辽宁友谊宾馆青年湖水质改善方案分析比选

【摘要】辽宁友谊宾馆青年湖平均水深5m，青年湖湖水来自其临近的北运河河水。每年补水50万m3。由于北运河河床高于青年湖湖面，故青年湖只能从北运河引水，无法向北运河排水，使整个青年湖形...

【摘 要】近年来，辽宁友谊宾馆青年湖水质较差、透明度较低。主要是由于湖水中磷、氮含量过高，导致湖水富营养化。本文以“减污、生态”为设计思路，通过多次采样对青年湖湖水现状进行了分析，并提出了多个设计方案，最终确定了生态修复方案，以确保湖水水质在改善提高后保持长期稳定效果。

【关键词】青年湖；富营养化；生态修复

辽宁省政府对辽宁友谊宾馆青年湖水质改善工程非常重视，同时我国在污染湖泊的治理方面，工艺技术相对成熟，可确保湖水水质得到有效改善。为了更好地迎接2013年12届全运会在辽宁召开，辽宁省政府与沈阳市政府加快了对市区环境的整治，为城市污染湖泊治理工程建设提供了资金保障。

1.工程概况

青年湖历史上隶属于北陵公园，1971年，为了改善接待环境，确保政务接待的安全，省政府决定将北陵公园西侧12万平方米的青年湖区划入友谊宾馆范围。1985年，省政府投资对青年湖进行了清淤改造；2002年，省政府对青年湖及周边环境进行了综合改造，按照与北陵公园建筑风格相协调的原则，修建了仿古围墙，沿湖甬道。同时为了防渗在青年湖底铺了一层无纺布。

辽宁友谊宾馆青年湖平均水深5m，青年湖湖水来自其临近的北运河河水。每年补水50万m3。由于北运河河床高于青年湖湖面，故青年湖只能从北运河引水，无法向北运河排水，使整个青年湖形成死水。

2.水环境问题分析

在对友谊宾馆青年湖基本情况进行了解之后，辽宁省环境科学院对辽宁省友谊宾馆青年湖进行多次采样调研。

首先，辽宁友谊宾馆青年湖大部分点位总磷为0.5-1mg/L之间，个别点位总磷达到2mg/L。大部分点位总氮为2.3-3.5mg/L之间，个别点位总氮达到4.5mg/L。

其次，从监测结果来看，青年湖大湖水质COD指标介于《地表水环境质量标准》III类水质和IV类水质之间。总氮和总磷指标属于劣V类水质。

第三，青年湖属于城市深水湖泊，监测结果表明，不同深度水温差异显著。但总氮、总磷等指标无显著差异，说明不同水层之间存在垂直水体交换。水质改善工程需处理的水量为全部湖水，总水量为48.25万m3。

第四，青年湖水质透明度下降主要是由于湖水中磷、氮含量过高，导致湖水富营养化。从而使湖中藻类大量繁殖，湖水颜色变绿、变深，透明度下降。

3.工艺方案比选及可行性分析

3.1处理水量及设计规模确定

辽宁友谊宾馆青年湖水面面积约10万m2，分为小湖和大湖两部分。其中小湖5000m2，平均水深1.5m。大湖面积9.5万m2，平均水深5m。本工程项目处理总水量48.25万t。

3.2场址选择

由于考虑到友谊宾馆青年湖周边可用地比较紧张的情况，按照水质净化与景观建设相结合，尽量减少工程痕迹，以生态修复为核心的原则，采取原位生态修复，在湖面建造人工浮岛，在小岛、小湖和大湖西南角各安装一套循环过滤系统，并做相应隐藏处理，同时为了增加氮的去除效果，可串联一个沸石过滤装置，在水下安装静音水下风机。

3.3工艺方案比选

根据辽宁友谊宾馆青年湖水质现状及处理目标，共提出4套方案进行比选。一是通过建设净化设施对来水进行净化处理，二是采用抽取地下水补水，三是采用投加药剂的方案，四是采用水质生态修复系统工程。

3.3.1北运河河水净化后补给青年湖方案

源头治理是一切污染治理的根本方法[1]。友谊宾馆青年湖水质较差的原因主要是由于进水氮、磷含量过高。为了从根本上解决这一问题，提出抽取地下水对青年湖补水和北运河河水净化后对青年湖补水两套方案。

目前辽宁友谊宾馆青年湖每年从北运河进水3次，第一次进水30万m3，第二次、第三次进水，每次进水10万m3。一般进水在5天内完成，每天进水6万m3。由于友谊宾馆场地条件限制，选用相对占地较小的石英砂滤池或者生物活性碳滤池。滤池滤料厚度为2m。滤速可以达到10m/d，处理6万m3/d的水量，需要滤池有效面积6000m2。加上构筑物墙体、设备间、管道等占地，总占地面积达到近1万m2。从卫星照片上观察适于建设进水过滤系统的青年湖东南角除去保护隐私的围挡等，可用地总面积不足3000m2，不能满足需要。

目前的进水方式是第一次进水在5月1日前完成，进水30万m3。这主要是因为：一、经过一年的蒸发，升华，青年湖景观用水严重缺乏，急需补水。二、5月1日前后，大伙房水库放水用于北运河沿线水田“泡地”，此时水质较好。如果采用全年进水，北运河水质较差时单靠滤池达不到处理目标。三、5月1日过后各种政务接待陆续开始，必须保证青年湖景观的完整性，短时间，高水力负荷进水。所以将进水时间调整为每年5月至9月均匀进水以降低日进水负荷是不可行的。

由于友谊宾馆可用于建设项目的场地有限和短时间、高水力负荷进水的特殊要求。采用北运河河水净化后补给青年湖方案是不可行的。

3.3.2抽取地下水补水方案

友谊宾馆绿化用水每天用水700m3。同时考虑到湖水蒸发等因素，每年补水50万m3。由于湖水较深，冬季深层湖水并不结冰，补水为全年补水，平均每天补水1370 m3，每小时流量57 m3。采用上海蓝升泵业200QJ50-78/6 19.5KW，流量60m3，扬程78m。单价 6048元。运行费用主要是水泵电费和自备井水费。合计年运行费用109.67万元。

从上述分析可以看出采用抽取地下水补水方案，投资成本和运行费用都比较低。但此方案在进行投资估算中假设了2个前提：1、不用经过地质勘查，可以确定抽取70m深地下水时青年湖水位不下降。2、根据辽宁省及沈阳市相关法规，抽取地下水补充景观用水是允许的。

通过进一步的调查研究，我们发现友谊宾馆青年湖最深处水深达12m，湖水已经与浅层地下水相连接，很有可能抽取70m深地下水时会形成小循环，无法通过抽取地下水补充青年湖水。另外在《辽宁省禁止提取地下水规定》中提出，自2011年4月1日起施行，全省各地禁止提取地下水。

因此，抽取地下水补给青年湖景观用水，不仅在技术可行性方面存在问题，在政策法规方面是坚决禁止的。

3.3.3投加药剂方案

投加药剂是治理重污染水体常用的方法。重污染水体由于厌氧反应产生氨、硫化氢等臭味气体时，通过投加各种氧化剂可以快速缓解和降低臭气浓度，取得较好的效果[2]。常用作杀藻剂的化学药品有硫酸铜和西玛三嗪。采用药物，数天内对杀藻会起到效果，但长期使用会造成湖泊退化。

使用化学药剂除藻，需要向水中引入新的化学成分，这些化学成本不仅对藻类有抑制性，对其他生物也存在毒性。如治理微囊藻水华的方法，多用硫酸铜等药物清杀，但在生产实践中发现有时候并不理想，往往在清杀之后，微囊藻水华照样大量出现[3]。此外，现阶段的清杀药物对藻类并无选择性，在杀死微囊藻水华的同时，也杀死了其他藻类，污染了水体。

辽宁友谊宾馆青年湖湖底铺设防渗膜，如果采用一般的氧化剂或絮凝剂投加方案，将对整个青年湖的生态链造成极大不良影响。所以本次药剂投加方案选用了一种韩国GCM水处理剂，该水处理剂选用天然无机材料作为原料，通过酸化、煅烧、粉磨等多道工序制作而成，处理效果较好。GCM天然复合无机水处理剂价格是64.9元/kg，GCM是1kg大约能处理40吨的水，所有总水量是95万吨，所以大约需要是23.75吨。一次投加药剂的药剂投资为154.14万元。一次投加药剂后可维持较好水质时间为1个月。

由上述分析可以看出，虽然GCM天然复合无机水处理剂生态安全，处理效果好。但由于青年湖水量太大，GCM药剂价格相对较高，导致单次加药造价过高，缺乏一定的实用性。

3.3.4生态修复方案

生态修复方案是当前广泛应用于城市湖泊治理的一种综合性水质修复方案集成[4]。北京的陶然亭公园内的景观湖，深圳荔枝湖等众多景观水体均采用生态修复方案。

近年北京陶然亭公园补水水源变为再生水，园区水域水质不断恶化，水华频繁发生。因此，急需通过水质改善工程提高水体水质，抑制水华发生，提升水体景观价值。由于水体及水源的营养元素指标超标严重，采取综合的减污措施加以去除；而水体静止也是造成水华的主要原因，应增加水体的流动性。综合考虑陶然亭湖水的实际情况，选择循环过滤、软性生物膜载体和水生植物等措施去除水体污染物质；通过循环过滤及推流曝气等措施增加水体的流动性。

深圳荔枝湖湖面总面积10.91万m2，蓄水量为10万m3，平均水深1m。荔枝湖污染严重，水质达不到地表娱乐景观水质标准要求，水体感官差，透明度低，湖水呈暗绿色，局部出现黑臭现象。采用水力自动化曝气过滤、人工湿地净化、臭氧灭藻湖水大循环的处理工艺。

辽宁友谊宾馆青年湖与上述案例最大的区别是湖水深。上述案例的平均水深在1m-1.5m，而青年湖平均水深5m，最深处达到12m。这就使整个工程处理水量远远大于上述工程。所以辽宁友谊宾馆青年湖水质改善项目采用了人工浮岛、循环过滤系统，水下风机曝气以及生物操纵等工艺在内的综合性生态修复方案。

生态修复方案安全、可靠运行成本和费用低。而且在改善水质的同时创造出与辽宁友谊宾馆相协调的优美生态环境。

4.结论

针对友谊宾馆青年湖水体富营养化和无清洁补水的现状，重点对青年湖内水质进行综合治理，采用生态修复的方法，确保湖水水质在的改善提高后保持长期稳定效果。

参考文献：

[1]周怀东，彭文启.水污染与水环境修复[M].北京：化学工业出版社，2005：249-260.

[2]刘正文.湖泊生态系统恢复与水质改善[J].中国水利，2006，（17）：31-33.

[3]盛彦清，陈繁忠，秦向春，等.城市污染水体生物修复研究[J].地球化学.2005.34（6）：642-645.

[4]许巍，孙大裕，袁斌.城镇污染河流修复技术研究进展[J].广东业大学学报，2004，21（4）：85-90.