李萍, 岳展， 尹茜, 吴鹏举, 黄娜, 管秀娟

(1.广东工业大学 环境科学与工程学院，广东 广州 510006； 2.东莞松山湖高新技术产业开发区绿色低碳发展促进中心，广东 东莞 523668)

东莞燕岭湿地作为海绵城市建设的样板工程，占地62.7 hm2。由设置有生态浮床的高位配水池、垂直流人工湿地和景观河流3部分构成。按照城市水“生态循环、梯级利用”的模式，燕岭湿地以城市污水处理厂(南畲朗污水处理厂)的出水(再生水)作为补给水源，再生水经过生态浮床和垂直流人工湿地深度净化后进入自然湿地的景观水体。近年来，东莞燕岭湿地景观水体出现水色泛绿、透光性下降，影响水体景观效果的富营养化问题[1]。本文通过现场检测高位配水池与垂直流人工湿地在不同月份进出水的水质，评价再生水深度处理设施对CODCr、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)等污染物的去除效率；根据垂直流人工湿地出水的水质特点，结合国内外湖泊及水库的富营养化阈值[2-5]，设置两组模拟试验，研究缓慢流动(流速低于1.5 m/min)的景观水体的氮、磷浓度对藻类生长的影响；依据模拟试验的水质变化特点，分析藻类生长过程对水体中氮、磷的净化效果。提出通过藻类吸收氮和磷，物理或生物除藻，从根本上解决水体富营养化问题的方法。

1 材料与方法

1.1 高位配水池、垂直流人工湿地水质的检测点位与检测方法

沿着水流方向在高位配水池的进水口、高位配水池的出水口(出水口1)、垂直流人工湿地西南片区的出水口(出水口2)分别设置采样点，采样点设在采样断面的中央、水面以下0.3 m处。于2016年2月至2018年12月期间的不同月份，采样检测CODCr、NH3-N和TP等水质指标。水样预处理及分析测试采用水和废水的标准检测方法[6]。

1.2 藻类的培养试验

根据东莞国家湿地公园燕岭湿地的水质特点，结合国内湖泊及水库的富营养化阈值，设置了两组模拟试验，研究氮、磷浓度对藻类生长情况的影响。第一组试验是在稳定TP浓度为0.1 mg/L的条件下，调节水中TN浓度分别为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、12.0、16.0 mg/L。第二组试验是在稳定TN浓度为5 mg/L的条件下，调节水中TP浓度分别为0.01、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6 mg/L。试验周期为30 d，期间每3 d取样分析一次，检测叶绿素a、CODCr、TN和TP等水质参数，依据采样分析得到TN、TP的检测结果，补充氮和磷来维持系统设定的氮、磷浓度。

1.3 藻类生长对氮和磷的吸收试验

以TP浓度为0.1 mg/L、TN浓度为0.5 mg/L，TP浓度为0.01 mg/L、TN浓度为5 mg/L两个藻类培养试验为例，依据试验期间每3 d取样分析一次，检测TN、TP的浓度变化，计算不同时期藻类生长过程中对氮和磷的吸收去除效率。

2 结果与讨论

2.1 现场采样的水质检测结果

于2016年2月至2018年12月期间的不同月份，采集进水口、出水口1、出水口2这3个采样点的水样，分别检测CODCr、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)水质指标，结果如图1—3所示。

CODCr是景观水常用的水质指标，其反映景观水体中有机物的污染状况[7-8]。东莞燕岭湿地高位配水池与垂直流人工湿地进、出水CODCr浓度的时空变化情况如图1所示。由图1可知：沿着东莞燕岭湿地景观水系水流的方向，CODCr的浓度稳步下降，从高位配水池进水口的25 mg/L左右，下降至垂直流人工湿地出水口的15 mg/L左右。这说明高位配水池的生态浮床和垂直流人工湿地对再生水中的CODCr有较好的去除效果。

图1 不同采样点CODCr浓度的变化

东莞燕岭湿地高位配水池和垂直流人工湿地进出水的氨氮浓度变化趋势如图2所示。由图2可知：从高位配水池的进水口到高位配水池的出水口(出水口1)，水中氨氮浓度的变化不明显，说明高位水池对氨氮的去除效率很有限；垂直流人工湿地西南片区的出水(出水口2)与高位配水池的出水(出水口1)相比，氨氮下降的幅度较大，说明垂直流人工湿地对再生水中氨氮的去除效果明显。

图2 不同采样点NH3-N浓度的变化

东莞燕岭湿地高位配水池和垂直流人工湿地进出水的总磷浓度变化趋势如图3所示。由图3可以看出：从高位配水池的进水到高位配水池的出水(出水口1)，水中总磷的浓度没有明显的下降，有些时候甚至还会升高，说明高位配水池的生态浮床对总磷的去除作用有限；垂直流人工湿地西南片区的出水(出水口2)与高位配水池的出水(出水口1)相比，总磷的浓度下降明显，说明人工湿地对再生水中的总磷有很好的去除效果。

图3 不同采样点TP浓度的变化

2.2 不同总氮、总磷浓度对藻类生长的影响

2.2.1 不同总氮浓度对藻类生长的影响

试验期间每3 d取样检测一次，依据检测结果，及时补充氮和磷，维持系统设定的氮的浓度，稳定TP浓度为0.1 mg/L。水体中叶绿素a含量的变化情况如图4所示。由于前3个试验水样所需总氮的浓度比景观水体中总氮的实际浓度低，须用自来水稀释，所以叶绿素a的起始(第0天)浓度不同。

图4 不同总氮浓度条件下叶绿素a含量的变化

从图4可以看出：在TP浓度稳定的条件下，叶绿素a含量随着TN浓度的增加而增加，藻类的生长与TN浓度呈正相关；当TP浓度为0.1 mg/L、TN浓度小于8.0 mg/L时，随着TN浓度的增加，叶绿素a含量增加幅度很大，此时TN的浓度是藻类生长的重要控制因子；当TP浓度为0.1 mg/L、TN浓度大于8.0 mg/L时，随着TN浓度的增加，叶绿素a含量虽然也在增加，但是增加幅度很小，这时TN浓度的大小对藻类生长的影响作用并没有那么明显；随着时间的推移，即使TN浓度符合《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准(TN浓度≤1.0 mg/L)，叶绿素a含量还是持续增加，说明藻类在氮浓度较低的条件下也会大量滋生，造成水体富营养化。

2.2.2 不同总磷浓度对藻类生长的影响

在稳定总氮浓度(5 mg/L)的条件下，提高总磷的浓度(从0.01 mg/L提升至1.60 mg/L)，叶绿素a含量的变化情况如图5所示。

图5 不同总磷浓度条件下叶绿素a含量的变化

从图5可以看出：在TN浓度一定的条件下，藻类繁殖速度随着TP浓度的增加而显著加快，尤其是在TP浓度>0.1 mg/L时，藻类生长速度增长很快，控制TP的浓度是抑制藻类爆发的重要措施；即使TP浓度符合《地表水环境质量标准》Ⅱ类水标准(TP浓度≤0.025 mg/L)，叶绿素a含量还是不断上升，说明藻类在低磷的条件下也会大量滋生，单纯的脱氮除磷只能在短时间内解决富营养化问题。

2.3 藻类生长对氮和磷的吸收情况

氮和磷是藻类生长的必需营养元素，藻类生长过程中需要利用氮和磷合成自身营养物质。提高水体中氮、磷的含量可以促使藻类生长，藻类生长的同时也利用了氮、磷，降低了水中氮、磷的浓度[9]。进行TP浓度为0.1 mg/L、TN浓度为0.5 mg/L，TN浓度为5 mg/L、TP浓度为0.01 mg/L的两个藻类培养试验，不同时期藻类生长过程中对氮和磷的吸收去除效率情况如图6和图7所示。

图6 总氮和总磷的去除率(TP浓度为0.1 mg/L、TN浓度为0.5 mg/L)

图7 总氮和总磷的去除率(TP浓度为0.01 mg/L、TN浓度为5 mg/L)

由图6和图7可知：在总氮或总磷浓度较低的水体中，藻类的生长可显著降低水中氮、磷的浓度；每3 d测试一次，在TP和TN浓度分别维持在0.1、0.5 mg/L的条件下时，藻类对总氮和总磷的去除率随藻类浓度的增加而增加，对总氮和总磷的去除率分别达到35%和65%；在TP和TN浓度分别维持在0.01、5 mg/L的条件下时，藻类对总氮和总磷的去除率分别接近50%和60%。

3 结论

随着《生态文明体制改革总体方案》《水十条》等重大决策的出台，海绵城市与水生态文明建设的政策导向日渐清晰。城市再生水经过深度处理后补充景观水，具有节约城市用水、减少污染排放等多种作用，已经成为我国海绵城市建设的重要内容。

研究结果表明：尽管生态浮床配合垂直流人工湿地对再生水中的叶绿素a、CODCr、总氮和总磷均有明显的去除效果，但是景观水体流动缓慢，自我净化的能力小，即使总氮浓度低于1 mg/L、总磷浓度低于0.025 mg/L也会出现叶绿素a含量增长和水体富营养化的现象；藻类的生长可显著降低水中氮、磷的浓度，配合物理或生物除藻的方法[10]，可以高效地降低水体中氮和磷的浓度，避免景观水体出现富营养化。