毕业设计——湖泊的生态修复治理方案.pdf

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1、毕业设计 设计题目：某湖泊的生态修复治理设计方案 姓 名：学 号：院（系）：专 业：指导教师：某湖泊的生态修复治理设计方案 摘要：本文设计的对象是位于贵州省贵阳市的红枫湖和百花湖。针对两湖底泥污染严重，以及生活污水、工业废水未经深层处理就排入湖库内，导致湖库内氮、磷浓度高等问题，政府及相关部门组织实现流域内污水的集中处理再排入湖体，投资大力兴建污水处理厂，对排入两湖的水源进行严厉监管，才能从根本上截断外源。提出了首先运用机械疏挖的方法，清除重金属元素等长期积蓄的底泥。其次在湖体内应用曝气循环净化系统，主要可抑制微囊藻的增殖释放有毒物质。这次应用的主要工艺为生态公园水培净化，净化效率高同时也降低

2、了净化成本。本设计计划在红枫湖设置 250 台潜流推流曝气机，在百花湖设置 63 台潜流推流曝气机用于水湖底曝气循环净化，预计有害藻类的去除率可达 86%。在两湖修建的生态公园预计净化效果：COD去除率达26%，SS去除率达44%，BOD去除率达38%，TP、TN 去除率约达 20%。在两湖进行底泥疏挖，可有效的去除了底泥内的重金属元素，并且防止它们向湖水上层扩散。关键词：湖泊富营养化；底泥疏挖；曝气；生态公园修复 Ecological restoration management design scheme of a lake Guo li 090204206(The department

3、of chemical and environmental engineering of Wuhan Polytechnic University,Wuhan Hubei 430023)Abstract:in this paper,the design of the object is located in Guiyang city in guizhou red maple lake and lake flowers.Based on sediment pollution is serious,as well as sewage and industrial wastewater discha

4、rged into lake without deep processing of the rolls,nitrogen and phosphorus concentration is high,lead to lake and related government authorities in organizing basins centralized disposal of sewage discharged into the lake body again,investment vigorously construction of sewage treatment plants,to s

5、trict supervision,into more water could be truncated exogenous from the root.Firstly,itPut forward by using the method of mechanicaldredge sediment removal of heavy metal elements such as long-term savings.Second application aeration in lake body circulation purification system,mainly inhibits the p

6、roliferation of microcystis algae release toxic substances.The application of main technology for water purification ecological park,high purification efficiency of purification at the same time also reduces the cost.This design plan to set 250 units undercurrent push flow aerator in red maple lake,

7、in setting 63 undercurrent push flow aerators baihua lake bottom is used for water circulation purification,expect harmful algae removal rate can reach 86%.Ecological park built in on purifying effect is expected:COD removal rate was 26%,and the removal rate of SS was 44%,and the BOD removal rate wa

8、s 38%,and TP,TN removal rate is about 20%.In two lakes sediment ShuWa,can be effective in addition to the sediment of heavy metal elements,and to prevent their spread to the upper lake.Key words:Keywords:lake eutrophication;Sediment ShuWa;Aeration;Ecological park to repair 目录 1.前言 4 1.1 设计背景 4 1.2 设

9、计目的 4 1.3 设计原则 4 1.4 设计依据 5 2.湖泊的概况及其主要的生态问题.5 2.1 两湖的概况.5 2.2 两湖存在的主要生态问题.5 3生态修复设计方案的工艺设计分析.6 3.1 底泥疏浚工程的选用依据.6 3.2 曝气循环净化系统的选用依据.6 3.3 生态公园水培净化选用依据.7 4 湖泊修复的主要工程措施及规模.7 4.1 底泥疏挖.7 4.2 周边工厂和生活废水的污水处理.10 4.3 循环曝气净化系统.10 5.湖泊修复的生态措施生态公园水培净化.13 5.1 生态公园水培净化系统脱氮除磷的净化机理.13 5.2 建设的生态公园的结构.15 5.3 预计净化效果.

10、15 5.4 成本与经济效益预估.15 6.施工与预算.16 6.1 生态公园水培净化系统施工预算.16 6.2 底泥疏挖工程预算.17 6.3 曝气循环净化系统的工程预算19 7.设计总结与谢辞.19 7.1 本次设计内容的评价 19 7.2 结论 20 7.3 谢辞 20 8 参考文献.21 1.前言 1.1 设计背景 我国的富营养化湖泊主要分布在长江中下游地区，云贵湖区（云南省和贵州省），部分东北山地与蒙新湖区（内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区）。城市湖泊由于面积小，受城市废水影响大，无论地理位置如何已经达到富营养化或是严重富营养化。中国的主要淡水湖泊除了位于人烟稀少地区和处于原始状态的部

11、分湖泊外，其营养盐水平基本达到了发生富营养化的标准。多数湖泊富营养化已处于相当水平。我国湖泊现在主要存在的环境问题有两个：1大量湖泊萎缩消亡，湖泊储水量急剧减少。据不完全统计，经过 30 多年的变化，湖泊减少了约 500 个，面积缩小了 18639km2，占现有湖泊面积的 26.3%，湖泊储水量由原来的 7590 亿 m3 减少到现在的 7077 亿 m3。影响湖泊水量变化的原因主要有气候变迁的影响，泥沙淤积的影响和围湖垦殖等不合理开发活动1。2湖泊水质遭受污染。随着工农业生产的发展，大量未经处理的生活污水、流域非点源与工业废水排入湖内，引起湖泊水体的污染。约有半数以上的湖泊受有机物和营养盐（

12、N、P）影响较严重，尤其以城郊湖泊最为突出。根据我国的国民经济发展速度和污水治理的水平，到 20 世纪末，凡是流域人口面积超过每平方千米 1200 人的湖泊，其水体都达到富营养化水平。我国湖泊富营养化发展的趋势十分严峻。中国的湖泊由于富营养化产生的损害主要如下：1城郊湖泊富营养化水的使用效率明显降低，一些湖泊的水体已经不能作为日常生活用水。2旅游资源的开发和临湖地区的城市化使未处理的污水量增加，加速了湖泊的富营养化。3由于水华成灾导致自来水厂过滤效率下降，产生气味和水质异味问题已经成为公众关注的对象。4富营养化湖泊中的一些藻类还能产生有毒物质2。1.2 设计目的 本文设计的对象是贵州省贵阳市的

13、红枫湖和百花湖。目前两湖水质情况较差，不能满足饮用水水质要求，富营养化情况严重，尤其是磷元素超标。通过本次设计处理，要清除被严重污染的底泥，改善湖体的超富营养化状态，降低湖内磷的含量达到国家饮用水标准，才能保证居民喝到放心的饮用水。逐步恢复其生态功能，提高湖泊自净能力。1.3 设计原则（1）要切实根据红枫湖与百花湖的水质情况和周边环境概况设计合理经济的方案，适宜当地的居民生活、经济发展，尽量达到生态环境和谐和经济发展同步。（2）将控制外源污染与控制内源污染结合起来，才能做到污染防治与生态恢复相结合。（3）遵循自然规律，充分利用目标湖泊的形态结构、水深、水文、气象等水质条件，达到人工干预与自然恢

14、复良好的契合3。1.4 设计依据（1）由国家环境保护局于1988 年 4 月公布的污水综合排放标准;（2）于 1984 年 1 月 1 日正式生效的地表水环境质量标准；（3）于 1986 年 10 月生效的饮用水水质标准；（4）湖泊的自然环境条件。主要包括地形地貌、气象与水文、工程地质、水文地质等。（5）省（部）级政府关于区域水污染治理的任务和期限目标、区域水污染防治物总量制规划。2.湖泊的概况及其主要的生态问题 2.1 两湖的概况 红枫湖水库大坝于 1960 年完工，位于贵阳市西郊，距省会贵阳 28 公里。汇水面积 1610km2，湖面积 57.2km2,总库容为 6.01 亿 m2，平均库

15、容为 3 亿 m2，最大深度 45m，平均深度 10.8m。水库被分为两部分，南湖和北湖。红枫湖区域存在各种各样的产业，包括旅游、船运、养鱼等，为了防止富营养化，政府将逐步禁止在该地区养鱼。红枫湖是贵州省贵阳市的重要水源地（2 600 000 人口）的重要水源地，每天供给城市40 000m3饮用水。百花湖水库竣工于1966 年，位于贵阳市西北郊，距市区 22 公里，在红枫湖下游。汇水面积 319km2，湖面积 14.5km2，总容量为 1.82 个亿 m3，平均容量为 1.10 亿 m3，最大深度 45m3，平均深度 10.8m。百花湖区域的产业也很多，与红枫湖情况相似。同时百花湖也是贵阳市的

16、重要水源，每天向城市提供 25000m3 的饮用水。从 1998 年起，作为控制水体富营养化的措施之一，湖中养鱼已被禁止，但此后仍有少数渔民以水产养殖为生。尽管目前无磷洗衣粉价格昂贵，政府已逐步立法淘汰含磷洗衣粉，减少湖中磷的负荷。2.2 两湖存在的主要生态问题 2.2.1 两湖作为饮用水源的水质令人堪忧 两湖的水质情况较差，距环境质量公报显示：百花湖水质为 V 类，主要超标物总磷和溶解氧；红枫湖水质为劣于 V 类水质，主要超标物为总磷，其中焦家桥、三岔河测点因总磷严重超标劣于 V 类。两湖流域内各种工业、农业、旅游业和居民生活污水间接或直接造成两湖营养盐和有机物过度积累，造成两湖水体氮、磷浓

17、度增加。两湖的水量补给不足导致水体自净能力减弱，湖水污染状况更加严重。2.2.2 周边工厂污水未经深度处理就排入两湖 据调查，贵阳市的水晶集团公司、安顺化肥厂、清镇发电厂、贵阳煤气气源厂、田峰化工公司、贵州化肥厂等化工厂每年向红枫湖排放的工业废水约5758.11 万吨，红枫湖总氮的 60%、总磷的 14%流入百花湖。此外，饮用水源地周边仍有少量小煤窑生产，废弃矿井无人治理，富含铁、锰等有害物质的矿井废水直接排入水体。2.2.3 农业面源污染同时也破坏着两湖水质 由于对农业面源污染危害性认识不充分、管理体制不够明确、缺乏有效地监测和控制等原因，农业面源污染的危害成为两湖饮水安全的主要因素。农业面

18、源主要来源于种植业污染、废旧农膜残留、畜禽养殖业污染和大量农村生活污水和垃圾污染。2.2.4 湖库内底泥污染严重 湖库内源污染十分严重。上游大量化工企业和气源厂的长期无需生产还导致了两湖沉积物中有机物的污染非常严重，在底泥中检测到了高浓度的萘、联苯、菲、苯并芘、硝基苯等多种持久性有毒污染物，底泥中的高浓度重金属、磷和有机污染物会随着水文、季节变化而释放到上覆水体中，对两湖的水质安全构成了巨大地威胁。3生态修复设计方案的工艺设计分析 3.1 底泥疏挖工程的选用依据 3.1.1 底泥疏挖的原理 由于多年的沉积，湖泊及沼泽的底部会堆积大量的污染物，大部分磷集中在底泥中，因此清除含有大量有机物及营养物

19、的淤泥可减少污染物的迅速或者缓慢扩散4。3.1.2 疏挖的方法选择 由于机械疏挖的疏挖费用不太高，被疏挖淤泥中的固体物质多，与水力疏挖相比可以稳定的挖泥。适用于像两湖这样湖深较深的大湖。3.1.3 工艺选择说明 底泥疏挖是一种有效的控制外源污染的手段。本次设计的对象红枫湖与百花湖，它们的底泥蓄积历时长，其中的磷含量很高，还有大量的重金属物质。将底泥从湖体内移出，是控制内源的直接有效措施。适用的水体：当污泥中的污染物影响水质时，可用该方法控制营养物；可由疏挖取出堆积的污泥，使湖泊沼泽的水位加深，并去除有毒物质，控制水生大型植物的疯长。3.2 曝气循环净化系统的选用依据 3.2.1 曝气设备选用依

20、据 本次的曝气循环净化系统选用的主要曝气设备是潜流推流曝气机。由于所设计治理的湖泊湖底环境恶劣，湖深较深，故选用河流湖泊使用的曝气设备-潜流推流曝气机。潜水式推流曝气机是利用空气中氧气注入水体中，具有较强搅拌与曝气助流功能，以达到水中增氧目的，提高水体的溶解氧（DO），恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物得以净化。3.2.2 工艺选择说明 在贵阳市的水源地红枫湖和百花湖分别检测藻类生物量和微囊藻毒素含量。发现了大量有害藻类微囊藻类。在百花湖和红枫湖的鱼类养殖区发现含有带霉味的席藻属，那么饮用水中可能出现气味和味道问题。在人工净化湖水中的六个目的如下：抑制有害的浮游植物的增殖；抑制

21、浮游植物的内部增殖；改善水质；提高地层水中溶解氧浓度；防止锰、铵态氮等的洗脱；稀释和分散有毒物质，如微囊藻。归根结底，曝气循环净化系统能阻止湖底形成厌氧环境，防止营养盐和重金属释放。同时对于防止两湖底泥内的重金属元素和有机物的扩散有关键作用。3.3 生态公园水培净化选用依据 3.3.1 净化系统概况 生态公园通过提供浅的、污染的、流动的水环境，植物种植于此环境中，其根系直接生长于污水中，通过根系系统和植物的生长成功的净化污水6。3.3.2 水培植物的选择 生态公园选择的首先是多年生的、常绿的水生或是湿生植物，形成较平坦的植物带，并根据净化要求或是景观要求，搭配一些挺水植物和非常绿性的植物。植物

22、的选择还需考虑温度和 COD 的适应性，因某些具有地下茎的植物在水培中较难培养。因为温带地区适于水培、具有较高自净能力、能形成群落的植物是水芹和马蹄莲。本次设计选择用水芹和马蹄莲混合栽种7。3.3.3 工艺选择说明 由于底质中重金属污染，不满足大型水生植物生长对底质条件的要求。故不采用恢复大型水生植物来对两湖进行修复。位于贵州市的红枫湖和百花湖是当地的著名风景胜地，游客常年络绎不绝，该设施可以向市民及游客展示污染物被去除的过程，并通过采摘和收获水生植物。花卉等，捕获鱼和贝类等自然生物，使市民受到教育。遵循合理经济这一设计原则，该净化设施处理能达到良好的水质净化效果以外，还具有建设成本低、净化主

23、体为植物无需特别设备及材料、建成后运行和管理费用低的优点，且通过植物的出售还可以获得收益。4 湖泊修复的主要工程措施及规模 4.1 底泥疏挖 4.1.1 底泥疏挖的工艺流程如图 1：图 1 底泥疏浚的工艺流程 4.1.2 疏挖方法 本次设计采用水利疏挖进行底泥疏挖。4.1.3 疏挖设备选型 将底泥从水下疏挖后输送到岸上，有管道输送和驳船输送两种方式。驳船输送工序复杂，生产效率低，但是一般用于含泥量高或运输距离过长的场合8。由于红枫湖和百花湖的湖面积较大，且湖深都达 45 米，故采用抓斗式挖泥船。抓斗式挖泥船采用了全封闭防漏抓斗，是抓头在提升过程中没有遗漏。根据两湖的水文特征，选用的抓斗挖泥船为

24、津航浚 403（8m3抓），性能如表 1：挖泥船挖泥 污泥底泥泥浆经排泥管间断输送 将挖掘的泥装入船运到岸边 用抓斗将泥排出 底泥堆场 经沉淀后余水排放 污泥底泥处理后堆置或利用 表 1 津航浚 403 的性能参数 津航浚 403（8m3抓）抓斗斗容/m3 8 公称生产率(m3/h)320400 最大挖深/m 50 最大吊高/m 5 船总长/m 35.4 船柱间长/m 35.0 船宽/m 16.0 船深/m 3.0 满/轻载吃水/m 1.54/1.05 抓斗机机型 日土机商工DKG-65 抓斗机最大起重量/t 40 主机机型，功率/KW 柴渍机，529 传动方式 离合变矩器 吊重/t 50 工

25、作半径/m 12.95 锚：形式，个数质量/t 有杆锚，42 定员/个 24 制造厂 日土机商工 4.1.4 环境疏浚设备的选择原则 环境疏浚设备的选择一要考虑一般疏浚工程的施工条件，又要考虑污染土疏浚与处置的的化学、生态等环境保护方面的要求，是一向比较复杂的工作，应该通过周密的调查和分析后妥善的进行。环境疏浚如果控制指标不严，应优先选用一般疏浚设备，或者加以改进以达到经济合理的目标，同时应对设备改造的投资，由于环保要求对设备生产力的影响从经济上做出合理安排。由于疏浚设备类型很多，一项工程可能会有多种工艺方案，在疏浚设备的选择应进行多种方案的筛选和比较，找出技术上可行，最经济合理的方案。为此同

26、时应对有关疏浚设备进行必要的调查 9。4.1.5 污泥底泥与堆场余水处置 对堆存在堆场内的污染底泥与未全部清除污染底泥要采用堆场防渗、堆场植草、抛砂覆盖法等措施防止二次污染的产生。防渗处理是在污染底泥接触一侧铺设复合土工膜，膜上垒筑装土纺织袋；堆场吹填完毕后，由于底泥堆场不可能在短期内达到规划使用功能，因而可采用手摇播种机撒播草种，进行快速植草，即可防止堆场底泥中污染物因雨水冲刷对周边环境造成二次污染，又可以迅速恢复堆场的景观，对部分地区，为确保植草成功，可采用混合直播技术建坪；污染底泥疏挖2.0m 后采用覆盖法对剩余污染底泥进行处置，即抛填厚0.5m 的粗砂，回填砂工程量为 5.88 万 m

27、3。在吹填后期，当堆场余水满足不了排放要求时，利用加药装置在输泥管口投加药剂与泥浆充分混合，经混合后的泥浆在堆场沉淀后，余水直接排回巢湖。对于偶发因素导致余水水质突然恶化时，可在溢流口处设置应急投药装置，作为余水外排前的临时补救性应急措施。PAC 可做为输泥管及应急投药的首选药剂。4.2 周边工厂和生活废水的污水处理（1）清除外源污染是解决湖泊富营养化的必不可少的一环。经调查，之前的化工厂排出的废水未经处理便排入两湖造成了湖体底泥的重金属、磷、有机物的蓄积。这要求当地政府部门对周边的工厂进行严厉的监管，工厂排出的废水和生活污水绝不能没有经过污水厂的处理就排入两湖，在污水处理厂的出口可以设置氧化

28、塘，利用水生植物的净化功能有效地去除氮和磷。对外源入口把关检测氮、磷值是否超标。（2）取缔两湖保护区内污染企业、排污口，特别是一级保护区内的企业以及其他与水源地保护无关的建构筑物，减少污染源及污染物的排放10。（3）开展农村沼气建设，减少农村生活、养殖污染源及污染物排放。（4）在湖泊附近修建污水截留沟等污水收集系统，简历污水处理站，使污水达标排放。4.3 循环曝气净化系统 4.3.1 循环曝气净化的原理 如图 2 所示：图 2 曝气循环净化系统示意图 4.3.2 潜流推流曝气机净化机理与特点 曝气叶轮高速旋转时产生强大的轴向推力和径向搅拌力，将吸入的空气粉碎成细微气泡，并且将汽水混合体强力注入

29、水中，从而达到曝气和推流搅拌混合的双重作用，并且喷射流不会产生应力和漩涡，不会损坏线缆、固定索和其它涉水物件。OBAO 的三至六片专利“帆”型叶片高速转动时在叶轮前端形成数股强大剪切水流，这几股水流将气体剪切成细微气泡而且切割形成能干的微气泡直径较均匀，叶轮旋转的轴向推力将气、水混合物强力注入水中产生二次切割，使气泡的粒径变俄更小，平均粒径为1.5mm，汽水混合物在水中形成长度为 845mm 的气、水混合扩散柱，从而延长了气水接触时间，大大提高氧的利用率。潜水推流型曝气机的叶轮高速运转时产生强大的轴向推进力和径向搅拌力，并将吸入的空气搅碎成微小气泡，达到曝气、混合及推流的目的。曝气机的安装，喷

30、射角可在上下 60范围内随意调整，适用各种池型；采用高效潜水式电机静音运转，对环境无任何影响；具有曝气、混合、推流的多重作用；曝气机的主体采用不锈钢和高强度工程塑料，耐酸、碱及部分有机溶剂腐蚀。不需要配置鼓风机，管道，阀门等设备，节省设备费。4.3.3 潜流推流曝气机的选型 表 2 OBAO-100A 潜流推流曝气机 型号 功率 HP/KW 电压 V 转速 rpm 增氧能力kgo2/h 循环通量m3/h 重量 kg OBAO-100A 10/7.5 380 1470 9.50-11.5 1380 70 图 3 OBAO-100A 潜流推流曝气机 4.3.4 红枫湖曝气循环净化系统设计计算 a.

31、缩短表层停留时间的设计计算 表水层体积（温差层深度*湖泊面积）：V=湖泊面积(57.2km2)*3m=17.6107m3 设计停留时间：T=4d b.设计规范 输出功率 7.5KW。OBAO-100A 潜流推流曝气机最大输出量：Q=33120m3/d 表层水牵引速率：=5（标准系数）c.曝气机计算 所需曝气机数：N=(V/T)/Q(1+)=(17.6107m3/4)/33120(1+5)=221.4 台222 台 要提高地层水域的溶解氧含量。计算根据为溶解氧平衡方程：已知：底泥好氧速率=120mg/(m2/d)水中氧的消耗速率=25 mg/(m2/d)表层氧浓度=9 mg/l 下层溶解氧浓度=

32、0 mg/l 需氧量 O=底泥好氧速率+水中氧的好氧速率=（120+25）10-657.2106 =8294kg/d 循环量 Q=需氧量/表层氧浓度-下层溶解氧浓度=82941000/(9-0)=921556m3/d 所需曝气机数量=循环量/曝气机最大输出量=921556/3312028 台 4.3.5 红枫湖内曝气机的安装及布置 曝气机的间距经过计算后所需的红枫湖所需的曝气机的数量为250 台，每0.23km2安装一台潜流推流曝气机。每台曝气机间距约为250m。曝气总功率为1875kw。潜流式推流曝气机的安装位置是悬于湖内，距湖面3 米的位置。4.3.6 百花湖曝气循环净化系统的设计计算 a

33、.缩短表层停留时间的设计计算 表水层体积（温差层深度*湖泊面积）：V=湖泊面积(14.5km2)*3m=4.35107m3 设计停留时间：T=4d b.设计规范 曝气机输出功率 7.5KW。OBAO-100A 潜流推流曝气机最大输出量：Q=33120m3/d 表层水牵引速率：=5（标准系数）c.曝气机计算 所需曝气机数：N=(V/T)/Q(1+)=(4.35107m3/4)/33120(1+5)=54.7 台55 台 要提高地层水域的溶解氧含量。计算根据为溶解氧平衡方程：已知：底泥好氧速率=120mg/(m2/d)水中氧的消耗速率=25 mg/(m2/d)表层氧浓度=9 mg/l 下层溶解氧浓

34、度=0 mg/l 需氧量 O=底泥好氧速率+水中氧的好氧速率=（120+25）10-614.5106 =2102.5kg/d 循环量 Q=需氧量/表层氧浓度-下层溶解氧浓度=2102.51000/(9-0)=233611m3/d 所需曝气机数量=循环量/曝气机最大输出量=233611/331208 台 4.3.7 百花湖内曝气机的安装与布置 曝气机的间距经过计算后所需的红枫湖所需的曝气机的数量为63 台，每 km2 安装一台潜流推流曝气机。每台曝气机间距约为 250m。曝气总功率为 472.5kw。每台潜流式推流曝气机的安装位置是悬于湖内，距湖面3 米的位置。4.3.8 预计曝气循环净化系统的

35、处理效果 曝气循环净化系统最显著的收效是控制湖底的有害藻类，在两湖底内最猖獗的有害藻类是席藻属和微囊藻12。据分析，经处理后的湖水，席藻属和微囊藻的去除率可达 84%左右。湖底的厌氧环境将得到大大改善，系统提供大量氧气将使其形成好氧环境。5.湖泊修复的生态措施生态公园水培净化 5.1 生态公园水培净化系统脱氮除磷的净化机理 5.1.1 生物膜净化作用 生态公园中水质的净化主要有植物根系表面附着的生物膜来完成，该生物膜形成类似毯子的层，将整个根系包裹在1cm3的毯子中，并使根系延伸至数米长。微小动物如囊螺可捕食微生物膜，促进其新城代谢并维持其活性，其排出的排泄物又可以被生物膜代谢利用13。在建立

36、和运行生态公园设施时，为形成生物膜无需接种微生物，但有时为起到更好的净化作用，需从附近环境中收集微小动物如囊螺将其放到水路中。5.1.2 生物积累和污泥的还原作用 水蛭捕食蜗牛，龙虾捕食水蛭，多种多样的动物组成生态系统其代谢物和死亡残体转变为颗粒物蓄积在植物的根系间14。生物残体的这种蓄积，与水路中污染颗粒的去处相比较，可在减少体积的同时，浓缩营养盐。系统中腐食食物链的动物如水生昆虫和水生蚯蚓的出现，一方面积累营养盐，减少污染颗粒的量，另一方面使营养物矿化转变成可被植物吸收利用的形式。5.1.3 植物吸收和收割 水培植物从污水中吸收营养盐，营养盐在植物体内积累，生长出新的根系，不断截留污染物颗

37、粒。人们通过收获水生植物或水生花卉，将营养盐带出系统，同时为水生植物繁殖生长提供更多的空间，以便于吸收更多的营养盐。5.1.4 清除积累的污泥，重新开始净化 当系统中污泥积累到一定量的时候，水路进水系统被切断，水路的水被放干，植物和污泥被自然晒干，待植物和污泥都干化后将其挖出堆放在高温下，发酵堆肥，然后，将植物种子重新播撒开始新一轮的净化。5.1.5 捕获并去除鱼类和贝类 水路出口处附近聚集的微生物和小型动物，为鱼类和贝类提供了丰富的食物，因而水路出口附近聚积了大量的鱼类和贝类。若将它们捕获，可去除部分的营养物质，许多鱼和贝类进入水路产卵，或由出水排放道上溯进入水路，在那里生长或繁殖。生态公园

38、净化系统中无机盐去除途径如图3：原水 给水 处理后水 排放 培养水路 水生植物：水芹、马蹄莲 水生生物、昆虫等被鸟类、青蛙及大昆虫捕食 收割植物 污泥堆肥 水路基底 图 4 生态公园净化系统中无机盐去除途径 5.2 建设的生态公园的结构 5.2.1 生态公园建设概况（1）设计将在百花湖和红枫湖各建造一个生态公园。在生态公园净化系统中，将适应环境条件、水质条件的且具有一定经济价值的水生植物种植于浅水的、具有一定宽度的水路中。水路由防水的、不易被根系扎根破坏的材料做成的，每一条水路倾斜度为 0.5%-1%，宽 1 米，长 20 米左右。植物水路中，主水流的流速约为3m3/(m2d).该净化系统中，

39、建设为有 5 条水路平行设置，同时设置一个单独的结构用以控制每条水路的进水，由出水口将经管路净化的水排入湖泊中15。出水口处常常会聚集很多鱼类和贝类等，因而在出水口处设置生物捕获器，将他们捕获在生物捕获器内，看管人员定时将它们清理出，可有一定经济收效。（2）水路由砖和混凝土做成。（3）水培植物选择适宜在温带生长、常见的群落植物水芹和马蹄莲混合栽种。5.3 预计净化效果 表 3 生态公园预计净化效果 污染物 去除率/%COD 26 SS 44 TN 21 TP 18 BOD 38 5.4 成本与经济效益预估 预计，除运行电费、人员的工资费用和植物的引入成本外，其他的维持管理费用可与出售花卉获得的

40、收益相持平。收获的鱼类和贝类作为水培产品可以进行销售获得经济收益。6.施工与预算 6.1 生态公园水培净化工程施工预算 6.1.1 栽植标准:选用马蹄莲和水芹混合栽种，每m2栽种马蹄莲 30 株、水芹 70 株，采用混合栽种的方式。水路共有五条，每一条的面积为1m20m，水路面积共 100m2。共需马蹄莲 3000 株，水芹 7000 株。6.1.2 植物施工与道路预算 表 4 植物施工预算表 序号 品种 单位 数量 单价（元）复价（元）种植单价（元）种植费（元）1 马蹄莲 株 3000 2.50 7500 0.50 1500 2 水芹 株 7000 0.05 350 0.29 2030 水路

41、由砖和混凝土做成，砖与混凝土每 10m2计 154.8 元，共 100m2水路，总计水路施工费 1548 元。表 5 生态公园施工费用核算表 工程直接费 12928.00 元 人工费 9150.00 元 其他直接费 人工费23%2104.50 元 直接费小计 工程直接费+其他直接费 15032.50 元 综合间接费 人工费130%11895.00 元 利润 人工费40%3660.00 元 定额编制管理费（直接费小计+综合间接费+利润）0.05%19.12 元 工程质量监督费（直接费小计+综合间接费+利润）0.35%133.82 元 行业管理费 直接费小计0.15%22.55 元 税金 1024

42、.68 元 总造价 28483.00 元 6.2 底泥疏挖施工预算 6.2.1 主要施工设备及数量 表 6 主要施工设备及数量表 序号 设备名称 规格及型号 单位 数量 1 抓斗式挖泥船 津航浚 403（8m3抓）艘 1 2 拖轮 294kw 艘 2 3 起锚艇 175kw 艘 2 4 机动艇 30kw 艘 2 5 住宿艇 31-40 床位 艘 2 6 排泥管 5006000mm钢管 M 1866 7 自航供应船 艘 2 6.2.2 主要技术指标 底泥疏挖与吹填工程量：212.37 万 m3，其中底泥环保疏挖工程量为 107.01 万 m3，总疏挖工程量 301.99 万 m3，基底恢复疏挖吹

43、填量 105.36 万 m3，泥浆处置量 120 万m3。6.2.3 工程总费用 表 7 工程投资预算表 单位（万元）序号 工程或项目费用名称 建筑工程费用 其他费用 合计 第一部分：工程费用 1 底泥疏挖与余泥处理 120 120 2 环境监测 20 20 第二部分：前期工作及勘察设计费用 1 环保设计 20 20 2 环保勘测 20 20 总计 180 6.3 曝气循环净化系统的工程预算 6.3.1 设备投资费用估计 表 8 曝气设备费用表 序号 设备名称 单价（元）数量（台）复价（万元）1 OBAO-100A 潜流推流曝气机 9900 313 309.87 6.3.2 工程投资总费用估计

44、 表 9 工程投资费用总汇表 单位（万元）序号 项目或工程费用名称 估算价 1 设备费用 309.87 2 安装运输费（6%）18.59 3 方案设计费（4.5%）13.94 5 调试费（1.5%）4.65 合计 347.05 7.设计总结与谢辞 7.1 本次设计内容的评价 本次针对于位于贵阳市的红枫湖和百花湖进行生态修复，作为设计者我想从三方面进行评价：1从合理性进行评价。对湖泊进行富营养化的修复，不外乎两方面，一是控制外源污染，二是从治理内源污染着手。本文一系列的工艺选择无不着眼与这两点有效结合，缺一不可16。在控制外源污染方面，归根究底是人为活动造成和部门管理不当，才造成了水体富营养化，

45、造成了底泥的磷元素、重金属元素、有机物的富集常年的积累下来，缓慢释放到水体中，是一个不得不处理的隐患。方案中设计要求政府等相关部门在两湖周边设置污水处理厂，对于从外将引入湖内的水源都要进行深层的水处理并且严格检测处理后的水质看氮、磷、重金属、有机物的含量是否达标才能排入红枫湖和百花湖内。尤其注意周边的化工厂进行大力监管，决不允许有漏网之鱼，设置相关的地方环境法规明令禁止工厂肆意排放污水进入两湖。只有控制了外援污染的输入，才能从根本上保护湖泊的水质。由于红枫湖与百花湖的底泥由于多年的蓄积污染已经非常严重，所以当下最为紧迫的是将那些富含污染物质的底泥用物理的方法底泥疏浚来清理，才能避免在底泥内的污

46、染物质通过长时间缓慢的扩散到上层水体中，造成水质的破坏，有效地控制污染的扩大化。并且根据两湖的水文特征选择了合适的斗式挖泥机经行疏挖。在控制内源方面，选择了曝气循环净化系统和生态公园水培净化系统来达到修复水体的目的。选择曝气循环净化系统主要针对的是两湖内超标的席藻属和微囊藻，有效地去除这些有毒藻类17，从而改善湖底的厌氧环境。生态公园水培净化是利用植物的根系来实现水质净化，是符合一般湖泊生态修复的原则，达到生态环境和谐的最终目的。2 从经济效益方面评价。本次设计的生态修复措施生态公园水培净化系统。生态公园水培净化现在正在发展中国家推广应用，在日本等国家已开始应用，并且发现这种生态修复的方法建设

47、成本低、收获的植物、鱼类、贝类还可以进一步获得经济效益，很快会被推广起来。3从创新性评价。在目前国内对于大部分湖泊采用的生态修复治理技术大约为两种：大型水生植物恢复技术和建设人工浮岛。人工浮岛虽然应用较广，但是当浮岛的淤泥累积到一定程度时，由于床体氧气的缺乏会引起某些植物的死亡，同时浮体会因为污泥的积累而下沉，都将影响到最终种植在浮体上的植物的生长。而且对于浮岛植物的净化效果进行评估有一定的难度，关于浮岛植物净化效果的报道也不多见18。大型水生植物恢复技术的前提是要湖内底泥的重金属元素含量较少，可是由于周边多家化工厂的排污，红枫湖与百花湖的重金属含量已经严重超标，所以不是很适合采用此技术19。

48、这次采用的生态公园水培净化虽然在中国的应用虽不很广泛，但据很多资料显示，它的经济效益和修复效果上都是较好的，只要建成一个示范工程显示其优点，相信很快就可以推广应用起来20。7.2 结论 本设计计划在红枫湖设置 250 台潜流推流曝气机，在百花湖设置 63 台潜流推流曝气机用于水湖底曝气循环净化，预计有害藻类的去除率可达 86%。在两湖修建的生态公园预计净化效果：COD去除率达26%，SS去除率达44%，BOD去除率达38%。TN 去除率约达 20%。在两湖进行底泥疏挖，可有效的去除了底泥内的重金属元素，并且防止它们向湖水上层扩散。使得两湖生态环境得到有效地恢复。7.3 谢辞 完成对于红枫湖和百

49、花湖生态修复的治理设计方案，我从中对湖泊的生态修复有了前所未有的了解。湖泊的修复治理区别于污水的治理在于“生态”二字，同时要完成治理，但却要在保持自然生态和谐的基础上进行修复治理。我国现在湖泊污染现状已经十分严峻了，所以不论是针对五大淡水湖泊还是其他的湖泊都要根据它们每个自身的水文特征、气象特征、地理位置确定经济有效、确实可行的方案。日本的湖泊生态修复技术是先进的，它在很多发展中国家的湖泊治理中都得到了广泛的应用。我相信只有汲取目前最先进的科学技术，加上针对自身湖泊特征进行方案的探索和改进，才能找到我们国家自己独特的湖泊生态修复治理技术。在完成论文的过程中，遇到了很多困难，设计方案也是经过一次

50、一次的深思熟虑改正了又改正，争取能够做到一套经济合理的修复治理方案。科学探究的过程更是艰辛而漫长。在环境治理的这条路，更是任重而道远，因为它与我们的生活息息相关，一有差池便会影响人的身体健康，破坏生态平衡，所以在以后拟定治理对策时要小心谨慎，怀有科学严谨的态度。在论文完成之际，要感谢我的指导老师对我的启发和指引。从最初拿到题目觉得很陌生，老师引领方向。告诉我们如何查找、在何处查找相关课题的资料，和我们探讨方案的可行性和一次次的帮我们不厌其烦的指正，每周例会上和我们讨论论文的进度和逐个的疑难解答，才能最终敲定方案定稿。8.参考文献 1 金相灿，稻森悠平，朴俊大等.湖泊和湿地水环境生态修复技术与管