成都东湖水质处理方案.docx
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成都东湖水质处理方案
成都东湖水质处理方案
目录
一、概述
二、工艺比选
三、水处理工艺简介
四、水处理工艺设计
五、投资概算
六、经济社会效益分析
七、附件
附件一景观娱乐用水水质标准（GB12941-91）
附件二膨润土复合防水垫简介
附件三水力流向图
附件四平面布置图
附件五工艺流程图
一、概述
成都东湖隶属四川省成都市锦江区，位于成都市区东南方向，北临南二环路，南临沙河，西临府河，东临老成仁路。
东湖水面面积180亩，为规划中的由府河、石牛堰、二环路东五段围合而成的东湖市政公园（440亩）的核心部分。
东湖由大小四个湖面组成，四个湖面独立存在，不相连。
东湖水面与地面的高差约为2米左右，大湖西南角水面与地面的高差较小。
东湖自形成之日起，由于疏于管理，东湖的水环境资源一直没有得到有效的保护，特别是近几年来，由于东湖周边环境的恶化（如东湖周边较大体量的垃圾倾泻、原东湖度假村的污水排放、附近居民的生活污水排放等），造成了东湖水质较为严重的污染，特别是水体富营养化现象尤为严重。
东湖水质及其周边环境的治理整顿已经纳入了成都市创建国家级环保模范城市的工作规划之中。
规划中的东湖市政公园是集休闲、娱乐、生态保护和文化教育活动等功能为一体的大型综合性市政公园。
华润置地（成都）有限公司与成都市政府强强联手，共同推动城市建设的进程，以高度的社会责任感，积极在东湖片区为成都市民打造一个大型水景社区，而作为其核心部分的东湖水体，其水质的处理和保持对发挥东湖的景观功能、体现公园的亲水特性、提升项目的价值及提高社区的品质是极其重要的。
四川东大环境科技有限公司受业主方委托，编制本设计方案，供专家评审。
二、工艺比选
按照业主方提供的设计规划，建成后的东湖市政公园湖区水环境分为大湖和小湖两个部分（两个湖区部分连通），整个湖区水体面积较大，其中，小湖区域水体容积约为10.8万M3，大湖区域水体容积约为34.5万M3。
由于东湖水质现在已经受到严重污染，特别是水体富营养化情况已经比较严重，根据业主方提供的有关资料和数据（数据采集时期在污染较小的冬季，不能完全反应东湖水体污染现状），在认真研究了东湖现有水质状况，并经过仔细的现场踏勘后（东湖水体已经开始发绿，表明水体富营养化情况已经比较严重），同时考虑到东湖市政公园和附近居民区建成后，市民的社会活动必然会将污染物带入水体，因此，必须对东湖水进行循环处理，以保持东湖水质达到动态平衡，使东湖水质总体水平达到景观用水B类标准，满足观赏性和娱乐性的要求。
目前国内外对于解决类似东湖水体的水质富营养化问题主要有以下几种技术：
1、化学方法：
加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等。
该方法治标不治本，易造成二次污染，且运行成本大。
2、物理方法：
疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等。
该方法也是治标不治本，一次性投资太大，据有关资料显示南京玄武湖在治理过程中光清淤就花掉政府1个多亿人民币。
3、生态—生物方法：
是国外近年来发展很快的一种新技术，水体生态—生物修复技术是按照自然界自身规律去恢复自然界的本来面貌，强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体，这是人与自然和谐相处的合乎逻辑的治污思路，也是一条创新的技术路线。
生态—生物污水处理技术，是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，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的技术，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。
另外，这种处理技术不向水体投放药剂，不会形成二次污染。
还可以与绿化环境及景观改善相结合，在治理区建设休闲和体育设施，创造人与自然相融合的优美环境。
所以，这种廉价实用技术适用江河湖库的水质治理。
生态—生物方法又大致分为以下几种：
a、生物膜法处理技术：
生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。
其反应过程是：
①基质向生物膜表面扩散，②在生物膜内部扩散，③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应，④代谢生成物排出生物膜。
生物膜法主要工艺方法有生物廊道、生物滤池、生物接触氧化池等。
生物膜法具有较高的处理效率，对于受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果。
它的有机负荷较高，接触停留时间短，减少占地面积，节省投资。
此外，运行管理时没有污泥膨胀和污泥回流问题，且耐冲击负荷。
日本、韩国等都有对江河大水体修复的工程实例。
b、人工湿地处理技术：
人工湿地的原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。
这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动。
在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物（如芦苇等），形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理。
人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。
废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留进而被微生物利用；废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。
随着处理过程的不断进行，湿地床中的微生物也繁殖生长，通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。
由于这种处理系统的出水质量好，适合于处理饮用水源，或结合景观设计，种植观赏植物改善风景区的水质状况。
其造价及运行费远低于常规处理技术。
这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。
英、美、日、韩等国都已建成一批规模不等的人工湿地，我国深圳洪湖（景观水）、杭州东方通信城（景观水）、上海奉贤旅游开发区（污水）、江苏泗洪（污水，为我司技术负责人设计）、西安紫葳山庄（在建景观水，为我司设计施工）、北京、沈阳、武汉等地也已建成一批规模不等的人工湿地，且运行状况良好。
综上所述，我们认为：
人工湿地是城市湖泊生态平衡的主要措施。
维护简易、费用低、易操作。
湖里种植水生植物作为人工湿地的补充或辅助措施，静止水体特别是东湖这样的城市湖泊均会由于人类活动、空气中的飘浮物等等导致污染物的增加，而且对于静止水体进行净化（即使是人工强化）也仅限于局部某些水域，水体里面会形成很大面积死水区，不能完全彻底地净化水体，只有实现适当的水流循环，并在循环中进行净化，才能使水活起来，使整个湖区生态系统长期保持动态平衡。
活水才有生命力，才能保持持久的自净作用。
因此，本着实际、实用、实效的设计理念，遵循投资少、效果好、时效长、运行维护费用低、管理方便和满足景观建设要求的设计原则，我公司推荐东湖景观水循环处理系统采用人工生物湿地+水流强制循环的综合处理工艺。
三、处理工艺简介
（一）东湖水环境现状分析、水质要求和水处理工艺选择
东湖水质现状及景观用水标准见下表：
（单位：
mg/l）
水质指标
BOD5
色度
NH3-N
PH
总磷
DO
透明度
东湖（大湖）
3.02～7.67
透明
0.52～1.12
6.08～6.56
0.26～0.56
4.31～8.82
--
景观水标准
≤4
无异常
≤0.5
6.5～8.5
≤0.02
≥4
≥1.2
东湖（小湖）
3.17～11.26
透明
0.76～1.10
6.26～6.47
--
6.67～12.4
--
注：
监测数据取自锦江区环境监测站水质监测报告书（2003.1.14~1.17）
对上表数据进行分析可以看出，东湖水质现状中各项生化指标相对较低，可见东湖受生化污染的程度较小；东湖水质污染主要表现在水体的富营养化，N和P两项指标超标，其中，P的超标比较严重，达到10-20倍之多。
同时，根据我们现场踏勘观察到的情况，由于水底淤泥和水面大量漂浮物的存在，水体的浊度比较高，透明度较差。
景观水的浊度，在高质量景观中希望其浊度小于5度即低于自来水浊度，但无论水质如何，在使用中由于大气飘尘的沉落，终会导致浊度的升高。
为此，必须在水处理环节中设置过滤系统，以提高水的清澈程度。
景观水的色度和异味，在目前大多景观水体中产生的原因大多是因为水体中藻类的滋生。
沃伦韦德（vollenweider）根据总磷和无机氮的浓度不同把湖泊的营养状态分成五个类型见下表：
营养状态
无机氮（mg/L）
总磷（mg/L）
极贫营养
＜0.2
＜0.005
贫—中营养
0.2～0.4
0.005～0.01
中营养
0.3～0.65
0.01～0.03
中—富营养
0.5～1.5
0.03～0.1
富营养
＞1.5
＞0.1
沙耶（sawyer）研究指出当水环境中总磷浓度超过0.015mg/l，氮浓度超过0.3mg/l时藻类就会出现令人讨厌的增殖。
N、P浓度越高，藻类生物量也就随之增高，从而成为水质恶化的首要原因。
目前抑制藻类滋生的方法和药剂有许多种类，但最为根本的解决方法是去除水中P和N。
各种元素占藻类分子量的百分比为N6.3%、P0.9%，按利贝格最小定律，藻类产生量主要取决于水环境中P的供应量，除磷可断绝藻类必须的营养源，使藻类失去生存的基本条件。
因此，除磷是保证景观水质，防止藻类滋生的主要任务。
N和P的去除可以采用常规的生物除磷脱氮工艺，但是，由于东湖水体量大、有机物浓度低，微生物的培养以及维持系统正常运行比较困难，运行管理要求较高，在此缺乏可操作性。
针对东湖水体量大、浓度低的特点，我们推荐采用人工生物湿地+水流强制循环的综合处理工艺。
该工艺基于生态工程的原理，具有投资少、运行维护成本低廉、管理方便、无二次污染等特点，并可与景观工程统一规划和协调建设，与整体环境相容性好。
（二）工艺介绍
本方案采用的人工生物湿地+水流强制循环综合处理工艺主要由人工生物湿地和循环水系统以及相关辅助设施构成，下面逐一介绍：
1、人工生物湿地
人工生物湿地系统水质净化技术是一种生态工程方法，其基本原理是：
在一定的填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统，当污水通过系统时，其中的污染物质和N、P等营养物质被系统吸收或分解，使水质得到净化。
具体优点为：
首先，系统净化功能强，劣Ⅴ类地面水，经该系统处理后，出水水质可达II－III类；其次，系统不仅能有效去除污水中悬浮物、有机污染物、氮、磷以及重金属等，而且对细菌、藻毒素、外源生物活性物质和环境激素类物质等也有比较理想的去除效果；第三，该系统常年运行比较稳定，即使在冬季也有比较好的净化效果；第四，系统建设费用较低，特别是运行维护费用极低。
经过人工生物湿地系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准，因此，它实际上是一种深度处理的方法，适用于饮用水源和景观用水的保护，处理后出水可以直接排入饮用水源或景观用水的湖泊、水库和河流中。
人工生物湿地技术主要有两种：
潜流式人工生物湿地技术和表面流人工生物湿地技术。
两者在主要技术机理和处理效果上没有大的出入，只是在污水通过系统的方式上有所差别。
我公司方案设计中，除了人工生物湿地的建造外，为保证系统的运行处理能力和效果，还在湖区水体的恰当位置规划了沉水植物区、挺水植物区、漫水滩，将东湖水质的治理和保持与区域景观建设有机地结合起来，提升了东湖区域的娱乐观赏价值和环境价值，一举两得。
2、漫水滩
漫水滩是仿照自然界中的滩头跌水形式人工修建的土建构筑物。
本方案中作用是让水流在此处形成湍流和跌水，以破坏水中的饱和溶解氧平衡，使净化水得到曝气充氧活化后进入景观水体。
3、挺水植物区和沉水植物区
本方案结合景观设计规划，在湖内适当区域设置挺水植物区和沉水植物区，其一方面可以起到美化环境的作用，同时也使人工生物湿地出水得到进一步净化。
4、恢复建立东湖的湖滨生态植物带。
（此部分为我司建议，具体由甲方自行实施）
目前，东湖除靠近大理石厂部分具有一定的湖滨带特性，其它部分湖岸均过于陡峭，缺乏湖滨带。
湖滨带是湖泊水生生态系统与陆地生态系统间一种十分重要的生态过度带，是湖泊的天然保护屏障，失去湖滨带的湖泊生态系统是不完整的。
恢复东湖的湖滨带可以达到防止雨水等地表径流流入湖体的目的。
另外，通过湖滨带的建设可以有效地将人类活动隔离在湖滨之外，减少水质改善前对游客产生的感官影响。
恢复东湖的湖滨带，首先必须在湖岸设计时充分考虑水陆之间的过度带，其次要在湖滨带栽种既有观赏价值又有净化功能的浮水植物、沉水植物和挺水植物，使水体不仅具有自然风貌的景观，而且达到净化水质，建立环保概念的目的。
针对东湖中较小的湖泊（也可在大湖西南地势较缓处），能否考虑抬高湖底，降低湖深，将其设计成为一个大面积的水生植物区，通过在其中设置网状的平台达到亲水的目的（可以借鉴中山歧江公园的生态植物带）。
对公园内水生植物的布置，必须满足工作人员的可达性，以便后期将生长过度的植物移出水体，降低湖水的氮、磷营养盐；
（三）水质预期处理效果
我们对采用上述人工生物湿地+水流强制循环的综合处理工艺的水质预期处理效果如下表所示：
水质指标
CODcr
BOD5
NH3-N
总磷
DO
透明度
水质现状
11.2～63.2
3.02～11.26
0.52～1.10
0.173～0.557
4.34～9.24
透明
处理后水质
＜10
＜1.0
＜0.4
＜0.02
6～8
透明
景观娱乐用水水质标准（B类）
--
≤4
0.5
0.02
≥4
≥1.2
注：
监测数据取自锦江区环境监测站水质监测报告书（2003.1.14~1.17）
通过上表可以看到，东湖水循环处理系统采用人工生物湿地+水流强制循环的综合处理工艺处理后出水（预期效果）各项指标均满足《景观娱乐用水水质标准》（GB12941-91）的规定。
四、水处理工艺设计
东湖水循环处理系统的功能是除去水中超标的污染物：
BOD5、浊度、N、P等，保证东湖景观水系的生态平衡和水质稳定。
（一）设计依据和标准：
1、《景观娱乐用水水质标准》（GB12941-91）
2、《室外给排水设计规范》（GBJ14-87）
3、《给水排水工程结构设计规范》（GBJ14-87）
4、《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）
5、《地下工程防水技术规范》（GBJ108-87）
6、《工业与民用工配电系统设计规范》（GB3095-96）
7、业主方提供的水量水质和场地资料
（二）设计范围：
本次设计范围包括成都东湖景观水体水质循环处理系统的给排水及管道工程、土建工程、电气工程。
（三）设计原则：
1，严格执行现行环境保护政策的各项标准和规定；
2，根据现场情况和业主方的要求，采用实用、经济的处理工艺；
3，尽可能采用通用设备，运行可靠、方便管理、维修简便。
（四）设计规模：
为有效降低工程造价和运行管理费用，缩小系统占地面积，本方案在设计中充分考虑到了东湖水质在冬夏两季水体污染负荷不同的情况。
东湖容积：
大湖容积约34.5万M3
小湖容积约10.8万M3
总容积约为45万M3
循环周期：
冬季60天，夏季30天
平均日处理量：
冬季0.75万M3，夏季1.5万M3
（五）处理系统工艺流程：
东湖水循环处理系统工艺流程如下图所示：
东湖小湖挺水、沉水植物区
泵
泵
循环
工艺流程说明：
东湖水体（大湖）的水经水下去水井由泵提升，分两路管线分别送到人工生物湿地净化区和东湖水体（小湖）中三处死水区，通过物理、化学、生物和植物吸收多种功能结合的净化过程后，通过多点均匀布水的方式返回东湖水体（小湖）。
返回东湖水体（小湖）的水经过挺水植物区、沉水植物区、漂浮植物区进一步净化，再经过多级漫水滩形成湍流和跌水，通过曝气作用使净化水得到充氧活化后进入大湖，由此而使整个东湖景观水体形成人工强制循环流动。
（六）处理系统工艺设计：
小湖容积10.8万M3，COD平均浓度以40mg/L计（现状）；
大湖容积34.5万M3，COD平均浓度以25mg/L计（现状）；
东湖水体COD总量合计为13635Kg。
循环周期冬季按60天就，夏季按30天，则最大日处理COD总量为457Kg。
人工湿地设计COD负荷25g/M2•d，最大日处理水量为5000M3；
经计算可得所需：
人工湿地面积为6000M2；
1、人工湿地：
人工湿地是去除水体中N、P的主要净化设施，植物在不同季节对N、P摄取量不同。
考虑到人工湿地长期运行的需要和确保N、P在不同季节的净化效果，设计人工湿地总面积为6000M2，共九处，分别布置在小湖湖边及小岛上（详见平面布置图）。
（1）提升泵站：
由于东湖水位低于湿地水位，故必须设置提升泵站用水泵提升。
采用集中式取水井，钢筋混凝土结构。
取水口前设置筛网，防止漂浮物吸入泵内。
提升泵选用无堵塞潜污泵3台（冬季2用1备，夏季全开）。
设备参数：
流量Q=60M3/h，扬程H=12M，功率N=3.7Kw，出水管径为100mm。
附有浮球开关和便于检修维护的自动耦合装置。
潜污泵采用B级以上绝缘电机，加装过热保护装置，并可通过电控柜实现多台泵的交互运行。
管道沿湖底铺设，采用给水U-PVC管材，其优点是：
强度刚度好，内壁光滑，具有良好的水力特性，使用寿命长，耐腐蚀，耐磨损，便于铺设安装，造价合理。
地下式吸水井尺寸为2M×4M，加盖，设置检修口。
（2）人工湿地：
人工湿地系统分为布水沟、人工湿地和集水沟。
东湖水经布水槽进入湿地内形成潜流，水面距湿地填料层表面为5cm。
集水沟一侧与湿地内水面齐，每隔0.5m开集水空，净化水由此进入沟内，再经循环布水管多点均匀布水进入东湖水体。
人工湿地床深0.8M，由下至上分为四层，分别是砾石层、生物填料层、种植土层、植物层。
其中，砾石层又分为大砾石层和中砾石层，砾石层采用卵石结构，下层粒径50-60mm，上层粒径为10-30mm，其作用是均匀配水；生物填料层0.3M，要求孔隙率≥75%；种植土层0.2M；植物层种植多种耐湿强、根系发达、吸收力强的植物品种，由以下物种按层次组合布置：
•水竹或富贵竹区
•美人蕉、鸢尾花（中心区）
•黑燕草（湖滨带）
•茭草（小路边）
•杨柳树（湖滨带）
上述人工湿地既对东湖景观水体具有很好的净化功能，又极具观赏价值和经济价值（如富贵竹），完全采用生态修复的绿色环保概念，运行成本低，日常维护工作简单。
布水管预埋在湿地内，不会破坏景观环境。
2、水流强制循环
（1）提升泵站：
选用无堵塞潜污泵2台（冬季一用一备，夏季全开）。
设备参数：
流量Q=200M3/h，扬程H=10M，功率N=15Kw,出水管径为200mm。
配置浮球开关和自动耦合装置。
提升到小湖的水经布水管多点布水进入小湖区域，解决小湖死水区问题，推动整个东湖水体循环，达到死水变活水的效果。
（2）漫水滩：
漫水滩设计分为三层，上下为卵石层，中间为填料层。
考虑与景观设计结合，漫水滩宽度不低于2M。
漫水滩的主要功能是让水流在此处形成湍流和跌水，破坏水中的饱和溶解氧的平衡，使经过湿地净化后的水体得到充氧活化。
漫水滩还有与景观建设配合的造景功能，并起到抬高水位使水流强制流动循环的功效。
（1）水生植物区：
方案中设有挺水植物区和沉水植物区，其既有与景观建设配合美化环境的作用，同时也兼具经湿地净化的水在进入湖区前得到进一步净化的功能。
小湖设三个水生植物区，分别种植挺水植物荷花和睡莲等物种，面积约为1050M2。
大湖设三个沉水植物区，分别种植水草类物种面积约450M2。
（2）电气及其控制系统：
供电系统的电压等级为380V/220V（50Hz），三相四线制，中心线接地。
整个东湖水循环处理系统动力装机总容量约为41.1Kw，运行负荷22.4-41.1Kw（因季节而异），详见下表：
序号
净化单元
设备及装机容量
（Kw）
运行负荷
（Kw）
1
人工湿地（120T/h）
3.7×3（泵）
3.7×2
（1）
2
水流强制循环
（200T/h）
15.0×2（泵）
15×1
（1）
合计
41.1
22.4（41.1）
控制操作方式：
提升泵采用液位自控和自动切换；
风机采用控制室和现场按钮双控。
（3）运行费用测算：
A、电耗：
每日耗电量=22.4Kw×0.75×24h=403.2Kwh
电价按0.5元/度计，则电费为201.6元/日，每吨水处理费用约为E1=0.02元/M3。
B、人工费：
系统操作维护工作定员一人，日工资按40元/人计，每吨水处理费用约为E2=0.01元/M3。
东湖水循环处理系统日常运行维护费用约为：
E=E1+E2=0.03元/M3。
（4）总图：
大湖北深南浅，由北侧提升湖水经小湖四周人工湿地和人工循环布水后进入小湖生态区，然后，由布水系统从两侧进入大湖，形成大湖湖水南北对流循环（详见附件三水流循环图）。
序号
工程或费用名称
费用（万元）
技术经济指标
备注
建筑
工程
设备
购置
安装
工程
合计
单位
数量
单价
（元）
一、工程费用
1、
提升泵房
3.2
2.0
0.44
5.64
M3
80
400
2、
人工湿地
土建
填料
绿化
合计
M2
5000
650
植物购置
125
100
100
325
3、
控制室
0.32
3.0
0.5
3.82
M2
8
400
电气
4、
沉水植物区
5.0
5.0
含睡莲
5、
漫水滩
8
8
块
5
16000
小计
347.46
二、湖区管道系统
1、
提升管道
12
1.6
13.6
2、
布水管道
2.8
0.4
3.2
小计
16.8
三、其他费用
1、
设计费
10.93
3％
2、
调试费
3.64
1％
3、
税金
12.16
3.5％
小计
26.73
工程总投资
￥390.99万元（人民币叁佰玖拾万玖仟玖佰元整）
五、投资概算
注：
此概算不包括东湖湖滨带建设费用
六、经济社会效益分析
1、环境效益
东湖人工湿地系统+水流强制循环是一个完整的生态系统，它形成了内部良好的循环并具有较好的经济效益和生态效益。
具有投资低、出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、视觉景观优异、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。
在处理被污染湖水的同时，种草养鱼，又可以用鲜花绿叶装饰环境，把清水活鱼还给自然，节约资源，是人类与水生生物协调发展的自然景观，有利于促进良性生态环境的建设，有显著的社会、环境效益。
东湖湿地生态系统的引入同时还能够改善人们的生态观念，提倡节约资源、重复利用资源，尊重自然的新的生活观念。
2、经济效益
本方案总造价390.99万元。
由于本方案采用了人工湿地系统对东湖水体进行水质处理及稳定，在处理被污染湖水的同时也绿化了环境，5000M2公园绿化造价100万元（按成都地区小区绿化200元/M2算）不必重复投资。
为了处理好当前已经被污染的湖水
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