富营养化水库生态修复技术水华预控技术思路

富营养化水库生态修复技术水华预控技术思路
前言
随着工业化、城市化以及农业的发展，大量营养物质随工业废水、城市生活污水和农业地表径流等排入水体，导致水质污染和水体富营养化现象日益严重。

据联合国环境规划署的一项调查，在全球范围内30%～40%的湖泊和水库受到了不同程度富营养化的影响。

我国江河、湖泊和水库众多，多年以来的调查结果表明，富营养型化湖泊个数占调查湖泊总数的比例，由20世纪70年代末的41%发展到80年代后期的61%，至20世纪90年代后期又上升到77%。

湖泊水库富营养化藻型水体显著特征是浮游植物大量发生，造成水质恶化、水体功能下降、水生生物死亡，制约了湖泊水库资源的可利用性，饮用水水源地藻类水华爆发，产生多种藻类毒素，直接影响人类的健康生存与社会经济可持续发展。

水库水华爆发的主要原因是适宜的温度，缓慢的水流流态，总磷、总氮等营养盐相对充足，能给水生生物(主要是藻类)大量繁殖提供丰富的物质基础。

控制水体富营养化，国内外普遍采取技术思路的是：控制外源性营养盐输入与消除内源性营养盐影响的治理相结合。

采用物理—生态系统工程，运用生态修复技术，维持当地水源地水体水质，充分发挥资源的生产潜力，同时兼顾景观修复，是目前防治水库水源地环境污染的根本途径。

一、设计指导思想及原则
1、指导思想
围绕恢复水库饮用水源地的目标，减少非点源污染物入库，消除内源营养盐影响，总体实现水体达到国家饮用水水源地水质Ⅱ标准，提高水体的生物多样性和自净能力，降低水体富营养化程度，发挥高等水生植物吸收净化、抑制藻类、促淤防浊、水质澄清等功能，提高水体透明度。

2、项目原则
（1）保证工程的安全性、稳定性和耐久性原则
（2）生物群落多样性与生物环境多样性相统一原则
（3）生态系统自我设计、自我修复原则
（4）景观尺度及整体性原则
（5）反馈调整式设计原则
二、设计规模和期限
1、设计规模
设计水库库容为50万立方米，深度为10～15米，取水口处距水底3～5米。

2、实施年限
工程设计30天、工程施工120天、运行调试30天。

三、污染现状
宁波共有40个乡镇以上饮用水源分布在11个县市区。

历年的28项指标和06-08年的108项指标全分析表明，这些水源地总体水质较好，但几乎所有水库的总氮都超标，有13个水库水体曾现中等富营养状态。

前年有包括姚江再内的5个水源地发生蓝藻水华，08年4月开始又相继有3个水源地爆发甲藻、硅藻水华。

四、污染源分析
水库富营养化的主要原因是点源污染、空气降尘、农业面源污染等外源污染,使水库水体中N、P等营养盐和有机物逐渐累积，加之水体流动缓慢、温度过高等，而N、P等营养盐的积累是形成水库富营养化的关键因素。

1、点源污染
点源污染主要来自沿岸及流域的工业污染点源排放、旅游餐馆、居民区生活污水等，是水源水库重要污染源。

2、农业面源污染
农业面源污染主要来源于水库或流域农业生产施用化肥，粗放型农业并非根据作物生长的需要进行配方施肥，过量N、P肥料不能完全被作物吸收，随地表径流进入水库；或下渗形成亚表面流，通过土壤进行横向运动，最后排入水库；或通过土壤层下渗到地下水中，地下水再补给水库。

此外，农业废弃物、养殖动物排泄物等进入水库污染水体；网箱养鱼也是目前导致水库富营养化的一个重要原因。

3、天然污染
主要包括酸雨、空气降尘等因素，也能导致水库水质下降。

水库底泥内源污
染，在气温骤变时，上下层对流将富含营养盐的底泥带入表层。

五、生态修复区域定位
结合根据水库水源地特点，分别在河口带、水库消落带、库区、取水口等四个区域进行生态修复，从而改善水源地的水体水质。

六、工艺路线
针对水库富营养化的水质现状和治理目标，结合水库水质污染成因分析拟选用入库口湿地恢复工程、消落带面源削减工程、库区生态净化工程以及取水口拦藻工程，由生物工程技术和环境工程技术的集成组成如下工艺路线：
七、技术措施平面布置图
八、可选用的专项技术分析
1、人工水草
人工水草是对现有的多孔高分子材料进行改性、比选、优化而成。

多孔材料除了具有很大的比表面积外，还带有正负表面离子。

材料来源丰富，价格低廉，环境安全性好。

它是一种原位水质改善技术，尤其适合富营养湖泊、水库水质的改善。

对富营养水体进行的小、中试结果表明：水质改善效果显著，见效时间短，布放人工水草一周左右，水体透明度显著提高，水体叶绿素水平显著降低，水体景观质量得到明显改善。

人工水草价格低廉，生产、布放及维护都很简单，可以说是免维护。

布放后不需要再额外追加任何维护管理费用。

2、沉水植物
（1）扦插移栽法
扦插法是水生植物栽培的最常用的方法。

在水深40cm以下的区域，透明度和泥质底的条件下用此方法。

在两岸水位较浅的地方扦插沉水植物枝条。

（2）盆栽法移栽法
在底质条件不允许直接移栽的情况下，采用生态种植皿移栽沉水植物，将植物营养繁殖体用盛有营养土的直径12cm，高9cm种植皿直接沉入河底，适宜水深40-80cm的区域。

（3）半浮式载体移栽法
针对水深超过100cm以上或透明度不足的情况下水生植物的移栽困难，可利用载体移栽沉水植物的技术。

其方法是将沉水植物通过植物芽苞、植株移栽到吊盆载体上，通过载体的逐步沉降来克服富营养化水体透明度低的问题,待沉水植物植株生长到一定程度后，适应再沉降到水底。

3、前置库
前置库一般有三部分组成，即沉降系统、导流系统和强化净化系统组成。

（1）沉降系统
利用入库口周围地形，加以适当改造，把地表径流引入沉降系统。

（2）导流系统
为防止前置库系统暴溢，超过设计暴雨强度的径流通过导流系统流出。

（3）强化净化系统
①砾石床过滤：利用微生物及植根系转化、吸附、吸收，去除 N、P 等营养物质；
②净化浮岛净化：种植具有经济价值的挺水植物，利用其根系收营养物质，同时促进泥沙和其它颗粒物沉降；
③水生生物净化区：利用高效水生生物的净化作用以及生物浮岛、固定化脱氮除磷微生物以及高效、易沉藻类等人工强化净化技术，高效去除N、P；放养滤食性的鱼类、蚌和螺类；底播一定密度的底栖动物及滤食性鱼类，以有效去除悬浮颗粒、有机碎屑及浮游生物，促进良好生态系统的形成。

4、人工湿地
人工湿地床由底部到表层依次铺设粗砾石、细砾石、沸石、粗沙。

在砂层，种植各种植物，植物配置，通过对区域土著植物的调查，筛选具有良好净化能力
植物作为人工湿地配置的功能植物。

5、漂浮湿地
又称“移动式人工湿地”，利用陶粒、生物碳等填料作为浮力材料，和植物构成可拼装的漂浮湿地，克服了常规植物滤床的缺陷；独特的专利结构设计，可使能培育的植物类型多样化；填料、植物、药剂协同作用，强化了治理效率；成本低、寿命长、宜养护。

6、生物栅
本工程主要采用生物栅技术来进行治理，它的机理是使工程菌和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在填料上生长繁育，形成膜状生物污泥，水体与生物栅接触时，水体中的有机污染物、藻类、氮、磷等营养物，被生物栅上的微生物所摄取，使水体得到净化，微生物自身也得到繁殖。

这种处理方法能够有效的去除污水中氮磷总量，使水体得到净化。

生物栅选用无毒高分子合成材料—立体弹性填料，产品孔隙可变性强、使用寿命长、表面挂膜迅速，使用寿命10年（比表面积：1∶310）。

7、人工鱼巢
人工鱼巢可满足水体中上、中、下不同鱼类的习性需求。

该鱼巢的尺寸要以主要保护鱼类的平均长度为参考依据，这种鱼巢内部有连续的空腔,分层布置于护岸之中,从而为鱼类等水生生物和两栖动物提供了一个安全的繁衍生息空间,
有利于它们躲避天敌,起到保护生物多样性的作用。

8、植物筛选技术
植被筛选，是按照植物群落演替规律,根据提供的消落带不同高程的成陆期长短，及上、中、下三带的生境特点，人为选择与之相适应的植物，进行人工生态恢复。

有意识地选择一些经济类林草进行重建组合，最大限度地发挥消落带的经济功能；按照湿地生态系统结构，人为地配置草、灌、乔植物同时进行栽培，促进湿地群落的快速形成。

选择一些适合本地区气候及环境的草本植物，如芦苇、荻、香蒲、灯心草、百合草、香根草、狗牙根及一些牧草等形成草本群落。

草本一般是密丛型生长,根系十分发达，从节上长出不定根向四周发展，形成极其发达的地下根系网，对削减面源污染起着十分重要的作用。

9、净化浮岛
净化浮岛利用生物治污原理，通过植物根系吸收水中营养物质，同时植物根茎附着大量微生物，形成生物膜，利用这一原理净化水质。

植物选择营养吸收率高的品种，在美化水域景观的同时，削减水体中富含的氮、磷等。

净化浮岛由直径1cm左右的细竹做龙骨，渔网作为载体，框架竹材的机械性能强，符合技术要求，使用寿命3-5年。

净化浮岛载体由无毒有机高分子材料
制成，使用寿命3-5年。

10、太阳能除藻净化机
其作用原理是通过采用太阳能光电板将太阳能转化为电能，并利用它带动高效的涡轮扇产生层状缓流，从而使得较大范围内水体产生表面流。

通过与深层水交换作用相结合，实现较大水域的纵横向环流。

从而增加该区域底层水体的溶解氧，加快微生物的代谢活动，加速水体中N、P等污染物降解的速率，降低污染物负荷。

通过水体交换作用破坏水中浮游藻类的生活环境，抑制和减少水华藻类的繁殖，从而达到控制水华及缓解水体富营养化程度的作用。

治理前治理后
11、超微气泡技术
超微气泡在去除有机污染物、水体复氧、水体活化方面具有明显的技术优势，而且运行成本低，无二次污染。

水中的有机污染物通过超微气泡产生的高温热解、
自由基氧化和超临界水氧化三个不同途径得到有效降解去除。

巨大的接触面积和较高氧利用率提升了水体的复氧速率，保证了足够的溶解氧量，使水体具有一定的自净能力，其功能特点为：
（1）增加水体溶解氧浓度
（2）形成羟基自由基，杀死藻细胞，抑制水华的爆发
（3）上浮水体悬浮颗粒物，提高水体透明度
（4）改善底质氧化还原电位，抑制底泥污染物的释放
（5）通过超临界水氧化的途径，降解水体有机物
A为微气泡发生前，照片B、C为产生微气泡状况，
照片D为停止产生微气泡后，从底部开始逐渐透明。

12、水质理疗船技术
易发生水华的水库一般内源污染严重，而常规的疏浚工程又存在投资大、工况复杂、底泥二次污染等问题。

“多功能水质理疗船”作为一种小型的、机动灵活的水质养护船，能在给水体冲氧的同时，又能随时将水体表层淤泥无机化、减量化，从而实现水质的不断改善。

水质理疗船具有以下功能：
通过底部冲淤、气凝浮淤去除水体底部的中上层浮泥；
进行水体和底质微泡曝气复氧,抑制N、P释放；
通过气浮原理，收集水体中的藻类、浮油及其他悬浮物；
潜水造流，促进水体垂直交换，
通过羟基自由基的作用，抑杀藻类。

13、生物炭技术
利用可以高效去除污染物的生物炭技术，并合理配置各种生物要素，使全年有长效净化能力。

生物炭技术（竹炭-壳聚糖复合吸附剂）：本工程采用生物炭技术，原位降解内源污染，控制水体碳氮磷循环，在水流平缓的取水口区域施用一次，10天内可使COD值降低50%，TN、TP降低30%以上。

此项技术关键是采用了竹炭-壳聚糖复合吸附剂，克服了用微生物处理和常规活性碳存在使用寿命短、吸附饱和、不能深度处理等缺陷。

解决了壳聚糖密度小、使用成本高、在酸中易溶解流失的问题，也克服了单纯使用竹炭吸附量小，吸附后沉降的困难；该吸附剂还不影响水的本底成分，适用于饮用水净化及污水
处理。