毕业设计湖泊的生态修复治理方案.docx
《毕业设计湖泊的生态修复治理方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计湖泊的生态修复治理方案.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计湖泊的生态修复治理方案
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省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，导致湖库氮、磷浓度高等问题，政府及相关部门组织实现流域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
Ecologicalrestorationmanagementdesignschemeofalake
Guoli090204206
（ThedepartmentofchemicalandenvironmentalengineeringofWuhanPolytechnicUniversity,WuhanHubei430023）
Abstract:
inthispaper,thedesignoftheobjectislocatedinGuiyangcityinguizhouredmaplelakeandlakeflowers.Basedonsedimentpollutionisserious,aswellassewageandindustrialwastewaterdischargedintolakewithoutdeepprocessingoftherolls,nitrogenandphosphorusconcentrationishigh,leadtolakeandrelatedgovernmentauthoritiesinorganizingbasin'scentralizeddisposalofsewagedischargedintothelakebodyagain,investmentvigorouslyconstructionofsewagetreatmentplants,tostrictsupervision,intomorewatercouldbetruncatedexogenousfromtheroot.Firstly,itPutforwardbyusingthemethodofmechanicaldredgesedimentremovalofheavymetalelementssuchaslong-termsavings.Secondapplicationaerationinlakebodycirculationpurificationsystem,mainlyinhibitstheproliferationofmicrocystisalgaereleasetoxicsubstances.Theapplicationofmaintechnologyforwaterpurificationecologicalpark,highpurificationefficiencyofpurificationatthesametimealsoreducesthecost.
Thisdesignplantoset250unitsundercurrentpushflowaeratorinredmaplelake,insetting63undercurrentpushflowaeratorsbaihualakebottomisusedforwatercirculationpurification,expectharmfulalgaeremovalratecanreach86%.Ecologicalparkbuiltinonpurifyingeffectisexpected:
CODremovalratewas26%,andtheremovalrateofSSwas44%,andtheBODremovalratewas38%,andTP,TNremovalrateisabout20%.IntwolakessedimentShuWa,canbeeffectiveinadditiontothesedimentofheavymetalelements,andtopreventtheirspreadtotheupperlake.
Keywords:
Keywords:
lakeeutrophication;SedimentShuWa;Aeration;Ecologicalparktorepair
1.前言……………………………………………………………………………………4
1.1设计背景……………………………………………………………………………4
1.2设计目的……………………………………………………………………………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……………………………………………………………………...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（省和省），部分东北山地与蒙新湖区（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：
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]。
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，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（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：
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。
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。
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。
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
本文设计的对象是省市的红枫湖和百花湖。
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，位于市西郊，距省会28公里。
汇水面积1610km2，湖面积57.2km2,总库容为6.01亿m2，平均库容为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。
红枫湖是省市的重要水源地（2600000人口）的重要水源地，每天供给城市40000m3饮用水。
百花湖水库竣工于1966年，位于市西北郊，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。
同时百花湖也是市的重要水源，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，市的水晶集团公司、化肥厂、清镇发电厂、煤气气源厂、田峰化工公司、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湖库底泥污染严重
湖库源污染十分严重。
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。
将底泥从湖体移出，是控制源的直接有效措施。
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；抑制浮游植物的部增殖；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津航浚403（8m3抓），性能如表1：
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）
320~400
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
Ω离合变矩器
吊重/t
50
工作半径/m
12.95
锚：
形式，个数×质量/t
有杆锚，4×2
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m3。
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。
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）取缔两湖保护区污染企业、排污口，特别是一级保护区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：
EOLO2EOLO2
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8～45mm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，喷射角可在上下60°围随意调整，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2OBAO-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3OBAO-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.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
升级会员 