北京城市水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)研究及示范(實(shí)施方案 終稿)

1、“水污染控制技術(shù)與治理工程”重大專(zhuān)項(xiàng)北京城市北環(huán)水系水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)研究與示范課題實(shí)施方案“北京城市北環(huán)水系水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)研究與示范”課題組一、 課題實(shí)施方案編制指導(dǎo)思想 水是北京可持續(xù)發(fā)展的保障，是改善城市生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)，也是創(chuàng)辦生態(tài)奧運(yùn)的基本條件。然而，水資源的先天不足及水污染的日益嚴(yán)重造成的水資源短缺已成為首都經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境改善的關(guān)鍵制約因素。針對(duì)北京水資源和水環(huán)境現(xiàn)狀，通過(guò)生態(tài)修復(fù)和綜合防治技術(shù)，提高城區(qū)河湖水質(zhì)狀況，改善北京城市水環(huán)境的質(zhì)量，對(duì)首都社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展極為重要。 本課題實(shí)施方案根據(jù)課題實(shí)施指南編制。其指導(dǎo)思想是針對(duì)北京城市水環(huán)境特點(diǎn)，在集中體現(xiàn)再生水回用于

2、景觀河道與水質(zhì)改善修復(fù)技術(shù)相結(jié)合、河湖水質(zhì)改善與城市景觀建設(shè)相結(jié)合的原則下，確保選擇并優(yōu)化集成先進(jìn)、適用的城市污水深度處理和河湖水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)，并結(jié)合示范工程應(yīng)用，從污水的再生回用深度處理、河湖水質(zhì)的生態(tài)修復(fù)入手，通過(guò)科學(xué)合理的配置及調(diào)度，為恢復(fù)和重建北京城區(qū)水系生態(tài)系統(tǒng)和水體自?xún)魴C(jī)制提供技術(shù)支撐。二、 課題總體目標(biāo) 針對(duì)北京城市水環(huán)境特點(diǎn)，研究污水處理脫氮除磷新技術(shù)、城市河湖治理生態(tài)化技術(shù)及城市景觀水體的配置調(diào)度技術(shù)等并形成完整的技術(shù)體系，推動(dòng)我國(guó)本領(lǐng)域整體技術(shù)水平的發(fā)展，為建立生態(tài)城市水環(huán)境提供技術(shù)支撐。具體目標(biāo)包括：（1）使示范區(qū)水體水質(zhì)總體上明顯改觀，由目前的V類(lèi)、超V類(lèi)水體恢復(fù)到I

3、IIIV類(lèi)，強(qiáng)化河湖水體的景觀生態(tài)功能；（2）突出北方特大缺水型城市水環(huán)境特點(diǎn)，研發(fā)城市河湖水體生態(tài)修復(fù)、再生水回用城市河湖與水資源優(yōu)化配置協(xié)同技術(shù)，并建立示范工程；（3）研究成果可在北京市整體水系推廣應(yīng)用，為全面改善北京市城區(qū)的河湖水環(huán)境質(zhì)量，尤其是二八年北京奧運(yùn)公園人工湖構(gòu)建提供技術(shù)支撐與示范。三、 課題具體研究?jī)?nèi)容 自北京建都以來(lái)，北京城區(qū)河湖水系經(jīng)過(guò)挖填、疏堵等一系列的人工活動(dòng)，逐漸演變成一個(gè)人工系統(tǒng)。特別是解放以后，隨著都市化、工業(yè)化進(jìn)程加快，城區(qū)河湖水系逐漸失去了其自然屬性。水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，在結(jié)構(gòu)和功能上均存在明顯缺陷并處于非穩(wěn)定狀態(tài)。缺乏生活史長(zhǎng)、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的生物種群

4、，自我恢復(fù)、調(diào)節(jié)和緩沖能力極弱，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，承受外部負(fù)荷的能力較差。這是目前北京城區(qū)河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化及水華爆發(fā)的根本原因。近兩年城市河湖水華現(xiàn)象就是一個(gè)明顯的例證。而雨污分流的不徹底及污水管線的不完善，個(gè)別點(diǎn)污染源排放入河以及城市降雨徑流面污染源和大氣干濕降塵進(jìn)一步加重了河湖水生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)荷。加之因近幾年持續(xù)干旱缺水，河湖補(bǔ)水量逐漸減少等等。種種原因促成了水華爆發(fā)的各種條件，導(dǎo)致了近兩年水華現(xiàn)象不時(shí)發(fā)生，城市水環(huán)境逐年惡化。 針對(duì)城區(qū)河湖水系水環(huán)境現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題，本課題的具體研究?jī)?nèi)容為：1、特大型城市中心區(qū)湖泊水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)北京市城市湖泊的污染負(fù)荷逐年增加，富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，本項(xiàng)

5、技術(shù)以水生植被的恢復(fù)為核心，通過(guò)人工輔助措施，重建、修復(fù)河湖水生態(tài)系統(tǒng)。城市水體水生生態(tài)恢復(fù)是以水生生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力為基礎(chǔ)，通過(guò)工程方法為輔助，以修復(fù)和維護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)久良性發(fā)展。而如何使這些已受到損害的自然生態(tài)系統(tǒng)得以恢復(fù)，在滿(mǎn)足人類(lèi)生活安全、景觀要求外，還能維護(hù)復(fù)育當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，起到水體水質(zhì)凈化的作用，這是城市水體水生生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究的主要內(nèi)容。高等水生植物是水生生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)高等水生植物的光合作用，攝取水中營(yíng)養(yǎng)鹽，合成植物蛋白，從而降低水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，并通過(guò)生物量控制工程即在秋季對(duì)水生植物的進(jìn)行收割，從水體中移走這些營(yíng)養(yǎng)鹽。同時(shí)大型高等

6、水生植物的存在，可以增加水流阻力，降低流速，延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，使水流中攜帶的顆粒物質(zhì)容易沉降并去除；植物的根系可以固定底泥，防止因流速過(guò)快而造成底泥混入水中，影響水質(zhì)。該技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）研究區(qū)水環(huán)境質(zhì)量（尤其富營(yíng)養(yǎng)化）狀況調(diào)查水質(zhì)調(diào)查主要包括常規(guī)的水質(zhì)指標(biāo)（BOD，COD，DO，TN，TP，PH，透明度等）的監(jiān)測(cè)以及富營(yíng)養(yǎng)化程度調(diào)查。（2）水生植物先鋒物種的選擇與培育調(diào)查北環(huán)水系水生植物生態(tài)特征（實(shí)地調(diào)查），并選擇能夠改善水體水質(zhì)的水生植物（去N，P能力強(qiáng)，耐污能力強(qiáng)，生長(zhǎng)速度快）以及適合它們生長(zhǎng)的環(huán)境條件（文獻(xiàn)檢索）。從中選擇先鋒水生植物作為試驗(yàn)和示范工程的栽培植物。設(shè)計(jì)試驗(yàn)檢

7、測(cè)被選水生植物的污染物去除效果，以及它們?cè)谛迯?fù)后的生長(zhǎng)環(huán)境中的生態(tài)特征。生態(tài)特征包括影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因子特征，種群特征，群落特征。（3）城市湖泊水生植物的生長(zhǎng)環(huán)境修復(fù)技術(shù)在水生植被系統(tǒng)恢復(fù)的同時(shí)，需要一定的人工輔助措施，構(gòu)建或修復(fù)適合水生植被生長(zhǎng)的基本環(huán)境，特別是在沉水植物生長(zhǎng)初期。水生植物的生長(zhǎng)環(huán)境包括底泥，光照強(qiáng)度（透明度），溫度，酸堿度，水動(dòng)力特征等。該技術(shù)的人工輔助措施包括： 1）控藻及水體透明度改善措施，如：-大麥桿及其浸出液對(duì)藻類(lèi)的抑制作用及工程應(yīng)用的可行性 -強(qiáng)氧化劑、生物制劑和粘土類(lèi)絮凝沉淀改善水體透明度 2）底質(zhì)改善措施，如： -底泥阻隔、清除及某種目標(biāo)污染物的固化（4）示

8、范工程的實(shí)施在實(shí)際水體中開(kāi)展工程規(guī)模的水生植物引種及定植技術(shù)、群落配置和人工管理技術(shù)示范研究。 2、滿(mǎn)足城市景觀用水的城市污水深度處理與回用技術(shù)北京是水資源非常短缺城市，未來(lái)的河湖環(huán)境用水將主要依靠本地區(qū)污水的資源化利用。根據(jù)受納水體功能及對(duì)水質(zhì)要求的不同，綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)可行的污水回用處理集成技術(shù)，確定最佳工藝流程，提高和穩(wěn)定出水水質(zhì)，達(dá)到河湖補(bǔ)水、景觀功能、污水回用的效果。本項(xiàng)技術(shù)，以常規(guī)二級(jí)生物處理的排放水作為再生利用的原水，回用水的首要目標(biāo)是用于北環(huán)水系河湖的補(bǔ)水，增加河湖區(qū)的補(bǔ)水量，加大水體流動(dòng)，并與生物、生態(tài)水體修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，使北環(huán)水系河湖水體水質(zhì)總體上明顯改觀。（1）城市污水脫氮除

9、磷處理工藝的優(yōu)化控制與智能控制 1）傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的強(qiáng)化與優(yōu)化控制針對(duì)傳統(tǒng)脫氮除磷工藝存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)A/O、A2/O和氧化溝脫氮除磷工藝的強(qiáng)化和優(yōu)化控制來(lái)提高二級(jí)生物處理的效果、效率和穩(wěn)定性。 根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)水量的變化，確定工藝厭氧、缺氧（AAn）段和好氧（O）段的最佳反應(yīng)時(shí)間。 實(shí)現(xiàn)厭氧段聚磷菌最大程度放磷，好氧段最大程度吸磷的最佳控制方法。 探討內(nèi)循環(huán)回流比、DO和有機(jī)碳源對(duì)脫氮除磷效果的影響及優(yōu)化控制方法。 研究酒仙橋污水處理廠硝化反硝化的最佳控制方法。 在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考察和選擇合適的參數(shù)對(duì)工藝進(jìn)行自動(dòng)控制的研究。 2）高效脫氮除磷新工藝、新技術(shù) 短程硝化反硝化新

10、技術(shù) 針對(duì)傳統(tǒng)硝化反硝化（即全程硝化反硝化）反應(yīng)存在的明顯缺點(diǎn)，如硝化菌群增殖速度慢，且硝化菌群世代時(shí)間長(zhǎng)，難以維持較高生物濃度；反應(yīng)歷程較長(zhǎng)，處理效率降低；系統(tǒng)總水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，有機(jī)負(fù)荷降低，需要較大的曝氣池，增加了基建投資和運(yùn)行費(fèi)用等，研究開(kāi)發(fā)短程硝化反硝化技術(shù)，以提高生物脫氮處理效率，降低能耗和運(yùn)行費(fèi)用。短程硝化反硝化的研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)述如下： 不同溶解氧(DO)、不同溫度條件下，考察體系中硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度的變化規(guī)律。 不同游離氨濃度、不同DO條件下，研究體系中硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度的變化規(guī)律。 綜合各種控制因素的基礎(chǔ)上，控制短程硝化過(guò)程，確定實(shí)現(xiàn)短程硝化的最佳條件。 在各種反應(yīng)條件下，考

11、察體系中DO、pH及ORP的變化規(guī)律，來(lái)實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化過(guò)程的智能控制。在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著重研究ORP、DO和pH這三個(gè)參數(shù)與短程硝化、反硝化等生化反應(yīng)過(guò)程之間的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)模糊控制的理論，提出短程硝化反硝化過(guò)程的模糊控制策略和控制規(guī)則。反硝化除磷新技術(shù)反硝化除磷脫氮工藝需要研究的主要內(nèi)容如下： 考察進(jìn)水不同COD/N比和不同有機(jī)碳源對(duì)反硝化除磷細(xì)菌放磷的影響； 研究反硝化除磷連續(xù)流工藝中厭氧反應(yīng)、缺氧反應(yīng)的最佳水力停留時(shí)間； 同時(shí)考察硝酸鹽濃度、亞硝酸鹽濃度、溫度、pH值對(duì)反硝化除磷細(xì)菌放磷的影響； 利用間歇試驗(yàn)，考察DPB的污泥特性（如沉降性能等）；深入探討DPB微生物特性，主要是

12、對(duì)該類(lèi)微生物的種屬組成、生理習(xí)性有較為全面系統(tǒng)的了解； 系統(tǒng)研究ORP、DO和pH這三個(gè)參數(shù)與厭氧放磷和反硝化除磷等生化反應(yīng)過(guò)程之間的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)模糊控制的理論，提出模糊控制規(guī)則。 3）強(qiáng)化脫氮新技術(shù)及其及模糊控制間歇式活性污泥法進(jìn)行強(qiáng)化脫氮的關(guān)鍵因素是如何實(shí)現(xiàn)高水平的模糊控制，即根據(jù)原水水質(zhì)的變化實(shí)時(shí)控制各階段反應(yīng)時(shí)間，在保證出水水質(zhì)的前提下節(jié)省能耗。主要研究?jī)?nèi)容如下： 不同的原水可用于反硝化的碳源與BOD5以及COD的關(guān)系，以確定合適的原水投加量。 反硝化碳源/TN=x 大于20/7的情況下，投加原水量及次數(shù)的最優(yōu)化研究。 反硝化碳源/TN=x 小于等于20/7的情況下，投加原水量及次數(shù)

13、的最優(yōu)化研究。 影響出水TN的因素：硝化的完全性、出水的有機(jī)氮與出水COD的關(guān)系、甲醇的投加量及投加方式、甲醇的替代品等。 如何利用模糊控制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，更加有效地提高TN的去除率和降低運(yùn)行費(fèi)用。（2）回用水水質(zhì)改善及強(qiáng)化處理技術(shù) 1）強(qiáng)化混凝技術(shù)混凝技術(shù)主要用于處理二級(jí)出水中的膠體物質(zhì)，這些膠體物質(zhì)具有親水性和表面呈負(fù)電性的雙重特點(diǎn)。投加混凝劑首先是可以中和膠體顆粒所帶電荷，其次是將水膜去除以使膠粒脫穩(wěn)并凝聚形成絮凝體?；炷ㄋ纬傻男跄w可通過(guò)沉淀或直接過(guò)濾法加以去除，亦可將混凝和泥水分離合為一體，即采用澄清池去除二級(jí)處理出水中的膠體和懸浮固體。在去除非溶解性固體的同時(shí)，也可去除污水中的某

14、些溶解性物質(zhì) (如砷、汞等 )，還能有效地提高磷的去除率。選用適當(dāng)?shù)幕炷齽┓N類(lèi)并確定最佳投藥量，對(duì)污水深度處理至關(guān)重要。關(guān)于強(qiáng)化混凝技術(shù)將要研究的內(nèi)容包括： 原水水質(zhì)對(duì)混凝效果的影響； 針對(duì)不同的水質(zhì)，確定混凝劑的種類(lèi)與投量； 水力條件對(duì)混凝效果的影響； 考察不同試驗(yàn)條件下對(duì)有機(jī)污染物、濁度、磷和氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其他溶解性物質(zhì)的去除效果。 2）過(guò)濾技術(shù)主要對(duì)砂濾、微絮凝過(guò)濾、纖維球過(guò)濾在以處理水回用為目的的污水深度處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究。確定一種適合于本項(xiàng)目的最佳過(guò)濾方式及相應(yīng)的控制參數(shù)。關(guān)于過(guò)濾的研究?jī)?nèi)容包括： 濾料的選擇：包括濾料種類(lèi)、有效直徑和不均勻系數(shù)、空隙率和比表面積、納污能力等各項(xiàng)指標(biāo)

15、； 不同過(guò)濾方式下，過(guò)濾速度、過(guò)濾周期、反沖洗、水頭損失與產(chǎn)水量的關(guān)系；確定合適的過(guò)濾工況。 新型過(guò)濾材料纖維球?yàn)V料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。 不同過(guò)濾方式對(duì)有機(jī)污染物、致病微生物、細(xì)菌的去除效果的研究。 3）消毒技術(shù)消毒對(duì)于飲用水是必不可少的處理工藝，對(duì)廢水處理而言，雖不是必須的，但對(duì)某些廢水的安全排放或回用，尤其是近年來(lái)實(shí)施較多的工業(yè)水回用和中水回用工程，消毒處理已成為必須考慮的工藝步驟之一，具有非常重要的步驟。對(duì)消毒單元技術(shù)的研究包括以下內(nèi)容： 研究氯、二氧化氯、氯胺、紫外線、高錳酸鉀、臭氧六種消毒方法的消毒效果及優(yōu)缺點(diǎn)。提出適合本項(xiàng)目的安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的消毒技術(shù)。 原水水質(zhì)、溫度、pH值等條

16、件對(duì)不同消毒方法的影響。 對(duì)兩種消毒劑聯(lián)合使用消毒方法的研究。 對(duì)臭氧活性炭工藝及最優(yōu)控制方法研究。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定較好的消毒方式，提出新的安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的廢水深度處理消毒技術(shù)。3、城市河湖水體水質(zhì)改善技術(shù)本類(lèi)技術(shù)以人工強(qiáng)化設(shè)施的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用研究為主，重點(diǎn)針對(duì)城市河湖現(xiàn)有水體水質(zhì)改善。（1）曝氣利用浮筒式擴(kuò)散曝氣裝置，向水體中摻氧，提高水中的溶解氧值，為水體中有機(jī)物的氧化提供條件。研究水體流量、流速及溶解氧等技術(shù)參數(shù)。 適合城市河湖水體曝氣設(shè)備的比選 開(kāi)展工程規(guī)模的曝氣技術(shù)應(yīng)用研究 監(jiān)測(cè)水體溶解氧變化，綜合評(píng)價(jià)水質(zhì)改善效果（2）太陽(yáng)能水下（面）推流在水域中利用水下（面）推流技術(shù)，營(yíng)造水

17、體的人工循環(huán)對(duì)流，改善水體中的靜水流態(tài)，促進(jìn)上下層水體交換，提高水中的溶解氧含量，破壞微囊藻的生存環(huán)境，從而抑制藻類(lèi)的繁殖，激活水體的自然凈化機(jī)能。 開(kāi)發(fā)、定型高效水下（面）推流設(shè)備 設(shè)備應(yīng)用研究 監(jiān)測(cè)水體流動(dòng)范圍、流速及水溫、溶解氧變化，綜合評(píng)價(jià)抑藻效果（3）新型吸附性材料利用針刺無(wú)紡布包裹吸附性材料（活性炭、沸石、濾料等），并制成條帶狀或片狀，置于緩水區(qū)或湖與湖的連接渠中，可起到綜合降解污染物作用（物理吸附、生物接觸氧化降解）。 新型土工織物、人工合成材料室內(nèi)試驗(yàn) 進(jìn)行多種材料的理化性能和力學(xué)性能試驗(yàn)，選擇23種吸附性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的合成材料。 開(kāi)發(fā)適用于水污染治理的改良型新材料 通過(guò)材

18、料的結(jié)構(gòu)變化、材質(zhì)合成等措施，試制質(zhì)量輕（經(jīng)固定后，能漂浮在水體中）、吸附能力強(qiáng)、宜于再生的合成織物。 新型土工織物材料水質(zhì)改善工程示范4、城市河湖面源污染控制技術(shù)本技術(shù)針對(duì)城市河湖入河面源污染控制，恢復(fù)河（湖）岸自然屬性。（1）城市水系面源污染的調(diào)查研究 研究城市水系面源污染的時(shí)空分布規(guī)律，及其與氣候、降雨等相關(guān)關(guān)系 根據(jù)不同的污染類(lèi)型，確定不同的治理方法和方式 城市水系面源污染的成因及其分布規(guī)律研究（2）城市水系面源污染的模型研究 參考目前的水質(zhì)模型，模擬和量化降雨對(duì)地表累積物的沖刷和污染物隨徑流輸出兩大過(guò)程 結(jié)合調(diào)查研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，建立輸入與輸出之間的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型 在經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型的基礎(chǔ)

19、上，結(jié)合GIS技術(shù)建立城區(qū)面源污染模型，利用單元分析法（土地利用多邊形）分析其所產(chǎn)生的污染負(fù)荷量（3）城市水系面源污染的生態(tài)治理方案研究道路廣場(chǎng)及公共區(qū)域的雨水徑流對(duì)水系面源污染控制，降雨徑流將路面的污染物挾帶進(jìn)入水系，因而控制徑流入河方式，即可有效凈化入河面源污染。 新型生態(tài)、多自然型護(hù)岸試驗(yàn)與選優(yōu) 新型護(hù)岸材料的選擇、結(jié)構(gòu)形式確定、植物品種篩選與配置 水陸交錯(cuò)帶植被恢復(fù)技術(shù)研究（4）城市水系面源污染生態(tài)治理示范工程建設(shè)選擇城市河湖水系的典型區(qū)域，改造現(xiàn)有傳統(tǒng)護(hù)砌工程，建設(shè)新型生態(tài)、多自然型護(hù)岸，結(jié)合河（湖）濱帶植被恢復(fù)，建立城市河湖面源污染防護(hù)體系。5、水質(zhì)水量的聯(lián)合調(diào)度技術(shù)研究“六?！奔?/p>

20、亮馬河水質(zhì)水量合理利用、高效配置技術(shù)與方案，建立源水資源與再生水資源的科學(xué)調(diào)配和控制系統(tǒng)。（1）北環(huán)水系生態(tài)需水研究 對(duì)“六?！焙捅杯h(huán)水系相關(guān)水域，分別建立湖泊和河道生態(tài)需水研究模型，以水質(zhì)滿(mǎn)足景觀用水為主要目標(biāo)，計(jì)算 “六海”及北環(huán)水系（以北護(hù)城河、亮馬河為主）最小及適宜生態(tài)需水量，同時(shí)建立湖泊、河道生態(tài)需水量的安全閾值理論。（2）水資源高效配置技術(shù)研究 通過(guò)對(duì)源水、再生水水資源量及水質(zhì)變化分析預(yù)測(cè)，對(duì)“六海”與亮馬河生態(tài)需水的季節(jié)變化和年際變化進(jìn)行分析，確定需水脅迫時(shí)段與持續(xù)時(shí)間，對(duì)水資源（源水、再生水）滿(mǎn)足生態(tài)需水的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立供水能力與需水量的相關(guān)關(guān)系，確定科學(xué)可行的配水方案。（

21、3）水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度決策支持系統(tǒng)的建立利用可視化技術(shù)開(kāi)發(fā)決策支持系統(tǒng)，構(gòu)建決策支持系統(tǒng)框架，建立針對(duì)示范區(qū)方案庫(kù)、模型庫(kù)，并進(jìn)行示范區(qū)環(huán)境的虛擬仿真模擬，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的預(yù)測(cè)、預(yù)警及應(yīng)急功能。四、 課題技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)本課題的技術(shù)關(guān)鍵是特大型城市中心區(qū)河湖生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建，再生水回用于城市河流景觀用水與環(huán)境改善有機(jī)結(jié)合，以及生態(tài)河床、生態(tài)河（湖）濱帶治理技術(shù)。創(chuàng)新點(diǎn)是運(yùn)用生態(tài)學(xué)理論，通過(guò)自然環(huán)境各組成因子間的互動(dòng)關(guān)系，以河湖系統(tǒng)為整體，考慮城市河湖生態(tài)機(jī)制的恢復(fù)和重建，利用水生植物具有多種生活型的特點(diǎn)，通過(guò)沉水植物、浮葉植物、挺水植物的空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，改善水中生物的棲息環(huán)境，促進(jìn)水體生物多樣性

22、的恢復(fù)；從城市河湖生態(tài)需水的水量水質(zhì)要求出發(fā)，開(kāi)發(fā)處理后的城市污水回用于河湖景觀水體的資源化技術(shù)；通過(guò)生態(tài)河床、生態(tài)河（湖）濱帶治理技術(shù)創(chuàng)新，使城市河湖景觀功能與面源污染防治有機(jī)結(jié)合，突出城市綜合環(huán)境中河流的親水、自然生態(tài)作用，使河湖的防洪、水利和環(huán)境功能最大限度得到發(fā)揮。（1）北方城市河湖水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建及其維護(hù)管理技術(shù)在自然條件下，水生生態(tài)系統(tǒng)存在著自然演替、退化的過(guò)程，對(duì)于城市凈化湖泊來(lái)說(shuō)，由于常年受到人為因素的影響，其掩替、退化的速度更快。本課題采用人工種植與自然恢復(fù)相結(jié)合、生物方法與物理方法相結(jié)合的工程措施，通過(guò)人工或自然篩選、培植的方法進(jìn)行先鋒植物的重建，利用人為手段調(diào)節(jié)、

23、改善局部環(huán)境條件，為水生植物正常生態(tài)演替序列的營(yíng)建創(chuàng)造條件，使景觀河流水體水生生態(tài)系統(tǒng)得以重建或修復(fù)。此外，要維持城市景觀湖泊的良性水生生態(tài)系統(tǒng)，就需要投入適當(dāng)?shù)墓芾砗途S護(hù)。根據(jù)水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的相互關(guān)系、植物群落演替規(guī)律以及食物鏈控制機(jī)制，通過(guò)人工調(diào)控和生物操縱相結(jié)合的方法，使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保持動(dòng)態(tài)平衡，功能趨向穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的水質(zhì)凈化和控制效果。（2）再生水回用于城市景觀用水的城市污水資源化技術(shù)水資源的緊缺已經(jīng)成為北京社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的一個(gè)重要問(wèn)題之一。城市污水的再生回用，已經(jīng)或正在成為開(kāi)辟城市新水源，解決城市水資源不足問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。北京城市污水的再生回用對(duì)象主要是城市生態(tài)環(huán)境用

24、水，特別是城市河湖的景觀用水。但是城市污水的再生利用是一項(xiàng)涉及面廣的系統(tǒng)工程，除強(qiáng)有力的政策法規(guī)的保障、必要的規(guī)劃管理措施、合理的經(jīng)濟(jì)手段外，必須加強(qiáng)城市污水再生技術(shù)和回用工程技術(shù)的研究，也是本課題的技術(shù)關(guān)鍵所在。一方面，注重傳統(tǒng)污水脫氮除磷處理工藝的合理運(yùn)行工況與優(yōu)化控制；另一方面，通過(guò)研發(fā)，提高污水脫氮除磷新工藝的效率和實(shí)現(xiàn)過(guò)程的智能控制。（3）城市河湖面源污染控制工程河湖岸線是水中生態(tài)體系和陸上生態(tài)體系的接合點(diǎn)，有適合各種生物生息的潛在環(huán)境。同時(shí)河湖岸線在滿(mǎn)足市民親水要求、構(gòu)筑城市水系景觀環(huán)境方面具有不可替代的地位。城市中心區(qū)水系中，傳統(tǒng)的河（湖）岸幾經(jīng)變遷，現(xiàn)多是人為修筑的垂直剛性混凝

25、土或漿砌塊石建筑物，破壞了河湖岸線原始自然的景觀，對(duì)城市徑流沒(méi)有絲毫凈化功能。本課題將在河湖岸的形式和功能上有所創(chuàng)新，優(yōu)選出適合于城市河湖水系的面源污染防護(hù)體系。（4）源水、再生水、河湖原水的水質(zhì)、水量聯(lián)合調(diào)度本課題將在理論上建立湖泊和河流生態(tài)環(huán)境需水理論，為水資源配置和水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度提供基礎(chǔ)；在技術(shù)上通過(guò)建立水質(zhì)、水量聯(lián)合調(diào)度技術(shù)，為城市水環(huán)境治理提供更為系統(tǒng)的方法。五、 課題研究思路及詳細(xì)技術(shù)路線（詳述）1、特大型城市中心區(qū)湖泊水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)本課題研究的對(duì)象是什剎海北海水體，針對(duì)其呈多級(jí)湖泊串聯(lián)式分布的特點(diǎn)，主要通過(guò)生態(tài)技術(shù)的手段，對(duì)該水系各湖泊水生生態(tài)的恢復(fù)，從而使之形成一整套自然多

26、級(jí)塘處理系統(tǒng)，有效地凈化上游來(lái)水的水質(zhì)，抑制該水系水體中藻類(lèi)的大規(guī)模爆發(fā)，提高什剎海-北海水體的景觀效果，同時(shí)為下游受益水體中海、南海、筒子河的水質(zhì)保持提供一個(gè)良好的前提基礎(chǔ)。（1）理論基礎(chǔ)自60年代早期出現(xiàn)淡水和海洋水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題以來(lái)，在過(guò)去的40年間，此問(wèn)題不斷加劇，已經(jīng)成為因人類(lèi)活動(dòng)引起的世界水質(zhì)惡化的最主要原因。富營(yíng)養(yǎng)化的含義是指湖泊、水庫(kù)、緩慢流動(dòng)的河流以及某些近海水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（一般指氮和磷的化合物）過(guò)量從而引起水體植物（如藻類(lèi)及大型植物）的大量生長(zhǎng)。其結(jié)果是引起水質(zhì)惡化、味覺(jué)和嗅覺(jué)變壞、溶解氧耗竭、透明度減低、漁業(yè)減產(chǎn)、死魚(yú)、阻塞航道，對(duì)人和動(dòng)物產(chǎn)生毒性。可以認(rèn)為地表水的富營(yíng)養(yǎng)

27、化現(xiàn)象是營(yíng)養(yǎng)水平的失衡：在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，物種分布的常規(guī)機(jī)制受到動(dòng)搖，經(jīng)常導(dǎo)致一些單個(gè)物種(藻類(lèi))的瘋長(zhǎng)。這種瘋長(zhǎng)也破壞了水體的生化循環(huán)，產(chǎn)生厭氧環(huán)境。阻止富營(yíng)養(yǎng)化的辦法就是使上述的一種或多種受破壞的平衡恢復(fù)過(guò)來(lái)，并進(jìn)一步綜合考慮，逐步地使各物質(zhì)流正常進(jìn)行。水庫(kù)、河流、湖泊等水體是充滿(mǎn)生機(jī)與活力的生態(tài)系統(tǒng)，良性結(jié)構(gòu)和科學(xué)管理可以賦予其高度的生態(tài)穩(wěn)定性和強(qiáng)大的自?xún)裟芰?，能夠承受比較高的外源污染負(fù)荷，并為人類(lèi)提供豐富的生物資源、良好的水資源和生態(tài)環(huán)境；在比較高的污染負(fù)荷條件下，如果良性生態(tài)遭到破壞，就會(huì)喪失生物多樣性和生態(tài)穩(wěn)定性，導(dǎo)致自?xún)裟芰ο陆?、生物資源衰退、水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境惡化。淺水水體生態(tài)系統(tǒng)

28、的多態(tài)理論認(rèn)為，在貧營(yíng)養(yǎng)階段，大型水生植物和藻類(lèi)的生長(zhǎng)均受到營(yíng)養(yǎng)缺乏的嚴(yán)格制約，水體處在泥砂質(zhì)渾濁狀態(tài)，或之為“原始渾濁狀態(tài)”。隨著營(yíng)養(yǎng)元素的逐步積累，就有可能分化出兩條演變途徑，一條途徑是大型水生植物的不斷發(fā)展抑制了浮游藻類(lèi)，形成的水生植被減弱了風(fēng)浪強(qiáng)度及其對(duì)水底的沖刷，增強(qiáng)了水體的污染自?xún)裟芰Γ廴疚锟梢酝ㄟ^(guò)沉積、生物轉(zhuǎn)化、生物同化、生物產(chǎn)品收獲等途徑離開(kāi)水體，水體變清且營(yíng)養(yǎng)水平上升比較緩慢，這種狀態(tài)稱(chēng)為“大型植物占優(yōu)勢(shì)的清水狀態(tài)”。簡(jiǎn)稱(chēng)為“草型清水狀態(tài)”，這是一種高度有序狀態(tài)。另一條途徑是浮游藻類(lèi)的不斷增長(zhǎng)抑制了大型水生植物，沉積物的再懸浮作用比較強(qiáng)烈，增加了水體的渾濁度；營(yíng)養(yǎng)鹽的生物輸

29、出和沉積輸出減少，湖水營(yíng)養(yǎng)水平上升比較迅速，這種狀態(tài)稱(chēng)為“浮游藻類(lèi)占優(yōu)勢(shì)的濁水狀態(tài)”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“藻型濁水狀態(tài)”，這是一種無(wú)序狀態(tài)。推動(dòng)這種兩態(tài)分化的原動(dòng)力是外源營(yíng)養(yǎng)元素的不斷輸入，形成這種分化的內(nèi)在生物因素是大型水生植物與浮游植物之間的競(jìng)爭(zhēng)排斥特性，決定分化方向的內(nèi)部環(huán)境因素是水體的物理環(huán)境特征，在某些情況下人類(lèi)的干預(yù)有可能改變分化方向和演變速度?！安菪颓逅疇顟B(tài)”和“藻型濁水狀態(tài)”均能夠穩(wěn)定地存在，且在強(qiáng)烈的外在因素干預(yù)之下有可能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。比如人為破壞水生植被可導(dǎo)致由“草型清水狀態(tài)”向“藻型濁水狀態(tài)”的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，依靠水生植物維持的草型清水狀態(tài)并不是永恒的，隨著水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的不斷積累，水生植

30、物的分布面積和生物量逐步增大，最終達(dá)到其生理極限。此時(shí)如果外源營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷高于水體生態(tài)系統(tǒng)的自?xún)裟芰?，水中的營(yíng)養(yǎng)鹽就會(huì)過(guò)剩，必然引起浮游藻類(lèi)的生長(zhǎng)，系統(tǒng)將進(jìn)入一個(gè)非穩(wěn)定狀態(tài)。采取一定的環(huán)境調(diào)控措施可以將系統(tǒng)保持在臨界狀態(tài)之前，比如消減外源污染負(fù)荷、加強(qiáng)對(duì)水生植物的收獲利用、引進(jìn)吸收凈化能力更強(qiáng)的植物品種等，通過(guò)調(diào)節(jié)水體的營(yíng)養(yǎng)平衡來(lái)保持起生態(tài)平衡。在生物學(xué)理論中，生態(tài)位（Hutchinson的定義）是指由所有生物和非生物環(huán)境條件組成的n維空間中該生物得以繼續(xù)生存的范圍。由于此定義中的生態(tài)位主要是理論上的闡述，包含的環(huán)境條件相當(dāng)完整，在實(shí)際操作中，要了解生物所需的全部環(huán)境條件比較困難，一般選擇生物所需

31、條件中的幾個(gè)可以量化且具有限制性的因素去研究生態(tài)位的問(wèn)題。限制因子是生態(tài)位n維空間中起決定性的若干組成因子，在眾多的環(huán)境因素中，任何接近或超過(guò)某種生物的耐受性極限而阻止其生存、生長(zhǎng)、繁殖或擴(kuò)散的因素為限制因子，它是生物生存發(fā)展的決定性條件。根據(jù)種間競(jìng)爭(zhēng)排斥理論，生態(tài)位上相同的兩個(gè)物種不可能在同一地區(qū)內(nèi)共存，如果生活在同一個(gè)地區(qū)內(nèi)，由于劇烈競(jìng)爭(zhēng)，他們之間必然出現(xiàn)棲息地、營(yíng)養(yǎng)物、活動(dòng)時(shí)間或其他特征上的生態(tài)位分化才得以生存，或一物種淘汰另一物種。競(jìng)爭(zhēng)包括資源利用性競(jìng)爭(zhēng)和相互干涉性競(jìng)爭(zhēng)兩類(lèi)，資源利用性競(jìng)爭(zhēng)指兩種生物之間沒(méi)有直接干預(yù)，只有因資源總量減少而產(chǎn)生的對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的存活、生殖、和生長(zhǎng)的間接影響；在

32、相互干涉性競(jìng)爭(zhēng)中，兩種生物之間不僅競(jìng)爭(zhēng)食物，而且通過(guò)某種方式相互直接干涉，比如某些植物能夠分泌一些有害化學(xué)物質(zhì)，阻止別種植物在其周?chē)纳L(zhǎng)，即克制作用。淺水水體生態(tài)系統(tǒng)分化為何種狀態(tài)的關(guān)鍵是基于內(nèi)外界條件（促使）下大型水生植物(主要是水生維管束植物)與浮游藻類(lèi)的競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)包括的生物、非生物條件主要包括營(yíng)養(yǎng)源、溫暖度、光照強(qiáng)度、水動(dòng)力特性、攝食壓力等。實(shí)地開(kāi)展兩類(lèi)群落生物的生態(tài)位在營(yíng)養(yǎng)源和其他環(huán)境條件，尤其是限制因素的調(diào)查，分析它們的共性和差異，選擇有利于遏制浮游藻類(lèi)生長(zhǎng)的水生維管束植物種，并采用生物工程技術(shù)和環(huán)境調(diào)控技術(shù)等，創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，形成有利于水生維管束植物競(jìng)爭(zhēng)有勢(shì)的淺水水體生態(tài)

33、系統(tǒng)，將有利于引導(dǎo)水體向良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。水生維管束植物是全部或部分淹沒(méi)在水中或生長(zhǎng)在潮濕的岸邊具維管束的植物，俗稱(chēng)水草。其種類(lèi)繁多，一般分為挺水植物、浮葉植物、沉水植物、漂浮植物四大類(lèi)型。水生維管束植物是許多水體（河流、湖泊、水庫(kù)等）生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，他們共同構(gòu)成水生植被，具有初級(jí)生產(chǎn)功能和環(huán)境生態(tài)功能。水生維管束植物在湖泊、河湖生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境功能主要表現(xiàn)在吸收凈化功能。引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的營(yíng)養(yǎng)物同樣是水生維管束植物生長(zhǎng)所必需，這些植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收凈化有利于湖泊的營(yíng)養(yǎng)平衡，能有效地防止湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。水生維管束植物與富營(yíng)養(yǎng)化水體的主要污染藻類(lèi)在資源方面存在競(jìng)爭(zhēng)，它們都需要光能、

34、CO2和營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)維持生長(zhǎng)。相對(duì)于浮游藻類(lèi)而言，挺水植物、浮葉植物及漂浮植物在光能競(jìng)爭(zhēng)上占優(yōu)勢(shì)；沉水植物在光能競(jìng)爭(zhēng)上略顯劣勢(shì)，但在營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面占優(yōu)勢(shì)，它既可通過(guò)莖葉表面直接從湖水中吸收營(yíng)養(yǎng)鹽，也能夠從底泥中獲取營(yíng)養(yǎng)鹽；生化克制，水生維管束植物在旺季能向湖水中分泌某些生化物質(zhì)，殺死浮游藻類(lèi)或者抑制其生長(zhǎng)繁殖。沉水植物和浮游藻類(lèi)在資源競(jìng)爭(zhēng)方面勢(shì)均力敵，生化克制效應(yīng)在二者之間的生存競(jìng)爭(zhēng)起著決定性的作用。周叢生物的捕食抑制作用。水生植物能夠創(chuàng)造出比較穩(wěn)定的水體環(huán)境，并提供龐大的棲息表面積，可撫育出高密度的大型浮游動(dòng)物，大量捕食浮游藻類(lèi)，有效抑制藻類(lèi)的群落數(shù)量。物理效應(yīng)。湖泊中的浮游藻類(lèi)大部分沒(méi)有運(yùn)動(dòng)能力

35、或者運(yùn)動(dòng)能力很差，它們主要借助湖水的紊動(dòng)來(lái)維持其懸浮生活。在水生植物比較密集的湖區(qū)，湖水的紊動(dòng)強(qiáng)度減弱，可以影響某些浮游藻類(lèi)的生長(zhǎng)。為水生動(dòng)物提供特殊生態(tài)環(huán)境。水生植物分布區(qū)的生物區(qū)系為水體中魚(yú)類(lèi)和近岸生物提供了豐富的食物和生息繁衍的場(chǎng)所，具有創(chuàng)造環(huán)境多樣性、保護(hù)生物多樣性的生態(tài)功能。 水生維管束植物在水質(zhì)凈化方面的作用逐步受到人們的重視，其成本較低，效果好，簡(jiǎn)單易行，這方面的研究和應(yīng)用較多，如利用水葫蘆、長(zhǎng)苞香蒲、水花生、菱、水芹等凈化水體的植物，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體有很好的治理效果。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春地理研究所和南昌大學(xué)生物科學(xué)工程系對(duì)石菖蒲的凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，石菖蒲對(duì)富營(yíng)

36、養(yǎng)化水體的凈化能力是很強(qiáng)的，如水體總氮去除率達(dá)84.7%，總磷去除率達(dá)43.9%，溶解氧（DO）增加26.6%。（2）詳細(xì)技術(shù)路線基于調(diào)查資料，解決采用生物技術(shù)治理城市湖泊富營(yíng)養(yǎng)化污染中若干技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)這些技術(shù)的可行性和操作性進(jìn)行分析研究，并在什剎海實(shí)施示范工程。1）研究區(qū)水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查 調(diào)查研究區(qū)水環(huán)境質(zhì)量狀況，特別是富營(yíng)養(yǎng)化狀況。水質(zhì)調(diào)查主要包括常規(guī)的水質(zhì)指標(biāo)BOD，COD，DO，TN，TP，PH，透明度等的監(jiān)測(cè)以及富營(yíng)養(yǎng)化程度調(diào)查。2）水生植物物種選擇 調(diào)查城市河湖水系水生植物生態(tài)特征（實(shí)地調(diào)查），并查找能夠改善水體水質(zhì)的水生植物（去N，P能力強(qiáng)，耐污能力強(qiáng)，生長(zhǎng)速度快）以及適合

37、它們生長(zhǎng)的環(huán)境條件（文獻(xiàn)檢索）。從中選擇先鋒水生植物作為試驗(yàn)和示范工程的栽培植物。 A水生植物選擇原則： 對(duì) “水華”水體中限制性營(yíng)養(yǎng)鹽（主要是N、P元素）有較強(qiáng)的去除能力； 對(duì)藻類(lèi)群體具有抑制作用； 能夠與河湖水體中其他環(huán)境成分形成穩(wěn)定協(xié)調(diào)的、對(duì)水體自?xún)糇饔脧?qiáng)的水生生態(tài)系統(tǒng)；根據(jù)水體生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)，選擇幾種去除N、P能力強(qiáng)、對(duì)形成“水華”的藻類(lèi)群體形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的水生植物種。最好選擇湖泊以前或現(xiàn)有的水生植物種，因?yàn)檫@些水生植物種較為適應(yīng)原來(lái)水體環(huán)境，可能容易形成優(yōu)勢(shì)群落。而且對(duì)這些水生植物種的生態(tài)習(xí)性有資料可查，便于分析研究。選擇水生植物種時(shí)，分析被選范圍內(nèi)的水生植物種的生態(tài)位，特別是對(duì)水生植

38、物的培育、生長(zhǎng)、繁殖等起限制作用的生物、非生物因素，與水體中形成“水華”的藻類(lèi)群體的生態(tài)位進(jìn)行比較，根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)理論，選擇對(duì)藻類(lèi)群體能夠形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的植物種。 B水生植物選擇步驟： 通過(guò)查閱文獻(xiàn)，廣泛調(diào)查各種水生植物的生態(tài)習(xí)性；尤其對(duì)北環(huán)水系原有的和現(xiàn)有的水生植物作詳細(xì)的調(diào)查；調(diào)查內(nèi)容包括影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因子特征，種群特征，群落特征，去污能力。環(huán)境因子包括：底質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)成分（重點(diǎn)是N，P吸附能力）、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、氧化還原性能、酸堿度等），光強(qiáng)，CO2，溫度等種群特征包括：植被類(lèi)型（包括沉水植物，浮葉根生植物，漂浮植物，挺水植物），生產(chǎn)量特征，礦物質(zhì)代謝特征，時(shí)空分布，生命周期（萌芽、生長(zhǎng)、繁殖、休眠，

39、死亡），形態(tài)特征。群落特征包括：群落的優(yōu)勢(shì)種，群落物種多樣性，群落營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，生態(tài)位（主要考慮與藻類(lèi)形成的共位群，它們的種間競(jìng)爭(zhēng)激烈），空間格局，群落周期性（主要是季節(jié)節(jié)律）。 比較不同的水生植物生態(tài)特征，確定若干優(yōu)選的水生植物種作為先鋒植物進(jìn)行試驗(yàn)。 針對(duì)每種被選植物設(shè)計(jì)試驗(yàn)，觀測(cè)并分析其種群特征。 設(shè)計(jì)試驗(yàn)集中種植被選水生植物，觀測(cè)并分析群落特征。 綜合試驗(yàn)結(jié)果，選擇示范工程栽培的水生植物種。3）所選水生植物的污染物去除效果及在修復(fù)后的生長(zhǎng)環(huán)境中的生態(tài)特征試驗(yàn) 生態(tài)特征包括影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因子特征，種群特征，群落特征。 A試驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)試驗(yàn)，確定示范工程栽培的水生植物種，主要考察兩個(gè)方面：

40、-被選擇水生植物種的N、P去除能力；-被選擇水生植物種的生態(tài)特征，能否與北環(huán)水系的其他環(huán)境因子形成穩(wěn)定且自?xún)裟芰?qiáng)的生態(tài)系統(tǒng)。 通過(guò)試驗(yàn)，確定被選水生植物適宜的生長(zhǎng)環(huán)境 主要是環(huán)境因子，包括底質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)成分），光強(qiáng)，溫度，CO2濃度等，對(duì)照河湖水系的特殊環(huán)境，確定示范工程先鋒植物選擇方案和北環(huán)水系水生植物生長(zhǎng)環(huán)境修復(fù)方案。 B試驗(yàn)流程做兩組試驗(yàn)，其中一組是在出現(xiàn)“水華”的水體，另一組是在常態(tài)下的水體。試驗(yàn)流程基本相同。出現(xiàn)“水華”的水體試驗(yàn)主要考察被選水生植物在重污染環(huán)境中的去污效果和生存能力。常態(tài)下水體試驗(yàn)主要考察被選水生植物所在生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、協(xié)調(diào)共存性能。 C重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容 環(huán)境因子方面包括

41、底質(zhì)、光強(qiáng)度、溫度、CO2濃度等，底質(zhì)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容隨被試驗(yàn)水生植物品種的不同而不同（主要包括營(yíng)養(yǎng)成分，根系發(fā)展的土質(zhì)結(jié)構(gòu)，抑制因素如酸堿度、氧化還原性等）。環(huán)境因子的檢測(cè)方法可見(jiàn)有關(guān)的文獻(xiàn)。 種群特征方面： -生產(chǎn)量（生產(chǎn)力水平）特征； -水生植物密度（生物量/單位面積）； -水生植物內(nèi)稟增長(zhǎng)率（生物量增長(zhǎng)/單位面積·單位時(shí)間）； -水生植物實(shí)際增長(zhǎng)率（生物量增長(zhǎng)/單位面積·單位時(shí)間）。 群落特征方面 -群落物種多樣性； -群落的優(yōu)勢(shì)種：估計(jì)生物優(yōu)勢(shì)程度的方法不少，經(jīng)常用密度、生物量結(jié)合其他數(shù)量特征：蓋度、頻度、重要值（劉健康，1995）來(lái)表示。蓋度=植物冠遮蓋的地面面積/樣

42、地面積；頻度=某種植物出現(xiàn)的樣地?cái)?shù)/全部樣地?cái)?shù)；重要值=（相對(duì)密度+相對(duì)頻度）/300； -群落營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)（主要考慮初級(jí)消費(fèi)者，它們直接影響被試驗(yàn)植物的生產(chǎn)量）； -生態(tài)位（主要考慮與藻類(lèi)形成的共位群，它們的種間競(jìng)爭(zhēng)激烈，促進(jìn)對(duì)方，可以抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)）； -空間格局（影響群落各個(gè)類(lèi)群對(duì)空間和資源（如光照）的利用）； -群落周期性（主要是季節(jié)節(jié)律）。 試驗(yàn)結(jié)果分析分析試驗(yàn)結(jié)果需要考慮的幾個(gè)方面： -被選水生植物控制污染的效果，主要是去除N，P的能力； -被選水生植物在試驗(yàn)環(huán)境中的種群特征、群落特征是否適應(yīng)與其他環(huán)境成分形成穩(wěn)定協(xié)調(diào)的、對(duì)水體自?xún)糇饔脧?qiáng)的水生生態(tài)系統(tǒng)。 -與被選水生植物適宜的生長(zhǎng)環(huán)境

43、對(duì)照，對(duì)示范區(qū)環(huán)境修復(fù)的難易程度。 -在示范工程中，水生植物的栽培與管理是否便利。 4）城市湖泊水生植物生長(zhǎng)環(huán)境修復(fù)在沉水植被恢復(fù)過(guò)程中，水生植物生長(zhǎng)環(huán)境修復(fù)主要指底質(zhì)修復(fù)和控藻及透明度提高措施。A. 底質(zhì)修復(fù) 底質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分的構(gòu)成、底質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)水生植物生長(zhǎng)狀態(tài)影響很大。底質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分著重考慮先鋒植物與藻類(lèi)限制性養(yǎng)分的含量，底質(zhì)的結(jié)構(gòu)考慮顆粒粗細(xì)，有機(jī)物含量的高低、無(wú)氧代謝形成的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量。 底質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分中，先鋒植物的限制性營(yíng)養(yǎng)成分含量不能太低，但藻類(lèi)的限制性營(yíng)養(yǎng)成分含量不能太高，這樣可以保證先鋒植物對(duì)藻類(lèi)形成優(yōu)勢(shì)。沙質(zhì)底質(zhì)往往可吸收的元素貧瘠，有機(jī)質(zhì)含量較低，影響植物的密度和生物量。 底質(zhì)

44、的顆粒度要小，這樣有利于根系的發(fā)展和對(duì)礦物營(yíng)養(yǎng)的吸取，底質(zhì)要保持適當(dāng)?shù)难趸院蛪A性。由于水系沉積的有機(jī)物一般較多，其中含有對(duì)植物有毒的乙醛、酚、乙烯等，同時(shí)對(duì)植物有毒性作用的有機(jī)酸含量大，堿性的底質(zhì)對(duì)植物有保護(hù)作用；無(wú)氧環(huán)境下生成的還原性鐵、錳和還原性硫化物對(duì)植物有毒害作用，在富營(yíng)養(yǎng)化環(huán)境下底質(zhì)中容易形成相當(dāng)濃度的無(wú)機(jī)還原物，植物對(duì)它們的抗性取決于其根際的氧化能力。基底修復(fù)主要采用機(jī)械耕耙、平整以及適當(dāng)增加基底改良劑調(diào)整底質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽的比例等措施。B. 透明度提高 水體一定強(qiáng)度的光照是水生植物生存必需的環(huán)境因子，水生植物不同種在底質(zhì)不同深度上的定位主要是決定于光環(huán)境。當(dāng)處于植物光合作用補(bǔ)償點(diǎn)和飽和

45、點(diǎn)之間時(shí)，光強(qiáng)直接決定水生植物的生產(chǎn)力。光強(qiáng)對(duì)水生植物的制約受到河道湖泊底質(zhì)表面結(jié)構(gòu)、各種生物體生理、生態(tài)、形態(tài)、時(shí)空分布特征的影響。 在生長(zhǎng)環(huán)境的修復(fù)和補(bǔ)償過(guò)程中，底質(zhì)表面的結(jié)構(gòu)要有利于先鋒植物的捕光。由于城市河湖水體水深較淺，在沉水植物生長(zhǎng)的季節(jié)通過(guò)強(qiáng)化手段短期提高水體透明度就能夠保證為沉水植物提供生長(zhǎng)所需要的光照強(qiáng)度。如通過(guò)調(diào)節(jié)水深，增加水體光的透明度及生物制劑、大麥桿及其浸出液和粘土類(lèi)絮凝沉淀改善水體透明度等方法。另一方面，水生植物也面臨光抑制問(wèn)題。也將在上述試驗(yàn)過(guò)程中研究。5）示范工程實(shí)施開(kāi)展工程規(guī)模的示范，研究水生植物的栽培，養(yǎng)護(hù)，收割，監(jiān)測(cè)等維護(hù)管理過(guò)程中的技術(shù)。該示范工程主要集

46、中于什剎海內(nèi)和亮馬河上段水域。A范圍及規(guī)模 該示范工程包括什剎海及北海重點(diǎn)水域80萬(wàn)m2，亮馬河漁陽(yáng)飯店分水閘下游至東大街節(jié)制閘段，河長(zhǎng)約500m，寬12m，水深1.1m左右。 B實(shí)施技術(shù)路線在本研究示范工程實(shí)施中，采用人工輔助的手段，改善城市中心湖泊重點(diǎn)水域的基礎(chǔ)環(huán)境條件，并通過(guò)人工、機(jī)械種植等措施扶植水生植被（重點(diǎn)是沉水植物）的生長(zhǎng)。主要工程措施包括： 基底修復(fù) 由于河道河湖長(zhǎng)期受到上游來(lái)水的影響，其基底已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足水生植物生長(zhǎng)的要求，在沉水植物種植前必須對(duì)基底實(shí)施修復(fù)。根據(jù)底質(zhì)狀況，基底修復(fù)主要采用機(jī)械耕耙、平整以及適當(dāng)增加基底改良劑調(diào)整底質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽的比例等措施。 沉水植物的種植及管理技術(shù)

47、 沉水植物種植采用自然撒種和利用專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行人工扦插相結(jié)合的種植方式。在植物發(fā)芽生長(zhǎng)后則根據(jù)實(shí)際分布密度狀況對(duì)部分區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)種維護(hù)，及時(shí)打撈未存活植物的殘?bào)w，避免造成二次污染。根據(jù)植物生長(zhǎng)的狀況，在適當(dāng)?shù)募竟?jié)對(duì)過(guò)渡生長(zhǎng)的植物體進(jìn)行收割，將由植物固定下來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從水體中提取出來(lái)。在沉水植被恢復(fù)過(guò)程中，所需的人工輔助措施主要指控藻和透明度提高措施。由于城市河湖水體水深較淺，在沉水植物生長(zhǎng)的季節(jié)通過(guò)強(qiáng)化手段短期提高水體透明度就能夠保證為沉水植物提供生長(zhǎng)所需要的光照強(qiáng)度。在工程實(shí)施中，擬研究生物制劑、大麥桿及其浸出液和粘土類(lèi)絮凝沉淀改善水體透明度的技術(shù)應(yīng)用，為沉水植物生長(zhǎng)提供良好的基礎(chǔ)環(huán)境。2、滿(mǎn)足

48、城市景觀用水的城市污水深度處理與回用技術(shù)（1）研究思路1）污水脫氮除磷處理借鑒間歇試驗(yàn)?zāi)：刂蒲芯砍晒x擇合適的控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的最優(yōu)控制，為現(xiàn)有污水處理廠自控體系的建立提供必要的試驗(yàn)理論基礎(chǔ)。短程硝化、反硝化、厭氧放磷和缺氧吸磷等各子過(guò)程的試驗(yàn)研究將首先采用SBR反應(yīng)器，然后逐步放大試驗(yàn)規(guī)模。 2）回用水水質(zhì)改善及強(qiáng)化處理首先通過(guò)小試確定強(qiáng)化混凝、過(guò)濾、消毒各個(gè)單元技術(shù)的具體方法和最佳控制條件；然后將這幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的優(yōu)化組合，形成幾種典型的工藝流程，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定一種最佳的工藝流程；在此基礎(chǔ)上，建設(shè)污水回用深度處理的示范工程。（2）詳細(xì)技術(shù)路線總體技術(shù)路線見(jiàn)下圖。城

49、市污水處理與污水回用研究與工程示范傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的優(yōu)化控制脫氮除磷新技術(shù)的研究A/O、A2/O及氧化溝工藝短程硝化反硝化反硝化除磷SBR強(qiáng)化脫氮應(yīng)用技術(shù)優(yōu)化集合、中型試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中型試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)中型試驗(yàn)研究示范工程方案設(shè)計(jì)示范工程建設(shè)示范工程運(yùn)行研究高效脫氮除磷工藝污水回用及消毒檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)專(zhuān)題鑒定課題驗(yàn)收回用水深度處理與強(qiáng)化技術(shù)研究的研究強(qiáng)化混凝、過(guò)濾、消毒1）污水脫氮除磷處理A. 傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的強(qiáng)化與優(yōu)化控制本課題組以在用SBR法的硝化反硝化、生物除磷等過(guò)程的模糊控制方面積累的較豐富經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向連續(xù)流工藝，主要尋求傳統(tǒng)脫氮除磷工藝（A/O，A2/O和氧化

50、溝等）的優(yōu)化控制參數(shù)，并進(jìn)一步探討工藝運(yùn)行過(guò)程的合理工況與優(yōu)化控制策略。具體的研究方案有根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)水量的變化，確定工藝厭氧、缺氧（AAn）段和好氧（O）段的最佳反應(yīng)時(shí)間。如何在完成硝化脫氮的基礎(chǔ)上，盡可能縮短污泥齡，提高工藝的除磷效率。探討內(nèi)循環(huán)回流比、DO和有機(jī)碳源對(duì)脫氮除磷效果的影響及優(yōu)化控制方法。考察如何利用活性污泥法動(dòng)力學(xué)模型選擇合適的參數(shù)對(duì)工藝進(jìn)行自動(dòng)控制，在出水水質(zhì)滿(mǎn)足國(guó)家綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡可能地減少運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用 。B. 短程硝化的試驗(yàn)研究實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮的途徑就是對(duì)硝酸菌和亞硝酸菌產(chǎn)生影響作用的因素的控制，這些因素包括游離氨濃度、溫度、pH值、溶解氧濃度、污泥

51、齡等等。為此，應(yīng)當(dāng)圍繞著這些影響因素進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)擬定的技術(shù)路線為探討不同溶解氧(DO)、溫度、游離氨濃度條件下，考察體系中硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度的變化規(guī)律。考察不同DO條件下，短程硝化過(guò)程對(duì)聚磷菌吸磷的影響。在各種反應(yīng)條件下，考察體系中DO、pH及ORP的變化規(guī)律，來(lái)實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化過(guò)程的智能控制。C. 反硝化除磷過(guò)程的研究以硝態(tài)氮作為電子受體的反硝化除磷過(guò)程相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)，其研究重點(diǎn)是如何提高缺氧條件下磷的去除效率問(wèn)題。在進(jìn)行SBR法的同時(shí)，以A2N連續(xù)流工藝為考察對(duì)象（如下圖），對(duì)反硝化除磷機(jī)理及DPB污泥特性進(jìn)行系統(tǒng)研究。詳細(xì)的技術(shù)路線為：選擇不同的C/N和C/P比值進(jìn)行對(duì)比研究

52、，以獲得該工藝運(yùn)行效果最佳的CNP比。研究不同超越污泥流量、回流污泥流量對(duì)脫氮除磷效果的影響程度，從中得到最佳的超越污泥流量和回流污泥流量比。研究各反應(yīng)器內(nèi)、pH及ORP（或DO）的變化規(guī)律，利用曝氣量、超越污泥流量及回流污泥流量的調(diào)控來(lái)優(yōu)化控制。 A2N反硝化除磷脫氮工藝流程圖中沉池D. 對(duì)短程硝化反硝化、反硝化除磷過(guò)程的模糊控制的研究本課題組在硝化反硝化、生物除磷等過(guò)程的模糊控制方面，有一定的研究基礎(chǔ)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容與以前研究的主要區(qū)別是：探索短程硝化反硝化和反硝化除磷過(guò)程的模糊控制的理論、方法與技術(shù)。試驗(yàn)方案包括以DO、ORP、pH等為過(guò)程控制參數(shù)，摸索它們?cè)诙坛滔趸?/p>

53、硝化、反硝化除磷中的變化規(guī)律以及各參數(shù)與相對(duì)應(yīng)生化反應(yīng)之間的定量關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)過(guò)程的模糊控制奠定基礎(chǔ)。E. SBR法強(qiáng)化脫氮及其模糊控制系統(tǒng)研究不同條件下，SBR法有機(jī)物降解、硝化、反硝化過(guò)程DO、ORP、pH參數(shù)變化規(guī)律及其作為反應(yīng)過(guò)程控制參數(shù)的可行性，并與模糊控制理論相結(jié)合，提出上述不同生化反應(yīng)過(guò)程的模糊控制規(guī)則。整個(gè)試驗(yàn)研究工作圍繞著滿(mǎn)足奧運(yùn)湖補(bǔ)水水質(zhì)要求TN1.5mg/L、TP0.2mg/L，同時(shí)盡可能降低運(yùn)行費(fèi)用而展開(kāi)的。2）污水回用A. 強(qiáng)化混凝主要研究影響混凝效果的因素，提出最優(yōu)的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)。 廢水水質(zhì)的影響：通過(guò)改變廢水的濁度、pH值、溫度以及其中的雜質(zhì)觀察混凝效果； 混凝劑的

54、影響：混凝劑的種類(lèi)：傳統(tǒng)鋁、鐵鹽凝聚劑；傳統(tǒng)鋁、鐵鹽凝聚劑與石灰配合使用；傳統(tǒng)鋁、鐵鹽凝聚劑與有機(jī)高分子絮凝劑配合使用；無(wú)機(jī)高分子絮凝劑（聚合鋁或聚合鐵）混凝劑的使用主要采用上述4種方式。根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況，確定一種最佳的混凝劑用法，包括混凝劑種類(lèi)和投加量。 水力條件的影響：為確定混凝的最佳工藝條件，采用燒杯攪拌法進(jìn)行混凝的模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)方法分為單因素和多因素試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上采用正交設(shè)計(jì)等數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行多因素重復(fù)試驗(yàn)，得出各因素的最佳組合。 B. 在過(guò)濾環(huán)節(jié)，確定最佳工藝和運(yùn)行參數(shù)。一種情況為將二級(jí)處理出水經(jīng)強(qiáng)化混凝、沉淀處理后，在后續(xù)的過(guò)濾環(huán)節(jié)主要研究砂濾和纖維球過(guò)濾。另一種情況為在強(qiáng)

55、化混凝后直接進(jìn)入濾池進(jìn)行微絮凝過(guò)濾。根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況，比較不同過(guò)濾方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，并確定一種最佳工藝及相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)。 C. 消毒在選擇消毒方法時(shí)，消毒效果和控制DBP的產(chǎn)生均是需要重點(diǎn)考慮的方面。針對(duì)水質(zhì)特點(diǎn)，綜合考慮、試驗(yàn)研究氯、二氧化氯、氯胺、紫外線、高錳酸鉀、臭氧消毒方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本項(xiàng)目將對(duì)以下幾種消毒方法進(jìn)行重點(diǎn)研究，包括： 將紫外線和氯胺分別作為初次消毒劑和最終消毒劑。 臭氧和氯胺結(jié)合使用，臭氧的氧化能力強(qiáng)，但不具有持久性。氯胺氧化能力弱，但具有持久性。 二氧化氯消毒，其效果優(yōu)于氯，但水的成本會(huì)略有升高。從消毒效果、經(jīng)濟(jì)性、威脅人類(lèi)健康的DBP的產(chǎn)生三個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)上述三種消毒方

56、法，確定一種適合本項(xiàng)目的最佳消毒方法，并確定CT值（C：達(dá)到一定殺滅率時(shí)所需的消毒劑的濃度；T：反應(yīng)時(shí)間）。雖然深度處理的各個(gè)環(huán)節(jié)均有各自的關(guān)鍵性技術(shù)措施，但必須結(jié)合整個(gè)處理過(guò)程及水質(zhì)情況，確定其必要性、適應(yīng)性和處理程度，使整體工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳。通過(guò)試驗(yàn)研究和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定最佳工藝組合。根據(jù)此工藝流程，尋找使各技術(shù)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)行的最佳運(yùn)行控制參數(shù)，為示范工程的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。（3）示范工程以中型試驗(yàn)的優(yōu)化控制參數(shù)為參考，進(jìn)行示范工程方案的設(shè)計(jì)及工程的建設(shè)： 在酒仙橋污水處理廠建立一個(gè)日處理水量為2萬(wàn)m3/d日污水回用示范工程。開(kāi)發(fā)研制高效、新型、先進(jìn)的污水深度處理技術(shù)與設(shè)備，并結(jié)合示范工程應(yīng)用、集成，形成污水深度處理的集成工藝技術(shù)系統(tǒng)，為進(jìn)一步的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。然后對(duì)示范工程的運(yùn)行狀況進(jìn)行研究，以此來(lái)驗(yàn)證前期小型試驗(yàn)、中型試驗(yàn)結(jié)論的正確性，探討新技術(shù)和新工藝的優(yōu)越性，為進(jìn)一步推廣應(yīng)用總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)這些新技術(shù)新發(fā)明提出專(zhuān)利申請(qǐng)。3、城市河湖水體水質(zhì)改善技術(shù)本類(lèi)技術(shù)以人工強(qiáng)化技術(shù)為主，重點(diǎn)針對(duì)城市河湖現(xiàn)有水體水質(zhì)改善。（1）曝氣根據(jù)河湖景觀要求及水環(huán)境特點(diǎn)，選擇水體流動(dòng)性差、溶解氧低的區(qū)域，布置人工強(qiáng)化曝氣裝置。工程實(shí)施中，根據(jù)所在地景觀要求設(shè)計(jì)不同形式景觀曝氣