中国西部科技 ２０１ １￣－０７月（中旬）第１Ｏ卷第２０期总第２５３期 东莞生态园新排渠水质改善与生态修复 徐德天 钟铿锵 （东莞生态园管理委员会 广东东莞５２３６６８） 摘要：通过水生植被构建、水生动物种群培育、水体循环遣流、生物接触氧化及曝气充氧等手段减少水体中Ｎ、Ｐ含 量，增加透明度及提高水体溶解氧含量，有效改善渠道水质。 关键词：水质改善；生态修复 ＤＯｌ：１ ｏ．；５９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ６７１—６；３９６．２０１ １．２０．０２４ ｌ 概述 东莞生态园新排渠建设工程由新排渠、福隆渠、埔 心、文庙渠、坑尾渠、坑尾一渠等９条支渠组成，排渠整治 总长度为８．５ｋｍ，各渠汇集了茶山、石排的生活及工业污 机理示意图如下 水，ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＴＮ、ＴＰ超标严重，渠道水质为劣Ｖ类水。 如何有效改善新排渠及支渠水质是构建生态园“碧水蓝 大”生态廊道的基础＿［稗，因此，其工程建设在满足渠道 防洪、排涝功能的前提下，还要求营造自然、有趣的渠道 景观、营造良好的水质和健康的水渠生态系统。 ２ 水质改善与生态修复建设的任务 结合排水渠防洪、排涝工程设计与绿化景观工程设 计，对排渠１．５ｍ高程以下的水陆交错带和水域范围进行水 质改善与水生态修复。根据各．ｉ－４｝水渠流域的气候气象与水 文特征、原生态水生生物状况对生态同水系进行综合整治 规划要求，任务主要有： （１）水生植被构建； （２）重要 水生动物种群培育： （３）水质改善与保护。 水生植物净化水质机理示意图 水生植被构建主要包括０．８～１．５ｍ高程水陆交错带湿 生、挺水与浮叶植物群落构建４￣１：１－０．３ｍ高程种植平台区沉水 植物群落构建两部分。种植于新排渠、田边支渠、中坑二 渠、坑尾一一渠、坑尾排渠、文庙排渠、下沙二渠、福隆排 ３ 建设的原则 （１）“以人为本、申态优先”原则：遵循牛态学基本 规律，营造有利于人类健康与人居的水环境； （２）可行性 原则：技术适用、先进、可靠，工程的建设与运行可操作 性强，经济卜可承受，效果 著； （３）安全性原则：工程 不对水环境带来损害，小会弓１发有害物种入侵，应能提高 水环境的安全性。 渠和涌美排渠各渠两岸相应区域，其植被构建总呵积为 ５．９４万ｆｉｆ ，其中水陆交错带湿生、挺水与浮叶植物群落种植 面积为２．８６万ｍ。，沉水植物群落种植面积为３．０８万ｍ 。 种植的植物品种：湿生与挺水植物主要有再力花、梭 ４ 建设内容 ４．１水生植被构建 鱼草、纸莎草、风车草、花叶芦竹、菖蒲、香蒲、各种荚 人蕉等；浮叶植物主要有各种睡莲；沉水植物主要有苦 水牛植被构建包括沉水植物构建、挺水植被构建和浮 叶植物构建，其中沉水植被构建是重点和难点。水生植物 草、菹草、眼子菜科、伊乐藻等。 ４．２水生动物种群培育 水生动物种类繁多，重要水牛动物种群培育主要为重 要鱼类种群的培育和重要大型底栖无脊椎动物种群的培 育。 通过生长吸收水体中的营养物，减少水体巾的氮、磷的含 量；通过光合作用向水体或通过根系向底泥输送氧，提高 水体溶解氰含 ；为好氧生物如微生物等提供附着场所， 使微生物分解水中行机物；植物根系向水底沉积物提供氧 气，并在根 形成高效吸收营养物质和高效降解污染物的 微生态环境，减少沉积物悬浮。水生植物对营养物和光能 的竞争可抑制浮游植物的生长，为浮游动物如轮虫、红虫 提供良好的庇护场所，使透明度上升。水生植物净化水质 鱼类是水体中的最主要消费者，它的生长需要吸收水 中的营养物质，降低氮、磷含量。同时通过生物操纵减少 水体中浮游植物的含量，降低水体中氮、磷等营养负荷， 提高水体的透明度，从而改善水质。鱼类净化机理概括示 意 如下： 收稿日期：２０１１一Ｏ５一Ｏ７修回Ｅｌ期：２０１１—０５—２６ 作者简介：徐德天（１９８１一）年，男，湖北潜江籍，本科，水利工程师，水利工程及水环境修复工程管理。 ５０ 鱼类净化机理示意图 大型底栖动物有螺、蚌等，它们的生长能沉积和固化 氮、磷营养盐成分和有机质；同时它们具有较强的从水中 过滤获取浮游植物和悬浮物的能力，将一部分吞食并消 化，另一部分过滤形成所谓“假粪块”排出体外下沉埋藏 于土壤，增加水体的透明度，从而达到净化水质的目的。 其机理示意图如下： 底栖动物净化水质示意图 培育的主要鱼类种群有鲫、鲢、鳙、乌鳢、鳜。另 外，根据沉水植物生长情况，适量培育鳊鱼和鲂，但禁止 培育鲩（即草鱼）；根据螺、蚌、蚬等生长情况，适量培 育青鱼；为满足观赏要求，适量培育锦鲤、红鲫、白鲫 等。培育的重要鱼类种群分布于各主渠、支渠水系中，共 ３０００Ｋｇ。 培育的丰要人型底栖无脊椎动物种群有各种螺、蚌、 蚬等。蚌的培育除天然放养外，为普及水生动物资源开发 利用的科普教育，叮ｍ养适量珍珠蚌。培育的重要大型底 柄动物种群分布于各主渠、支渠水系中。 ４．３水质改善与保护 渠水水质改善与保护工程有：①水体循环造流工程； ②生物接触氧化工程；③曝气充氧工程。 ４．５．１水体循环造流工程 健康的水生态系统应该是一‘个水体流畅、水环境质量 良好、生态系统完整、人水和谐的水生态系统。但足大部 厂＿］竺查壅 分时间，园区内渠道水流是静止的，水质易腐败发黑发 臭，因此必须增加水的流动性，使部分水体动起来，达到 流水不腐和增加水体可观赏性的目的。 水体循环造流工程 是强化提高渠道水质自净能力的重要技术措施。建造的局 域水体循环造流工程如下： （１）南畲朗排渠（下游渠段）一燕岭高水力负荷湿 地一新开渠循环造流系统：由燕岭ｌ号（１００００ｍ￣）和２号湿 地（２００００ｍ ）、燕岭人工湿地系统、南畲朗渠水提升泵房 （三座）构成。 （２）坑尾一渠一南畲朗排渠（中游渠 段）一坑尾渠循环造流系统：由坑尾一渠渠水提水泵站、 输水管道组成。 （３）埔心排渠循环造流系统：由埔心排渠 渠水提升泵房和连通旁辅渠的输水管道组成。 （４）文庙排 渠循环造流系统：由文庙排渠渠水提升泵房和连通旁辅渠 的输水管道组成。 （５）田边排渠、中坑二坑、下沙二渠、 福隆排渠、涌美排渠等“断头渠”的自循环造流系统：由 各个排渠的渠水提升泵房及自循环造流输水管道组成。 ４．５．２生物接触氧化工程 渠道内水质发臭，黑臭除了外源以及内源性污染外， 还由于河道内的微生物对河流所纳污染物的好氧分解下 降，水生动物消亡腐败所致。因此，为更快解决污染问 题，增强河涌的白净能力，需要构建河道型生物接触氧化 工程。 生物接触氧化是利用生物膜技术为微生物提供环境， 通过微生物的新陈代谢作用来净化水体，即在渠道一定范 围内布设活性藻菌膜载体（又称人工水草），用以净化水 质。该活性藻菌膜载体是水生所担任国家“８６３”项目在国 内首创用于河湖治理的专利产品。 生物膜载体截面放大图 生物膜载体采用惰性很强的高分子材质，具有良好的 物理稳定性和化学稳定性，使用寿命长（一般十年以 上）。每平方米载体能够提供约２５０ｍ 的表面积（生物带厚 度约为０．８～０．７ｃｍ），可以为水中细菌和微型生物的生 长、繁殖提供巨大的生物附着表面。在生物带的一个断面 上，由外及里形成了好氧、兼性、厌氧三种反应区，五个 反应面（如上图）。在好氧区，好氧菌将氨氮转化为硝态 氮，并把小分子有机物转化为二氧化碳和水（把可溶的无 机磷转化为细胞体内的ＡＴＰ）；在厌氧缺氧区，反硝化菌将 硝态氮转化为氮气（把难分解的大分子有机物分解为可降 解的小分子有机物以及二氧化碳和水）。最终污染基团就 被分解转化成Ｎ 、ＣＯ，和Ｈ，０。 由于新排渠在平水期水体和外界交换较少，仅仅依靠 水生植物和水生动物的净化机制不能有效的改善水质，同 时新排渠受限制渠段断面为直墙断面，不利于水生植物的 种植。因此，为保证生态修复工程的完整性，在新排渠进 （下转第０ ７页） ５１ 厂］ （常开型），Ｊ为１２Ｖ直流继电器，Ｊ Ｊ， 为１２Ｖ继电器常开触 董 查一下装置上的Ｄ１和Ｄ２，如果Ｄ１不亮Ｄ２亮，则说明现在仍 处于停水状态：如果Ｄｌ亮Ｄ２亮，则说明现在已来水了，但 此时装置正处于保护状态。要恢复供水，必须按动Ｋ，，Ｋ 触 点断开（此时Ｋ 已是断开的）使Ｊ失电，Ｊ．．、Ｊ 断开，则 Ｊ 失电，电磁阀阀门打开，同时Ｄ２熄灭，解除了装置的保护 状态使装置回到了以上“１”所述的状态，水龙头便可恢复 正供水。 点，Ｒ。、Ｒ 为１Ｋ限流电阻，Ｄ１、Ｄ２为发光二极管。 工作原理： （１）Ｋ 闭合，给电路供电，Ｋ 置断开状态。在自来水 管道中有水时，必然有一定的水压存在，此时水压开关中 Ｋ 闭合，Ｋ 断开，Ｄ１通电发绿光以示有水，Ｊ和Ｊ 不得电， 电磁阀阀门处于开启状态，水龙头的出水由水龙头阀门控 制，装置处于正常供水状态。 Ｅ ＋ｌ２￥ （５）装置中的Ｋ 是用来直接手动控制电磁阀阀门“开 ／闭”的，一般情况下处于断开状态，电磁阀阀门的“开 ／闭”受Ｋ 和Ｋ 联合控制。当手动Ｋ。闭合后，Ｊ 和Ｄ２被强制得 电，此时无论停水与否，电磁阀阀门都被强制关闭，同时 Ｄ２通电发红光以示电磁阀阀门关闭，这为使用者提供了手 动关“阀门”（未停水时）的功能，以便对该装置水龙头 一侧的水管管道进行维护和维修。 本装置的控制电路可采用单片机控制，也可采用继电 ４ 结束语 器控制。经分析和已有的经验，并结合本装置的特点和使 用场合而言，采用继电器控制相对单片机控制来说具有工 慰 作稳定、可靠性高、成本低、装配工艺简单、安装方便等 优点；特别是该装置处于正常供水状态下，几乎不耗电 （只有一只发光二极管点亮），而停水的累计时间所占的 固２电气控制电貉原理圈 （２）停水时，水管中的水压降得很低或消失，这将导 致水压开关中Ｋ 断开，Ｄ１熄灭；Ｋ 闭合，Ｊ得电，Ｊ 和Ｊ 闭 合。Ｊ 保持Ｊ持续得电，Ｊ。。使Ｊ 得电￣ＩＪＤ２通电发红光以示停 水，Ｊ 得电开始工作使电磁阀阀门关闭，切断进水口与水龙 头的连接通道，装置进入保护工作状态。 比例很小，所以一个蓄电池可使用好几年不用更换。从目 前市场和应用情况来看，还没有一个正规的能进入普通家 庭的产品；如该装置能得到推广使用的话，无疑会给广大 使用者带来福音，给生产者带来可观的利润。它不仅可用 作家庭供水总阀，还可用作宾馆、企事业、机关等单位的 非腐蚀性中压管道流体或气体的总阀。本装置经过长期的 试验性使用，其效果得到了充分的验证，并于２００４年获得 了国家实用新型专利。 参考文献： ［１］王煜东主编．传感器及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００８，０６． ［２］李崇华编．电气控制技术［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，２００４，０９． （３）停水后再来水时，由于水压升高， 闭合，Ｄ１通 电发绿光以示有水了；同时Ｋｖ２断开，但由于Ｊ 的自保作用使 Ｊ仍然处于得电状态；Ｊ Ｊ 和Ｄ２仍然保持停水状态不变。这 样即便水龙头的阀门没有关好，中途到来的水也会被电磁阀 阀门阻挡住，而不会从水龙头中流出来了，达到了防止“跑 水”的目的。这就是本装置防止跑水的原理。 （４）人回家后，打开水龙头发现没有水时，可立刻检 （上接第５ １页） 行生物接触氧化工程，采用的活性藻菌 河水中充入空气而提高水体溶解氧的水平。 ５ 结语 渠道水质改善与生态修复是一个系统工程，受到外界 膜载体布设总量为６９３７ｍ ，分布于整条渠段，采用预制钢筋 混凝土桩固定于渠底。 ４．５．５曝气充氧工程 的影响的条件较多，特别是截污管网的运行与之息息相 关。构建相对稳定的系统，是一个逐步形成与发育的过 程。为巩固整治成果，需建立健全和全面推进水体长效管 理机制。 参考文献： ［１］东莞生态园管理委员会、中国城市规划设计研究院．东莞生态 园水系及水环境整治综合规划说明书［Ｋ］．２００８，０５． ［２］ＧＢ３８３８—２００２．地表水环境质量标准［Ｓ］． 坑尾一渠中的水体富营养化严重，阳光很难投射到下 层水体而变为厌氧分解状态也会散发出难闻的气味，水质 劣于Ｖ类水体。因此必须采取强化措施提高渠道好氧代谢 能力，改变单纯依靠大气复氧的被动机制，转变为大气复 氧、人工曝气复氧相结合的主动机制，为净化水体污染物 的各类活性微生物群落创造有利的生境，也为快速消除黑 臭和有机污染物创造有利条件。 渠道曝气是人为的向河中充入空气或氧气，根据坑尾 一［３］ＧＢ／Ｔ１８９２１—２００２．城市污水再生利用・景观环境用水水质［Ｓ］． ［４］ＧＢ１２９４１—９１．景观娱乐用水水质标准［Ｓ］． 渠的水深情况采用提水式曝气方式。在坑尾一渠安装２台 ［５］ＧＨＺＢｌ－１９９９．地表水环境质量标准［Ｓ］． 曝气机，运行方式为间歇运行。其原理是通过曝气装置向 ０７