前涌现了许多新技术。如对重染污的治理，有稳定塘技术、前置塘技术、人工湿地技术等；如对污染的治理，有微生物净化技术、活性碳净化技术、基于人工浮床的植物修复技术、基于人工曝气装置的溶氧补充技术、动物修复技术等；如对边坡的治理，有生态袋柔性护坡技术、生态毯柔性护坡技术、石笼网箱护坡技术等。

这些技术对于湖泊治理的某个方面都能起到很好的作用，然而，湖泊的水环境是一个复杂而庞大的系统，它涉及到污染源、入水水质、边坡、植物、动物、微生物、藻类、土壤、地下水、景观等多个方面。目前，在湖泊的水环境治理方面，一般靠某个单一的技术或几个技术的组合来解决庞大的系统工程，显然是不够的。还没有一个非常成熟的案例，从技术的选择及整合，治理的流程和方法，以完整解决湖泊水环境的治理需求，是因为还没有一个全面的、科学的、可行的综合方案。

湖泊水环境的治理，主要包括边坡治理、景观绿化、生态修复、水体自净等。在这几个功能当中，一般将行洪放在第一位，重点解决汛期洪水、泥沙的安全下泄，以及蓄水工程自身的运行安全，而很少考虑景观绿化或将景观绿化割裂开来，对于湖泊的生态体系，包括生物多样性、水体自净等功能需求，却少有触及。传统的治理方式常常使湖泊的生态体系遭到毁灭性破坏，导致水体的自净功能丧失。

湖泊生态链由“人→污染物→植物→微生物→藻类→动物→人”形成一个闭环，也就是说，人产生污染物排入水中，植物可以吸收氮、磷、重金属等污染物，同时为微生物提供生存环境，微生物以污染物为食物，藻类以微生物为食，植物和藻类光合作用产生溶解氧，为动物的生存提供必备条件，水生动物藻类为食，而动物的多少可由人的打捞或放养来进行有效的控制。植物生态链如图1所示。

然而，传统的湖泊治理，一般采用水泥、混凝土等硬处理的方式，使河流被渠化、湖泊被硬化。被渠化和硬化的水利边坡阻断了河水与地下水的交换，坡后土壤由于缺水碱化而坏死，由于地下水位下降使土质酥松，易导致边坡塌陷；同时，被硬化的护岸使植物失去生长环境。

植物的缺失，使微生物失去生存环境；微生物的缺失使得藻类缺乏食物；动物的生存需要大量的溶解氧，而溶解氧的产生需要植物和藻类的光合作用来产生，失去植物和藻类的水体，动物由于缺少溶解氧而无法生存。

在整个湖泊生态链中，植物、微生物、藻类、动物重要的四环均由于护岸被硬化而毁灭，致使湖泊生态链断裂。

而工业污水和生活污水仍在不断排入，由于自净功能丧失，导致水质混浊、恶臭，由于富营养化严重，导致蓝藻爆发。

传统的湖泊治理，护岸被硬化使植物缺失，绿化景观较差。不过目前的水利设计开始重视景观，即在水岸之上采用框格、柔性护坡等处理方式，使得水岸开始有了草坪和灌木。然而，绿色仅限于水岸之上，沉水植物、挺水植物等仍然缺少生存根基，也就是说这样的绿化景观是不够立体的。

生态体系被破坏的湖泊，由于水质混浊、恶臭遭至民众的抵触，于是湖泊的管理者采用了一些补救措施。除了做好污染源的控制之外，一般采用投放水生动物、栽种水生植物等短平快的方式。

投放水生动物时，由于植物和藻类缺失，缺乏溶解氧，所以通常采用人工曝气装置来复氧，然而这种方式只能消化部分浮游物质，在一定程度上提高水的透明度，对于生态体系的恢复无济于事。

栽种水生植物时，由于护岸被硬化，所以通常采用人工浮床的方式，即在水面通过人工浮床种植植物，然而这种方式只能依靠植物的根系消化氮、磷等污染物质，在一定程度上降低水体的染污程度，对于生态体系的恢复同样无济于事。

湖泊的治理不应只是边坡的治理，边坡的治理只是一个开始，它不应与其它功能割裂开来，更不应自身被硬化而导致其它功能无法构建。

所以，湖泊的治理是一个宏观且复杂的工程，它需要一个科学的方法进行科学的、全面的、协调的一体化治理。除了需要满足边坡结构安全、行洪等功能需求外外，还应满足景观绿化、亲水性、文化传承性等功能需求，特别是应该以恢复或建立生态体系为终极目标。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种使河湖环境生物链有效的修复和巩固、河湖边坡稳固的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于包括以下步骤：

1）对湖泊水环境一体化治理前进行前期准备工作；

1.1）对边坡的类型进行确定；

1.2）根据边坡面积、水面面积、水体容积、以及各类植物、藻类的自净能力进行分析并确定湖泊的自净容量；并根据自净容量和治理目标确定入水控制量；

1.3）对湖泊周围的污染源进行控制，入水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》；

1.4）对水体的淤泥进行分析，当水体未受污染，其底泥则不进行清淤；当施工前河水或湖水水质在国家地表水环境标准GB/3838-2002规定的第五类水质及以下时，则对边坡底部的河床或湖床进行清淤处理；

2）对边坡进行治理

2.1）对边坡基础进行施工，当地基承载力＞150kpa时，直接进行边坡施工；

当地基承载力＜150kpa，使用C20混凝土浇灌地基或碎石夯实基础，使基础的夯实度＞90%；

2.2）根据边坡设计的类型，进行边坡施工；

3）对湖泊进行生态修复

3.1）种植沉水植物；

3.2）种植挺水植物；

3.3）种植浮叶植物；

3.4）种植陆地植物，包括草、灌木及乔木；

3.5）当水质低于GB/3838-2002规定的第五类标准时，投放微生物对水质进行改善；

3.6）根据水体的水质情况和植物品种，放养水生动物；

4）对湖泊进行监测和应急处理

4.1）对湖泊进行监测包括水质监测和指标性生物监测；

进一步地，步骤1.1）中对边坡类型进行设计包括

当边坡坡度≤30°时，采用以生态毯为主体的柔性护坡；

当边坡坡度＞30°且＜60°时，采用以生态袋为主体的柔性护坡；

当边坡坡度＞60°且＜75°时，采用刚柔结合的边坡，所述边坡的骨架采用钢筋混凝土框架或混凝土预制件框架，然后在骨架中间填充生态袋；

当边坡坡度＞75°时，采用刚柔结合边坡：

当边坡坡度＞75°且边坡高度＜5m时，采用石笼网箱和生态袋结合的方式；

当边坡坡度＞75°且边坡高度＞5m时，采用砌石或混泥土边坡组成的刚性边坡；

当坡形为上陡下缓时，则边坡的下部采用生态毯、边坡的上部采用生态袋;

当坡形为上缓下陡时，则边坡的下部采用生态袋、边坡的上部采用三维生态毯;

当边坡为不规则的边坡，采用刚柔结合护坡。

更进一步地，步骤1.1）中，当采用石笼网箱和生态袋结合的方式,石笼网箱装填填充物时，在靠近水面的一侧竖放生态袋，然后在剩余空间装填碎石和泥土；装填碎石的同时，装填泥土。

进一步地，步骤1.2）中，根据TP、TN、COD三大指标计算出水体的自净容量；

$\mathrm{Pn}=\frac{\mathrm{Sa}\×\mathrm{Pa}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sb}\×0.1\×\mathrm{Pb}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sc}\×0.3\×\mathrm{Pc}}{m^2}+\frac{V\×0.75\×\mathrm{Pd}}{m^3}$

$\mathrm{Nn}=\frac{\mathrm{Sa}\×\mathrm{Na}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sb}\×0.1\×\mathrm{Nb}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sc}\×0.3\×\mathrm{Nc}}{m^2}+\frac{V\×0.75\×\mathrm{Nd}}{m^3}$

$\mathrm{CODn}=\frac{\mathrm{Sa}\×\mathrm{CODa}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sb}\×0.1\×\mathrm{CODb}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sc}\×0.3\×\mathrm{CODc}}{m^2}+\frac{V\×0.75\×\mathrm{CODd}}{m^3}$

公式说明：

Pn=磷的24h自净能力，Nn=氮的24h自净能力，CODn=COD的24h自净能力，Sa=常水位以下的柔性边坡面积，Sb=湖面面积，Sc=湖底面积，V=常规库容。

Pa=12mg～24mg，Pb=6mg～12mg，Pc=5mg～10mg，Pd=16mg～28mg，Pf=0.5mg～1.2mg；

Na=32mg～44mg，Nb=28mg～38mg，Nc=22mg～32mg，Nd=38mg～50mg，Nf=2mg～2.8mg；

CODa=240mg～320mg，CODb=120mg～180mg，CODc=90mg～150mg，CODa=280mg～400mg，CODf=15mg～25mg。

以上所列的参数范围，是由于植物种类的差别以及季节、地区的差别所造成的差异，在进行设计计算时，建议采用中间值进行计算。

更近一步地，步骤1.2）中，根据自净能力和治理目标计算出TP、TN、COD三大指标的每日承载能力，当入水水质为Ⅴ类水质，治理目标为Ⅲ类水质时；

$\mathrm{Xp}=\frac{\mathrm{Pn}}{(0.2\mathrm{mg}/L-0.05\mathrm{mg}/L)\×1000L}$

公式说明：Xp=磷的最大入水承载能力；Xn=氮的最大入水承载能力；Xcod=COD的最大入水承载能力。

其中，入水控制量设置为最大承载能力的70%。，入水控制量Xr为：

Xr＝Xmin×0.7

其中Xmin为Xp、Xcod、Xn三个值中的最小值。

进一步地，步骤1.2）中，当日进水量和进水水质均能有效控制，但由于植被面积的限制造成自净容量不足时，则对自净容量是否超容进行计算；

当自净负荷超过自净容量且小于15%时，则在水体前设计前置塘；

当自净负荷超过自净容量用大于30%时，则在水体前设计前置塘和稳定塘。

进一步地，步骤3.1）中，选择的沉水植物在处理磷、氮、COD三大指标方面，均要有较强的能力，但又要考虑三大指标的平衡性，所以，沉水植物的品种需要同时满足以下要求：

Pd=柔性边坡沉水植被吸收磷的每平米能效12mg～24mg，

Nd=柔性边坡沉水植被吸收氮的每平米能效32mg～44mg，

CODd=柔性边坡沉水植被关于COD的每平米能效240mg～320mg，

进一步地，步骤3.2）中，选择的挺水植物在处理磷、氮、COD三大指标方面，均要有较强的能力，但又要考虑三大指标的平衡性，所以，沉水植物的品种需要同时满足以下要求：

Pd=柔性边坡沉水植被吸收磷的每平米能效16mg～28mg，

Nd=柔性边坡沉水植被吸收氮的每平米能效38mg～50mg，

CODd=柔性边坡沉水植被关于COD的每平米能效280mg～400mg，

进一步地，步骤3.3）中，种植浮水植物的面积不得超过水面面积的10%。

选择的植物品种在处理磷、氮、COD三大指标方面，均要有较强的能力，但又要考虑三大指标的平衡性，所以，沉水植物的品种需要同时满足以下要求：

Pb=浮水植物吸收磷的每平米能效6mg～12mg，

Nb=浮水植物吸收氮的每平米能效28mg～38mg，

CODb=浮水植物关于COD的每平米能效120mg～180mg；

进一步地，步骤4）中，当湖泊内的蓝藻爆发时，向蓝藻爆发的区域投放紫根水葫芦；

当工业废水直接排放入湖泊时，在工业废水的排入口投放微生物浓缩液，然后在被污染的水体投放聚磷型微生物浓缩液和反硝化型微生物浓缩液；

当水体出现溶解氧不足时，设置一种使水体产生垂直循环运动，破坏热层结，增加了水体的溶解氧曝气机。

本发明的优点及有益效果如下：

1、通过一体化治理，生物链可以有效的修复和巩固，沉水植物、两栖植物可以生长，植物可以作为草食性动物的食物，挺水植物常在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境,为各种微生物的吸附和代谢提供良好的生存环境，藻类以微生物为食，植物和藻类光合作用产生溶解氧，为微生物和动物的生存提供必要条，动物的多少可以由人通过放养或打捞进行控制；水体的生态链修复和巩固后，生态体系处在良性循环的状态，水体的自净能力持续发挥作用，污染物能够不断被消化和转化，水体的水质可以显著改善。

2、随着植物的生长，根系越来越发达，根系穿透生态袋与坡体形成有机整体，使坡体更加牢固；沉水植被可以加大水底的粗糙程度，减缓水流速度和消除湍流，促进有毒物质沉降，过滤和沉淀泥沙颗粒、有机微粒；

沉水植被在底层形成一道屏障，使底层营养物质溢出速度受到抑制；沉水植物光合作用消耗水中的CO₂,使水体的PH值上升，促进氮的去除；水生植物对水体中的重金属有吸收富集作用，能将重金属以金属螯合物的形式蓄积于植物体内的某些部位，达到对污水的植物修复；有些水生植物还能向水体中释放化感物质来抑制浮游植物的生长；浮水植物、挺水植物、沉水植物可以为景观多样性锦上添花；水生植物吸收无机氮、磷并同化成自身结构组成物质，通过植物的定期收割而将固定的N、P带出水体。

3、其它

水面、护坡、草、灌木、乔木、沉水植物、水生动物合理搭配，满足景观多样性和文化传承性；

生态袋和生态毯灵活的施工方式，可以与框格、廊桥、平台等搭配，满足亲水性的需求；

生态袋和生态毯自身的抗冲刷性能和植物根系的共同作用，有效满足行洪需求；

生态袋和生态毯灵活的施工方式可以不用破坏湖泊岸线和地形地貌，也不用破坏人文景观，满足文化传承性的需求；

柔性边坡可以避免由于边坡被硬化所造成的地下水交换被阻隔，从而避免坡后土层由于缺水碱化而坏死所导致的地下水位下降、土质酥松，避免边坡塌陷。

附图说明

附图1为植物生态链示意图；

附图2为水环境一体治理流程图；

附图3为≤30°的柔性边坡示意图；

附图4为＞30°的柔性边坡示意图；

附图5为上陡下缓柔性边坡示意图；

附图6为上缓下陡柔性边坡示意图；

附图7为石笼网箱和生态袋的组合示意图；

附图8为石笼网箱和生态袋组合应用于河湖边坡示意图；

附图9为七彩湖自净能力分析图。

具体实施方式

下面结合附图给出的一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。

重庆七彩湖在开发前，是一个已经有几十年历史的水库，由于城市的扩张和建设，于2008年代改建为人工湖，为了配合沿湖路的建设，湖岸被硬化。在建设的最初几年，由于周边城区处于建设阶段，排入的污水相对较少，水质保持不错，建成时为市民提供了舒适的休闲场所。

2010年后，由于周边城市化，居民和工厂增多，污水不断排入，由于部分护坡被硬化，生态体系被破坏，湖的自净能力有限，水质开始恶化，时常出现黑恶臭的情形，至2012年5月，爆发蓝藻，七彩湖的治理引起各方关注，于是启动了综合治理。

综合治理采用的治理方法为一体化治理，即截污、清淤、护坡整治、生态治理统筹规划，协调治理。

1）、地形地貌划分：主要根据水体岸线、坡度、岩石、土壤、水面、容积等，坡度、岩石、土壤等指标是进行边坡设计的重要依据，而岸线、水面、容积等是进行景观设计和生态设计的重要标准；

1.1）边坡类型设计：设计满足边坡结构安全和行洪安全的边坡；

边坡的设计首先应满足岸坡稳定的要求，岸坡的不稳定性因素主要有：

A、由于水岸坡面逐步冲刷引起的不稳定；B、由于表层土滑动破坏引起的不稳定；C、由于深层滑动引起的不稳定。

因此，边坡的类型主要划分为以下几点：

当边坡坡度≤30°时，采用以生态毯为主体的柔性护坡。如图3所示。

当边坡坡度＞30°且＜60°时，采用以生态袋为主体的柔性护坡。如图4所示。

当边坡坡度＞60°且＜75°时，采用刚柔结合的边坡，此种边坡的骨架主要采用钢筋混凝土框架或混凝土预制件框架，然后在骨架中间填充生态袋；

当边坡坡度＞75°时，或刚柔结合边坡：

当边坡坡度＞75°且边坡高度＜5m时，采用石笼网箱和生态袋结合的方式。

当边坡坡度＞75°且边坡高度＞5m时，采用刚性边坡，即传统的砌石或混泥土边坡。

当边坡为不规则的边坡，即坡形为上陡下缓或上缓下陡时，采用两种/多种技术融合的边坡。

2）自净容量计算：

本发明主张在条件许可的情况下最大面积种植植物，通过植物、微生物、藻类、动物的协同作用，使湖泊的自净容量最大化。

自净能力主要根据水面面积、容积、以及日进水量进行分析，首先根据TP、TN、COD三大指标计算出水体的自净容量。

$\mathrm{Pn}=\frac{\mathrm{Sa}\×\mathrm{Pa}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sb}\×0.1\×\mathrm{Pb}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sc}\×0.3\×\mathrm{Pc}}{m^2}+\frac{L\×{1m}^2\×\mathrm{Pd}}{m^2}+\frac{V\×0.75\×\mathrm{Pf}}{m^3}$

$\mathrm{Nn}=\frac{\mathrm{Sa}\×\mathrm{Na}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sb}\×0.1\×\mathrm{Nb}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sc}\×0.3\×\mathrm{Nc}}{m^2}+\frac{L\×{1m}^2\×\mathrm{Nd}}{m^2}+\frac{V\×0.75\×\mathrm{Nf}}{m^3}$

$\mathrm{CODn}=\frac{\mathrm{Sa}\×\mathrm{CODa}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sb}\×0.1\×\mathrm{CODb}}{m^2}+\frac{\mathrm{Sc}\×0.3\×\mathrm{CODc}}{m^2}+\frac{L\×{1m}^2\×\mathrm{CODd}}{m^2}$

$+\frac{V\×0.75\×\mathrm{CODf}}{m^3}$

公式说明：

Pn=磷的24h自净能力，Nn=氮的24h自净能力，CODn=COD的24h自净能力，Sa=常水位以下的柔性边坡面积，Sb=湖面面积，Sc=湖底面积（边坡除外），L=柔性边坡的岸线长度，V=常规库容

Pa=柔性边坡沉水植被吸收磷的每平米能效12mg～24mg，Pb=浮水植物吸收磷的每平米能效6mg～12mg，Pc=湖底及飘浮植物吸收磷的每平米能效5mg～10mg，Pd=柔性边坡挺水植物的每平米能效0.5mg～1.2mg，Pf=藻类吸收磷的每平米能效0.5mg～1.2mg；

Na=柔性边坡沉水植被吸收氮的每平米能效32mg～44mg，Nb=浮水植物吸收氮的每平米能效28mg～38mg，Nc=湖底及飘浮植物吸收氮的每平米能效22mg～32mg，Nd=柔性边坡挺水植物的每平米能效2mg～2.8mg，Nf=藻类吸收氮的每平米能效2mg～2.8mg；

CODa=柔性边坡沉水植被关于COD的每平米能效240mg～320mg，CODb=浮水植物关于COD的每平米能效120mg～180mg，CODc=湖底及飘浮植物关于COD的每平米能效90mg～150mg，CODd=柔性边坡挺水植物的每平米能效15mg～25mg，CODf=藻类关于COD的每平米能效15mg～25mg。

以上所列的参数范围，是由于植物种类的差别以及季节、地区的差别所造成的差异，在进行设计计算时，建议采用中间值进行计算。

然后，根据自净能力和治理目标计算出三大指标的每日承载能力。本发明假设入水水质为Ⅴ类水质，治理目标为Ⅲ类水质；

$\mathrm{Xp}=\frac{\mathrm{Pn}}{(0.2\mathrm{mg}/L-0.05\mathrm{mgmg}/L)\×1000L}$

$\mathrm{Xn}=\frac{\mathrm{Nn}}{(2\mathrm{mg}/L-1\mathrm{mg}/L)\×1000L}$

$\mathrm{Xcod}=\frac{\mathrm{CODn}}{(40\mathrm{mg}/L-20\mathrm{mg}/L)\×1000L}$

公式说明：

Xp=关于磷的最大入水承载能力，Xn=关于氮的最大入水承载能力，Xcod=关于COD的最大入水承载能力。

不同的湖泊，由于环境和污染物的不同，三大指标的处理能力并非均等，在计算入水控制量的时候，可以根据治理目标分别计算三大指标的承载能力，最后采用数值最低的指标。

为了不让湖泊的自净能力超负荷，入水控制量应设置为最大承载能力的70%。

例，如三大标的承载能力排名为：Xp＞Xcod＞Xp，

那么入水控制量Xr应为：

Xr＝Xp×0.7

2.1）自净容量超容设计：有时，当日进水量和进水水质均能有效控制，但由于植被面积的限制造成自净容量不足时，则对自净容量是否超容进行计算。

如果自净负荷超过自净容量且小于15%时，需要在水体前设计前置塘；

如果自净负荷超过自净容量用大于30%时，则需要设计前置塘和稳定塘。

3）污染源控制：根据自净容量计算出的进水水质，需要严格把控，否则将对水体的生态体系和自净能力形成破坏。因此，需要对进水水质进行控制，其主要的工作重点在于污染源的控制。

污染源的控制是一项复杂的社会工程，需要联动政府、社会、企业、单位及群众，本方法仅对入水水质提出具体要求，即要求入水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》。

4）清淤：清淤不是必须的流程，在进入具体施工前，需要对水体的淤泥进行分析。

原生态的湖泊，由于城市化或开发的需要进行治理时，水体未受污染，其底泥则不需要进行清淤。

一些护岸被硬化、污染较严重的湖泊，其底泥富含重金属、营养元素、POP5（持续性有机污染物）等强污染物质，则需要进行清淤。具体说，施工前河水或湖水水质在国家地表水环境标准GB/3838-2002规定的第五类水质及以下时，需要对边坡底部的河床或湖床进行清淤处理。

5）边坡基础：边坡施工前，无论采用何种类型的边坡，都要进行地基处理。

对于地基较硬处（承载力＞150kpa），可直接进行边坡施工。

对于地基较软处（承载力＜150kpa），可使用C20混凝土浇灌地基或碎石夯实基础（夯实度＞90%）。

6）边坡施工：根据边坡设计的类型，进行边坡施工；

本发明主要根据地形、地貌、坡度、高度的差异，以及水体容量、水质、流速等特点，因势利导，将多种技术融合，取长补短。在合适的坡段采用合适的边坡类型和边坡材料。

6.1）柔性边坡：

当边坡坡度≤30°时，采用以生态毯为主体的柔性护坡，采用由重庆绿融环保科技有限公司生产的以绿融生态毯为主体的柔性护坡。如图3所示。

当边坡坡度＞30°且＜60°时，采用以生态袋为主体的柔性护坡，采用由重庆绿融环保科技有限公司生产的以绿融生态袋为主体的柔性护坡。如图4所示。

当边坡坡度＞75°时，或刚柔结合边坡：

当边坡为不规则的边坡，即坡形为上陡下缓或上缓下陡时，采用两种/多种技术融合的边坡。

当坡形为上陡下缓时，则下部采用生态毯、上部采用生态袋，如图5所示。

当坡形为上缓下陡时，则下部采用生态袋、上被采用三维生态毯，如图6所示。

6.2）刚性边坡：

在有的坡段，其地质复杂，比如有断裂层、地基较软，或坡度较陡时，则采用刚性护坡。

当边坡坡度＞75°且边坡高度＞5m时，采用刚性边坡，即传统的砌石、混凝土、水泥挡墙护坡。

刚性护坡不是最佳选择，是地形地貌不允许建设柔性护坡的次要选择。

采用刚性护坡较多的湖泊，由于可绿化的边坡面积相对较少，而植被是水体自净的重要一环，因此，在刚性护坡较多的水体里，可以设计人工浮床。

人工浮床的最大的优点是直接利用水体水面面积，不另外占地。但为了不影响沉水植物和藻类进行光合作用，人工浮床的使用不宜过量，其面积占湖面面积的比重应≤10%；

6.3）刚柔结合边坡：

在有的坡段，其地质相对复杂，比如有滑坡的相对风险、或地基较软时，则采用刚柔结合边坡。

当边坡坡度＞60°且＜75°时，采用刚柔结合的边坡，此种边坡的骨架主要采用钢筋混凝土框架或混凝土预制件框架，然后在骨架的间隙，铺设生态袋；如图5所示。

当边坡坡度＞60°且＜75°，且地基较硬时，也可采用石笼网箱和生态袋结合的方式。如图6所示;

当边坡坡度＞75°且边坡高度＜5m时，采用石笼网箱和生态袋结合的方式。如图6所示;

刚柔结合边坡融合刚性边坡的结构安全和柔性边坡的生态环保的优点，一方面保证了边坡的结构稳定，另一方面又保证边坡具有较多的绿化面积。

7）在常水位下种植沉水植物：

常水位以下的边坡，常年被水淹没，无论是土壤、还是植物，都与水体的生态体系有着直接的联系。

植物是水生生态链中最基础又最重要的一环，沉水植物的选择及品种的数量，视水体的主要污染物而定；

选择的植物品种在处理磷、氮、COD三大指标方面，均要有较强的能力，但又要考虑三大指标的平衡性，所以，沉水植物的品种需要同时满足以下要求：

Pd=柔性边坡沉水植被吸收磷的每平米能效12mg～24mg，

Nd=柔性边坡沉水植被吸收氮的每平米能效32mg～44mg，

CODd=柔性边坡沉水植被关于COD的每平米能效240mg～320mg，

在七彩湖实施治理前，我们通过多项次试验，分别对沉水植物、挺水植物、浮水植物在各类水质、各类污染物下的自净能力。

经过实验发现，在去除氮的能力方面，较强的沉水植物依次为伊乐藻、苦草、狐尾藻；而在去除磷的能力方面，较强的沉水植物依次为金鱼藻、轮藻、伊乐藻;

所以，在选择沉水植物时，不能以某一指标做为唯一选择，除了单项能力较强外，其它几项的能力也不能太低，应至少满足上述指标的最低值。

无论是采用生态袋还是生态毯，都可将种子混合在营养土里即可。

在边坡施工完成后，或需要进行补种时，可采用抛掷法，如金鱼藻、菹草等可直接抛入水中，若干天后，这些植物自然会慢慢沉入水底，生根萌发新芽。

8）在常水位上下1m种植挺水植物：

挺水植物的根、根茎生长在水中，茎、叶挺出水面。由于叶子的光合作用能力强于沉水植物，其普遍生长旺盛，而根、根茎可以在水中吸收大量的污染物。

因此，挺水植物是水生生态链中非常重要的一环，沉水植物的选择及品种的数量，视水体的主要污染物而定；

选择的植物品种在处理磷、氮、COD三大指标方面，均要有较强的能力，但又要考虑三大指标的平衡性，所以，沉水植物的品种需要同时满足以下要求：

Pd=柔性边坡沉水植被吸收磷的每平米能效16mg～28mg，

Nd=柔性边坡沉水植被吸收氮的每平米能效38mg～50mg，

CODd=柔性边坡沉水植被关于COD的每平米能效280mg～400mg，

经过试验，以下挺水植物的自净能力较强，包括芦苇、菖蒲、荸荠、莲、水芹、茭白荀、荷花、香蒲、慈姑、池杉、紫杆水芋、雨久花、藨草、花叶芦竹、紫杆再力花等。

需要注意的是，部分挺水植物成熟后须收割，如芦苇，否则腐烂后会造成二次污染。

9）种植浮水植物：

浮水植物的种植应当慎重，因为它会在水面形成一定的覆盖面，降低水体透明度，影响沉水植物、藻类进行光合作用，因此，浮水植物的种植面积不得超过水面面积的10%。

具体品种的选择及品种的数量，视水体的主要污染物而定。

选择的植物品种在处理磷、氮、COD三大指标方面，均要有较强的能力，但又要考虑三大指标的平衡性，所以，沉水植物的品种需要同时满足以下要求：

Pb=浮水植物吸收磷的每平米能效6mg～12mg，

Nb=浮水植物吸收氮的每平米能效28mg～38mg，

CODb=浮水植物关于COD的每平米能效120mg～180mg，

经过试验，以下挺水植物的自净能力较强，包括水浮莲、睡莲、凤眼莲等；

需要注意的是，浮水植物的繁殖非常迅速，须定期跟踪，一旦超过水面面积的10%，须及时打捞。

10）种植陆地植物：

在常水位线以上的护坡，主要种植草、灌木、乔木等，以满足植被护坡、景观多样性、文化传承性的需求；

具体的物种选择，依当地的具体需求而定。

10.1）草：

草种尽量选择具有较强耐旱能力，生命力顽强，根系发达，四季常绿的草种，在常水位以上的坡面宜种植耐水淹、根系发达的植物等；

由于我国地域分布和气候的不同，在选择植物时根据不同气候带选择植物，见表1；

表1.中国不同气候带的植物选择

在大面积的草坪上，宜适量搭配点缀性的花草；

如果采用了生态袋，宜采用喷播或抹播的种植方式。

如果采用了生态毯，则将种子混合在营养土里即可。

10.2）灌木：

灌木宜适当选择符合景观多样性的观赏类植物，还应当种植具有文化传承性的乡土植物；

由于我国地域分布和气候的不同，在选择植物时根据不同气候带选择植物，见表1；

如果采用了生态袋，宜采用插播或压播的种植方式。

如果采用了三维生态毯，则将种子混合在营养土里即可。

10.3）乔木：

乔木在考虑景观多样性和文化传承性的同时，宜选择根系发达的植物。

乔木的种植一般是移栽，按一定间距种植乔木，种植一般采用围坑的方式进行栽种。

11）微生物：

投放微生物可以对水质进行改善，快速去除水体富营养化、分解可溶性的有机物质、除去腥臭、降解悬浮颗粒、提高水体透明度，最后达到降低生化需氧量BOD、化学需氧量COD指标。

如果水体从贫养到富养是一个自然、缓慢的发展过程，则可以利用沉水植被和土壤的存在自然栖息有益微生物，在本发明中不做特殊的处理，特殊季节或应急事件例外。

在特殊季节，某些植物会枯萎，其自净能力下降。如冬季，芦苇枯萎后，其超强的磷吸收能力将出现空缺。此时，需要投放微生物补位。

根据自净容量的公式，挺水植物的Pn、Nn分别为：

$\frac{L\×{1m}^2\×\mathrm{Pd}}{m^2},\frac{L\×{1m}^2\×\mathrm{Nd}}{m^2}$

Pd=柔性边坡挺水植物的每平米能效0.5mg～1.2mg；

Nd=柔性边坡挺水植物的每平米能效2mg～2.8mg；

根据以上公式计算出氮磷处理能力的缺口，此缺口主要利用生物法去除N、P；

当出现应急事件时，如人们直接向水体排放工业废水，即入水水质不达GB/3838-2002规定的第五类标准时，首先根据工业废水污染物的实际含量，计算出氮磷的处理缺口：

$\mathrm{Qp}=\frac{\mathrm{Pn}}{(\mathrm{Smg}/L-0.05\mathrm{mgmg}/L)\×1000L}$

$\mathrm{Qn}=\frac{\mathrm{Nn}}{(\mathrm{Smg}/L-1\mathrm{mg}/L)\×1000L}$

公式说明：

Qp=关于磷的处理缺口

Qn=关于氮的处理缺口

S=工业废水污染物的实际含量

然后，根据计算的缺口，依据所选微生物品种的处理能力，计算出需要投放的微生物的数量：

$\mathrm{Wp}=\frac{\mathrm{Qp}}{\mathrm{Gmg}/L}$

$\mathrm{Wn}=\frac{\mathrm{Nn}}{\mathrm{Gmg}/L}$

公式说明：

Wp=关于磷的微生物品种的投放量

Wn=关于氮的微生物品种的投放量

G=每升微生物制剂处理污染的能力

当出现特殊季节或工业废水直排等情况时，为了达到快速去除氮的目的，投放由重庆绿融环保科技有限公司研制的绿融微生物浓缩液反硝化型。

为了达到快速去除磷的目的，投放由重庆绿融环保科技有限公司研制的绿融微生物浓缩液聚磷型。

投放数量视废水入水量及库容而定。投放时，需要在现场进行活化培养，然后泼洒到污水排放区域。

需要注意的是，投放的微生物制不能过量，在进行活化泼撒前，需要进行应用测试，对以上公式进行计算和调整。

12）水生动物：

根据水体的水质情况和植物品种，合理放养水生动物，包括鱼类、底栖动物、水生昆虫。

鱼类主要放养滤食性鱼类和草食性鱼类；

滤食性鱼类主要投放鲢鱼、鳙鱼，草食性鱼类主要投放鲩鱼。

鲢鱼、鳙鱼、鲩鱼的比例为7：2：1；

草食性鱼类的投放需要在植被成熟以后投放；

虾类主要投放康虾、沼虾；

底栖动物主要投放螺类、蚌类，如铜锈环棱螺、海湾扇贝等；

水生动物过量时，则需要进行人工干预，如打捞。

13）监测

对于湖泊生态体系的监测，主要包括两个方面，即水质监测和指标性生物监测；

水质监测主要是对目标治理区域水体的水质、PH值、温度进行定期跟踪监测，进行监测、预警并及时处理。

指标性生物监测主要选取该湖泊所种植或投放的动物进行定期观测，一旦出现异常，对湖泊可能面临的生态灾难应当立即启动应急预案。

14）应急处理

湖泊的生态体系非常脆弱，在遭遇特殊事件时，常常面临一击即溃的境地，如工业污水直接排入水体，如蓝藻爆发，如动物大面积死亡等，都直接威胁湖泊的生态安全。

14.1）蓝藻爆发

蓝藻一般在受其它藻种的生长制约，蓝藻并不可能在常温条件下大规模暴发，水温25—35℃时，蓝藻的生长速度才会比其他藻类快，故温度是蓝藻暴发的主要因素之一。有机磷是蓝藻生长的必须因素，治理蓝藻最直接最根本的办法就是除去有机磷。

本发明在蓝藻的预防期和爆发期分别提供不同的特殊处理方法。

通过水质监测，当磷的指标接近预警值时，在入水口附近的区域投放紫根水葫芦。

紫根水葫芦比普通水葫芦根冠增多了近20倍，且根不易腐烂，能够分泌化感物质，快速吸附并抑灭蓝藻，在去除重金属砷方面，是“吸毒之王”蜈蚣草的约52倍。

在蓝藻消失时，可以快速打捞，并可作为纤维板的制作原料加以二次利用。所以投放紫根水葫芦治理蓝藻是一种新型的、安全的、生态的蓝藻处理方法。

由于紫根水葫芦的投放面积不能超过水面面积的15%，有可能紫根水葫芦处理能力在蓝藻爆发时不能满足需求，此时，本发明采用以下生化方法：

首先，全池泼洒沸石粉，标准为15g/m2，使蓝藻絮凝；

然后，全池泼洒由重庆绿融环保科技有限公司研制的绿融溶藻型微生物浓缩液（溶藻芽孢杆菌)，用量为1克/m2，间隔4～6小时。

在采用溶藻芽孢杆菌进行除藻时，必须防止水体缺氧，最好配合14.3所述的增氧设备使用；

最后，通过泼洒无机磷改变氮磷的比例，达到平衡氮磷比例的目的；通过泼洒无机磷，可以加快培育绿藻和硅藻等有益藻类，通过绿藻和硅藻的快速生长使之成为优势藻种，从而抑制蓝藻生长，改善蓝藻过度繁殖的状况。

14.2）工业废水直排

工业废水直接排放进入湖泊污染地表水，如果毒性过大会导致水生动植物的死亡；工业废水渗透到地下，还可能污染地下水，危害周边居民的身体健康；工业废水渗入土壤，造成土壤污染，影响植物和土壤中微生物的生长；工业废水中的有毒有害物质还可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重危害。

本发明提供一种生化-生物处理方法。

当人们直接向水体排放工业废水，即入水水质不达GB/3838-2002规定的第五类标准时，首先根据工业废水污染物的实际含量，计算出氮磷的处理缺口：

$\mathrm{Qp}=\frac{\mathrm{Pn}}{(\mathrm{Smg}/L-0.05\mathrm{mgmg}/L)\×1000L}$

$\mathrm{Qn}=\frac{\mathrm{Nn}}{(\mathrm{Smg}/L-1\mathrm{mg}/L)\×1000L}$

$\mathrm{Qz}=\frac{\mathrm{zn}}{(\mathrm{Smg}/L-1\mathrm{mg}/L)\×1000L}$

公式说明：

Qp=关于磷的处理缺口，Qn=关于氮的处理缺口，Qn=关于重金属的处理缺口，X=工业废水污染物的实际含量。

$\mathrm{Wp}=\frac{\mathrm{Qp}}{\mathrm{Gmg}/L}$

$\mathrm{Wn}=\frac{\mathrm{Nn}}{\mathrm{Gmg}/L}$

$\mathrm{Wz}=\frac{\mathrm{Qz}}{\mathrm{Gmg}/L}$

公式说明：

Wp=关于磷的微生物品种的投放量，Wn=关于氮的微生物品种的投放量，Wz=关于重金属的微生物品种的投放量，G=每升微生物制剂处理污染的能力

为了达到快速去除氮的目的，投放由重庆绿融环保科技有限公司研制的绿融微生物浓缩液反硝化型。

为了达到快速去除磷的目的，投放由重庆绿融环保科技有限公司研制的绿融微生物浓缩液聚磷型。

为了达到快速去除重金属的目的，投放由重庆绿融环保科技有限公司研制的绿融微生物浓缩液，可以用于水体重金属污染治理的品种包括硫化型、络合型等，具体的投放品种以工业废水中重金属的主要成分而定。

投放时，需要在现场进行活化培养，然后泼洒到污水排放区域。

需要注意的是，投放的微生物制不能过量，否则会造成由于过量引起的二次污染。

14.3）溶解氧不足

当水体出现溶解氧不足的情况，会出现水生动物大面积死亡的情况，从而导致水生生物链断裂，水体自净功能崩溃。

为预防该种情况的出现，本方法使用一种人工曝气装置，当水体出现急剧污染导致溶解氧不足时，曝气机可以使水体产生垂直循环运动，破坏热层结，增加了水体的溶解氧，以防止水生动物大面积死亡。

人工曝气装置已经有比较成熟的设备和应用，在水环境一体化治理中，它将作为有效的补充装置。

治理原理

湖泊生态链由“人→污染物→植物→微生物→藻类→动物→人”形成一个闭环，在湖泊中，直接参与水体自净的是植物、微生物、藻类、动物。植物、微生物、藻类、水生动物、互相作用、互相制约，形成四位一体的水生生态体系。本发明的重点即是围绕这四个方面的建立而进行，并能最大限度地发挥四方面之间的协同作用，使水体的自净作用在与水体污染的对抗中占据绝对优势。

水体自净主要通过三方面作用来实现，主要包括物理作用、化学作用、生物作用。

水体中的污染物的沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程等，往往是同时发生，相互影响，并相互交织进行。

1）生物自净

本发明中，重点构建生物自净功能，当水体的生态体系恢复到良性循环时，生物链对水体自净的作用则显而易见。当生态体系构建到合理的程度时，化学自净和物理自净也就水到渠成。

由于各种生物（藻类、微生物等）的活动特别是微生物对水中有机物的氧化分解作用使污染物降解。它在水体自净中起非常重要的作用。

1.1）植物自净

水生植物不仅能美化环境，还具有净化水质的功能。水体中植物茂盛、生物多样性高，水体生态群落稳定，则水质清澈；缺乏水生植物则水质浑浊，生物多样性低、水体生态群落脆弱。

水生植物包括沉水植物、挺水植物、浮叶植物，它们的根系与坡体形成有机整体，使坡体更加牢固；

水中大型植被的根、茎、叶能促进水中悬浮物、污染物质的沉淀，并通过吸收、转化、富集作用降低水中营养盐，从而抑制水体内浮游藻类生长，同时降低底泥的再悬浮量，提高水体的透明度，丰富水体生物多样性；

水生植物提供有益微生物的生长环境，同时提供草食性动物的食物；

挺水植物常在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境，为各种微生物的吸附和代谢提供良好的生存环境；

浮水植物发达的根系可以形成密集的过滤层,过滤掉水体中的污染物质,使周围水体变清；

沉水植物在湖泊低层能形成一道屏障，使低层营养物质溢出速度受到抑制；

水生植物对水体中的重金属有吸收富集作用，能将重金属以金属螯合物的形式蓄积于植物体内的某些部位，达到对污水的植物修复；

有些水生植物还能向水体中释放化感物质来抑制浮游植物的生长；

水生植物能通过吸收环境中的CO₂，释放出O₂提高水体的DO含量，在微生物的作用下，分解水中的染污物质。

沉水植物光合作用消耗水中的CO2,使水体的PH值上升，促进氮的去除；

例如：湖水中每生长一吨草可以吸收氮素2000～2400g，如果湖水按三类水质，每吨水含氮5g，一吨鲜草可吸收800～1000m³水中的全部氮素。水葱能净化水中的酚类；凤眼莲、浮萍、金鱼藻能富集水体中的金属离子；野茨菰对水体中氮的去除率达75%；芦苇具有净化水中的悬浮物、氯化物、有机氮、硫酸盐的能力，能吸收汞和铅，还能使废水中的总氮和总磷含量分别下降84%、65%。凤眼莲对氮磷钾及重金属离子均有吸收作用且繁殖快，能迅速固定水中过量的营养盐；

1.2）微生物自净

微生物能彻底分解底泥的富营养化物质，解决藻类生长的条件，祛除氨氮等含氮物质；

异养菌利用有机碳进行新陈代谢，转换生成二氧化碳，降解悬浮颗粒和底泥，保持水的良好透明度；

异养生物菌群能分解分解富营养有机物，如鱼虾排泄物、动物尸体、农村生活污水、动物饲料等，并祛除腥臭味；

以上微生物是生物自净过程中自然形成的，本发明特别使用生物法脱氮、生物法脱磷。

生物法脱氮主要是利用好氧将氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，然后在缺氧的条件下进行生物反硝化将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气氮氧化物，从废水中脱出，达到脱氮的目的；

生物法脱磷主要是细菌在静止状态时过量吸收磷（以多聚磷酸盐形式储存在细胞内），当细菌处于厌氧状态时细胞中的磷又释放出来，如此反复从而将污水中的磷转化到底泥中或被藻类吸收。转化到底泥中的磷则依靠沉水植被的根系吸收。

1.3）藻类自净

藻类植物是水生生态系统中的生产者，为水中的生物提供氧气，和最初的食物。

藻类植物在光合作用过程放出氧气，能促进细菌活动，以加速水中有机物的分解，使污水净化。分解过程中产生的CO₂，又可在藻类的光合作用中被利用或排除。

如绿球藻是一种很好的耐N微藻,对N的吸收率达70%以上。

藻类植物同时也是部分水生动物的食物，如浮游藻类是鱼的饵料,白鲢鱼就是以浮游藻类为主要食料的;鲤鱼除了吃浮游藻类外,还吃一种丝状藻，底栖动物螺蛳主要摄食固着藻类；

1.4）动物自净

排入河湖中的污染物首先被细菌和真菌作为营养物而摄取，并将有机污染物分解为无机物。细菌和真菌又被原生动物吞食，所产生的无机物如氮、磷作为营养盐类被藻类吸收。藻类进行光合作用产生的氧可用于其它水生生物利用。但藻类过量又会产生新的有机污染，而水中的浮游动物、鱼、虾、蜗牛、鸭等恰以藻类为食，抵制了藻类的过量繁殖，不致产生再次污染，使自净作用占绝对优势。

水生动物还可以通过食用浮游动植物提高水的透明度。

水体中投放适当的水生动物可以有效的去除水体中富余营养物质，控制藻类生；根据水体的水质情况和植物品种，合理放养水生动物，包括鱼类、底栖动物、水生昆虫。

水生动物过量时，则需要进行人工干预，如打捞。

2）化学自净

水体化学自净是水体中的污染物通过氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚（属物理化学作用）等过程，使其存在形态发生变化及浓度降低的水体自净过程。

其中氧化还原是水体化学自净的主要作用。水体中的溶解氧可与某些污染物产生氧化反应，如铁、锰等重金属离子可被氧化成难溶性的氢氧化铁、氢氧化锰而沉淀，硫离子可被氧化成硫酸根随水流迁移。

其中还原反应则多在微生物的作用下进行，如硝酸盐在水体缺氧条件下，由于反硝化菌的作用还原成氮（N2）而被去除。

植物和藻类的光合作用产生溶解氧，而微生物也是水生生物链的重要一环，因此，水体的化学自净和生态链的修复一脉相承。

本发明中，化学自净的作用主要通过柔性边坡的建设即沉水植被的建设来完成。

3）物理自净

水体的物理自净是由稀释、扩散、混合、挥发和沉淀等物理作用，而使浓度降低的自净过程。其作用机理是：可沉性固体经沉降逐渐沉至水底形成污泥；悬浮物、胶体和溶解性污染物混合稀释浓度降低等。

其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。影响水体稀释混合的因素有：稀释比（污水可被稀释的程度）；水体的水文条件；污水排放口的位置和形式；水体的水流方向、风向和风力、水温潮汐等。

经过物理净化，水体中污染物得到初步自净。

水体的物理净化需要一定的自净容量，因此，本发明中，物理自净的作用依赖于生物自净、化学自净等功能的稳定发挥。

4）双循环

在水体中，生物圈内的各种化学物质，通过传输介质水或土壤，在植物-动物-微生物之间所构成的循环过程。

两种循环皆需要在护坡不被硬化的情况下进行，所以传统的护坡硬化是扼杀双循环的凶手，也是导致水生生态链断裂，使水体缺乏自净能力的元凶。

本发明最大限度地使用柔性护坡，可以保证双循环持续进行。

4.1）水体循环

传统的硬质边坡阻隔了地下水的交换，坡后土层由于缺水碱化而坏死，更由于地下水位下降和土质酥松，易导致边坡塌陷；

本发明中的柔性连起所采用的材料，无论是生态袋还是生态毯，都具有透水不透土的特点，有利于湖/河水和地下水的交换。

当地下水位高于水体水位时，地下水向河/湖渗透，对于加强的水体的物理净化起到了积极作用。同时，地下水在向水体渗透的过程中，将土壤中的细菌、真菌、放线菌等微生物连同扩散至水体中，对于加强水体的生物净化也起到了促进作用。

当水体水位高于地下水位时，河/湖中的水向地下水渗透，本过程直接将水体中的部分污染物质带入循环，扩散过程中，由于土壤中细菌、真菌、放线菌等微生物的降解、转化和生物固化作用，及土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和沉淀作用，及土壤的离子交换作用，及土壤和植物的机械阻留作用，使得污染物在循环过程得到固化、吸收、络合、沉淀。

4.2）土壤循环

在水生生态系统中，土壤生物特别是微生物能分解有机废物，使之矿化为无机营养物质，供给植物生长、发育的需要，保证生物小循环的正常进行。

绿色植物不仅在光合作用过程中吸收空气中的二氧化碳，放出氧气，而且具有净化SS、重金属和有机污染物及细菌等功能，也是土壤－植物系统净化功能的重要组成部分。

在水体自净体系中，土壤－植物被看成是一种高效的“活过滤器”。它的净化功能主要由下列要素构成：

①绿色植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用；

②土壤中细菌、真菌、放线菌等微生物的降解、转化和生物固化作用；

③土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和沉淀作用；

④土壤的离子交换作用；

⑤土壤和植物的机械阻留作用；

对不同的污染物，土壤－植物系统的净化机理、能力和过程是不同的，气候和其它环境条件也起着十分重要的作用。例如，在温暖的植物生长季节，对生物可降解的有机污染物，上述要素中的①②③项起主要作用；对无机盐类、营养元素和重金属等污染物，①④项起重要作用。

同时，微生物和水体共同作用，可以保持土壤活性。

5）柔性生态护坡

柔性生态护坡的应用将水体护岸形成一个完整的生态系统，不仅包括植物，还应包括动物及微生物，在保证边坡稳定和安全的基础上，以营造边坡的生物多样性为目标，系统内部之间以及系统与相邻系统(如河流生态系统、陆地生态系统等)间均发生着物质、能量和信息的交换，具有很强的动态性。

植物的根系对土壤改良起到了促进作用，增加了土壤中有机质的含量和土壤结构与性能，提高了土壤持水性，增强了土壤抗侵蚀能力。在边坡上和消落区种植耐水湿的乔灌木、挺水植物、两栖植物，一方面减少地表径流，另一方面阻止或减轻水流、波浪对驳岸的冲刷和侵蚀，起到了固土、护坡的作用。

综上所述，岸边种植水生植物既能减缓水土流失，涵养水源，又能提高河岸土壤肥力，促进生态多样性，形成良性循环，所以通过种植水生植物来护岸固坡不失为一种低投入，高回报的生态护坡形式。

柔性生态护坡采用“可渗透性”的人工边坡，即采用的材料具有透水不透土、耐腐蚀、对植物友善等主要特点，既能防止填充物（土壤和营养成分混合物）流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，植物生长所需的水分得到了有效的保持和及时的补充，使植物根系穿过袋体自由生长。随着植被的成熟，柔性生态护坡的护土固坡的作用更加明显。

本发明所采用的柔性护坡区别于目前比较普遍的做法，如生态袋护坡或格宾网护坡等。在保证边坡稳定和安全的基础上，以营造边坡的生物多样性为目标，在水体—土壤—生物之间形成物质、信息和能量的循环体系,进行自组织和自我修复，使护坡不仅具有景观效果，还能修复受污染的河流水体，营造健康的水生生态系统。

6）人工浮床：

采用刚性护坡较多的水体，由于可绿化的边坡面积相对较少，而植被是水体自净的重要一环，因此，在刚性护坡较多的水体里，可以设计人工浮床。

利用生态浮床技术是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，共同参与水体自净。

人工浮床的最大的优点是直接利用水体水面面积，不另外占地。

7）监测

水体的自净能力是有限的，如果排入水体的污染物数量超过某一界限时，将造成水体的永久性污染，这一界限称为水体的自净容量或水环境容量。影响水体自净的因素很多，其中主要因素有：受纳水体的地理、水文条件、微生物的种类与数量、水温、复氧能力以及水体和污染物的组成、污染物浓度等。

因此，需要对目标治理区域水体的水质、PH值、温度进行定期跟踪监测，进行监测、预警并及时处理。一旦出现异常，对河湖可能面临的生态灾难应当立即启动应急预案。

8）应急处理

河湖的生态体系非常脆弱，在遭遇特殊事件时，常常面临一击即溃的境地，如工业污水直接排入水体，如蓝藻爆发，如动物大面积死亡等，都直接威胁河湖的生态安全。

8.1）蓝藻爆发

蓝藻爆发时，水体蓝色或绿色，水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖，被风吹到岸边堆积，不但会发出恶臭味，且含毒素的蓝藻细胞在水体中漂游。

蓝藻一般在受其它藻种的生长制约，蓝藻并不可能在常温条件下大规模暴发，水温25—35℃时，蓝藻的生长速度才会比其他藻类快，故温度是蓝藻暴发的主要因素之一。有机磷是蓝藻生长的必须因素，治理蓝藻最直接最根本的办法就是除去有机磷。

处理蓝藻，一般有物理方法、化学方法、生物方法、生物-生态修四种常见方法。但无论是物理方法，还是化学方法或生物方法，都存在治标不治本、成本太高等特点，难以推广和持续。

生态-生物方法和水环境一体化治理方法一脉相承，主要是利用微生物、植物等生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化，创造适宜多种生物生息繁衍的环境，重建并恢复水生生态系统。

生态-生物方法具有处理效果好、工程造价相对较低、不需耗能或低耗能、运行成本低廉等优点。同时不向水体投放药剂，不会形成二次污染，还可以与绿化环境及景观改善相结合，创造人与自然相融合的优美环境。

8.2）工业废水直排

工业废水不同于农业排水和生活污水，其量大成分复杂，难处理，不易降解和净化，危害性较大。工业废水对环境的破坏是巨大的，有些工业废水排入河流后还带有难闻的恶臭，同时恶化水质，污染周边环境。

工业废水直接排放进入江河、湖泊污染地表水，如果毒性过大会导致水生动植物的死亡；工业废水渗透到地下，还可能污染地下水，危害周边居民的身体健康；工业废水渗入土壤，造成土壤污染，影响植物和土壤中微生物的生长；工业废水中的有毒有害物质还可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重危害。

河湖作为工业废水的下游，难免会遇到一些企业的非正常排放，面对这种情况，本方法提供一种生化-生物处理方法。

工业废水主要是有机物COD和重金属的污染，部分企业有氨氮和磷的污染。当出现非正常排放时，一方面需要及时制止，另一方面，虽然水环境一体化系统治理后的水体虽然具有一定的污染承载和消化能力，但对于一些急性、大量的工业废水排放，仍然需要进行快速的应急措施，如物理处理-稀释，生物处理-微生物处理。

络合型微生物对重金属的吸附作用，是利用某些微生物本身的化学成分和结构特性来吸附工业废水中的重金属离子，通过固液两相分离达到去除废水中的重金属离子的目的。微生物细胞表面功能基团中的氮、氧、硫、磷等原子，可以作为配位原子与金属离子配位络合，例如Zn、Pb可以与磷酰基和羧基形成络合物。

反硝化型微生物主要是利用好氧将氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，然后在缺氧的条件下进行生物反硝化将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气氮氧化物，从废水中脱出，达到脱氮的目的；

聚磷型微生物在静止状态时过量吸收磷（以多聚磷酸盐形式储存在细胞内），当细菌处于厌氧状态时细胞中的磷又释放出来，如此反复从而将污水中的磷转化到底泥中或被藻类吸收。转化到底泥中的磷则依靠沉水植被的根系吸收。

8.3）溶解氧不足

当水体出现溶解氧不足的情况，会出现水生动物大面积死亡的情况，从而导致水生生物链断裂，水体自净功能崩溃。

人工曝气装置的作用是当水体出现急剧污染导致溶解氧不足时，曝气机可以使水体产生垂直循环运动，破坏热层结，增加了水体的溶解氧，以防止水生动物大面积死亡。

人工曝气装置已经有比较成熟的设备和应用，在水环境一体化治理中，它将作为有效的补充装置。

石笼网箱

石笼网箱是指用重型六角网制作的箱型网笼。石笼网箱在施工现场经石头填充，构成具有柔性、透水性及整体性的结构，如挡墙、河湖衬砌等支挡的防冲蚀工程。

石笼网箱由间隔1米的隔板（双绞合六边形金属网片）分成若干单元格，为了加强石笼网箱结构的强度，所有的面网板边端均采用直径更粗的钢丝。

石笼网箱的特点：

(1)运输方便，可折叠；

(2)施工简便，只需将石头装入笼子封口即可；

(3)有很强的抵御自然破坏及耐腐蚀和抗恶劣气候影响的能力；

(4)具有良好的渗透性，可防止由流体静力造成的损害；

(5)环保。cd<10ppm，Pb<50ppm，其它有害物如Hg、Cr6+、PBB、PBDE未检出，完全符合RoSH的环保标准。

石笼网箱的不足：

(1)装填石头，不能掺和泥土，易被冲散；

(2)采用石笼网箱的边坡，由于缺乏土壤，不能栽种植物；

(3)不能形成植被，生态链断裂；

(4)没有根系，与边坡不能形成一体。

石笼网箱与生态袋结合

石笼网箱与生态袋结合，能将石笼网箱和生态袋的优点整合，并能有效弥被彼此的缺点；生态袋在坡度较大或边坡结构不稳时不能采用此种技术，与石笼网箱结合能规避这个问题；石笼网箱空隙非常大，不能装填泥土，所以不能栽种植物，没有植物，使得生态环境遭到破坏而无法修复。

也就是说，采用石笼网箱与生态袋结合的边坡，比单纯采用石笼网箱的边坡更加生态自然，比单纯采用生态袋的边坡的结构更加稳固。

操作方式：

(1)石笼网箱装填填充物时，在靠近水面的一侧竖放生态袋，然后在剩余空间装填碎石和泥土；

(2)生态袋的大小根据石笼网箱靠近水面的一侧定制；

装填的生态袋厚度为180mm，则生态袋的长宽尺寸为石笼网箱尺寸各加90mm。

(3)装填碎石的同时，应装填泥土；

石笼网箱与生态袋结合的优点：

(1)装填石头时掺和了泥土，泥土应为有生态袋的支挡，不会被水冲散；

(2)生态袋在靠近水面的一侧，为植物的生长提供了土壤；

(3)当植物根系穿透生态袋后，可以扎根于石头缝隙间的泥土，让植被、石笼网箱、边坡成为一体。

综合治理包括：

首先，设环湖污水截流管；截流雨水净化入湖；底泥疏浚；

其次，整治湖岸，在没有硬化的护坡建设本发明所述的柔性护坡，将部分坡度较缓，有条件被改为柔性护坡的硬坡，修改为柔性护坡；在护坡上按本发明所述的方法种植沉水植物、挺水植物，护岸植物由于景观效果较好，尽量不做改动；部分坡度较陡的坡段，不做改动，考虑到植物缺少，在该区段布置人工浮床，填补该区段的净水空白。

然后，布置深水曝气循环活水设备；人工放养鱼苗；治理初期在入水排放口适量投放微生物等。

最后，针对七彩湖可能出现的紧急事件，设置应急预案，以巩固七彩湖的治理成果并实现可持续发展。

通过治理，七彩湖的护岸已经绿意盎然，挺水植物、浮水植物、护岸的草灌乔绿意葱葱，由于水质提升透明度提高，人们还能清晰看到飘动的沉水植物和游弋的鱼，加上人工浮床植物的点缀，七彩湖呈现给市民的是一个景观立体、景美水秀、生态良好、水质较好的湖泊，以前人们避而远之的七彩湖，又成为了人们晨练、休闲的好去处。

治理结束后六个月，七彩湖的自净能力有了显著提高，通过分析，目前七彩湖在总磷、总氮、COD三大指标的消化吸收能力均远远高于处理需求，以自净能力为100%为指标，七彩湖在总磷、总氮、COD三个指标都实现了较大的盈余，也就是说，只要七彩湖不出现大量工业废水直排的恶性事件，一般的季节变化和温度变化所带来的影响均能承受，入水的水质即使出现较小的波动，七彩湖目前的自净能力均能消化。如图9所示。

通过连续六个月的观察，七彩湖的水质已经连续稳定在Ⅲ～Ⅳ级水平，相比治理之前的劣Ⅴ2，以前有了明显的改善，漂浮在水面的垃圾和漂浮物不见踪影，消失的鱼儿在水中畅游嬉戏，七彩湖的水生生态体系已经恢复到良好的水平，随着植被的恢复，七彩湖的水质将持续向好，真正实现水生生态体系的修复和改善，并通过手续的跟踪监测和应急措施，实现七彩湖水环境的可持续发展。

这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于包括以下步骤： 

1）对湖泊水环境一体化治理前进行前期准备工作； 

1.1）确定边坡的类型； 

1.2）根据边坡面积、水面面积、水体容积、以及植物、藻类的自净能力确定湖泊的自净容量，并根据自净容量和治理目标确定入水控制量； 

1.3）根据入水控制量确定入水水质，对湖泊周围的污染源进行控制，使入水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》； 

1.4）对水体的淤泥进行分析，当水体未受污染，其底泥则不进行清淤；当施工前河水或湖水水质在国家地表水环境标准GB/3838-2002规定的第五类水质及以下时，则对边坡底部的河床或湖床进行清淤处理； 

2）对边坡进行治理 

2.1）对边坡基础进行施工，当地基承载力＞150kpa时，直接进行边坡施工； 

当地基承载力＜150kpa，使用C20混凝土浇灌地基或碎石夯实基础，使基础的夯实度＞90%； 

2.2）根据步骤1.1）边坡的类型，进行边坡施工； 

3）对湖泊进行生态修复 

3.1）种植沉水植物； 

3.2）种植挺水植物； 

3.3）种植浮叶植物； 

3.4）种植陆地植物，包括草、灌木及乔木； 

3.5）当水质低于GB/3838-2002规定的第五类标准时，投放微生物对水质进行改善； 

3.6）根据水体的水质情况，放养水生动物； 

4）对湖泊进行监测和应急处理 

4.1）对湖泊进行监测包括水质监测和指标性生物监测。

2.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤1.1）中对边坡类型进行设计包括 

当边坡坡度≤30°时，采用以生态毯为主体的柔性护坡； 

当边坡坡度＞30°且＜60°时，采用以生态袋为主体的柔性护坡； 

当边坡坡度＞60°且＜75°时，采用刚柔结合的边坡，所述边坡的骨架采用钢筋混凝土框架或混凝土预制件框架，然后在骨架中间填充生态袋； 

当边坡坡度＞75°时，采用刚柔结合边坡： 

当边坡坡度＞75°且边坡高度＜5m时，采用石笼网箱和生态袋结合的方式； 

当边坡坡度＞75°且边坡高度＞5m时，采用砌石或混泥土边坡组成的刚性边坡； 

当坡形为上陡下缓时，则边坡的下部采用生态毯、边坡的上部采用生态袋; 

当坡形为上缓下陡时，则边坡的下部采用生态袋、边坡的上部采用三维生态毯; 

当边坡为不规则的边坡，采用刚柔结合护坡。 

3.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤1.2）中，根据TP、TN、COD三大指标计算出水体的自净容量； 

公式说明：Pn为磷的24h自净能力，Nn为氮的24h自净能力，CODn为COD的24h自净能力，Sa为常水位以下的柔性边坡面积，Sb为湖面面积，Sc为湖底面积，L为柔性边坡的岸线长度，V为常规库容，Pa为常水位以下柔性边坡的磷的自净系数，Pb为湖面磷的自净系数，Pc为湖底磷的自净系数，其中Pa=12mg～24mg，Pb=6mg～12mg，Pc=5mg～10mg，Pd=16mg～28mg，Pf=0.5mg～1.2mg；Na=32mg～44mg，Nb=28mg～38mg，Nc=22mg～32mg，Nd=38mg～50mg，Nf=2mg～2.8mg；CODa=240mg～320mg，CODb=120mg～180mg，CODc=90mg～150mg，CODa=280mg～400mg，CODf=15mg～25mg。 

4.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤1.2）中，根据自净能力和治理目标计算出TP、TN、COD三大指标的每日承载能力，当入水水质为Ⅴ类水质，治理目标为Ⅲ类水质时； 

公式说明：Xp=磷的最大入水承载能力；Xn=氮的最大入水承载能力；Xcod=COD的最大入水承载能力， 

其中，入水控制量设置为最大承载能力的70%，入水控制量Xr为： 

Xr＝Xmin×0.7 

其中Xmin为Xp、Xcod、Xn三个值中的最小值。 

5.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤1.2）中，日进水量和进水水质无法更改时，则对自净容量是否超容进行计算； 

当自净负荷超过自净容量且小于15%时，则在水体前设计前置塘； 

当自净负荷超过自净容量用大于30%时，则在水体前设计前置塘和稳定塘。 

6.根据权利要求2所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：当采用石笼网箱和生态袋结合的方式,石笼网箱装填填充物时，在靠近水面的一侧竖放生态袋，然后在剩余空间装填碎石和泥土；装填碎石的同时，装填泥土。 

7.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤3.6）中，投放鱼类包括滤食性鱼类和草食性鱼类；其中滤食性鱼类包括鲢鱼、鳙鱼，草食性鱼类包括鲩鱼，鲢鱼、鳙鱼、鲩鱼的投放比例为7：2：1，所述草食性鱼类的投放在植被成熟以后投放。 

8.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：当入水水质不达 

GB/3838-2002规定的第五类标准时，首先投放微生物对水质进行改善，快速去除水体富营养化、分解可溶性的有机物质、除去腥臭、降解悬浮颗粒、提高水体透明度，最后以降低生化需氧量BOD、化学需氧量COD指标。 

9.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤4）中，当湖泊内的蓝藻爆发时，采用植物和生化法相结合的处理办法，即在蓝藻爆发的预警期投放紫根水葫芦；当蓝藻爆发时，首先，全池泼洒沸石粉，标准为15g/m2，使蓝藻絮凝；然后，全池泼洒微生物浓缩液溶藻型，用量为1克/m2，间隔4～6小时，最后，通过泼洒无机磷改变并平衡氮磷的比例。 

10.根据权利要求1所述的一种用于湖泊水环境治理的一体化方法，其特征在于：步骤4）中，当工业废水直接排放入湖泊，使入水水质不达GB/3838-2002规定的第五类标准时，首先根据工业废水污染物的实际含量，计算出氮磷的处理缺口： 

公式说明：Qp为关于磷的处理缺口，Qn为关于氮的处理缺口，Qn为关于重金属的处理缺口，X为工业废水污染物的实际含量； 

然后根据各污染物的处理缺口和所选微生物的处理能力，计算出微生物的投放量： 

公式说明：Wp为关于磷的微生物品种的投放量，Wn为关于氮的微生物品种的投放量，Wz为关于重金属的微生物品种的投放量，G为每升微生物制剂处理污染的能力； 

投放反硝化型微生物浓缩液； 

投放聚磷型微生物浓缩液； 

根据工业废水中重金属的主要成分确定投放硫化型、络合型微生物浓缩液，投放时，需要在现场进行活化培养，然后泼洒到污水排放区域。 

Images