污水生態(tài)修復(fù)

1、污水的生物生態(tài)修復(fù) 目前國(guó)際上采用的技術(shù)主要有三類(lèi)：1 化學(xué)方法：如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等，但是易造成二次污染；2 物理方法：疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤等，但往往治標(biāo)不治本；3 生物生態(tài)方法：是利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)。如放養(yǎng)控藻型生物、構(gòu)建人工濕地和水生植被。近年來(lái)這種技術(shù)發(fā)展很快，在國(guó)外已經(jīng)達(dá)到工程實(shí)用化的程度，并且積累了系列觀測(cè)數(shù)據(jù)。 生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1) 處理效果好。 2) 工程造價(jià)相對(duì)較低，不需耗能或低耗能，運(yùn)行成本低廉。所需的微生物具有來(lái)源廣、繁殖快的特點(diǎn)，

2、如能在一定條件下，對(duì)其進(jìn)行篩選、定向馴化、富集培養(yǎng)，可以對(duì)大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)生物降解處理。3) 不向水體投放藥劑，不會(huì)形成二次污染。4) 可以與綠化環(huán)境及景觀改善相結(jié)合，在治理區(qū)建設(shè)休閑和體育設(shè)施，創(chuàng)造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境。 主要方法生物處理技術(shù)包括好氧處理、厭氧處理、厭氧好氧組合處理；利用細(xì)菌、藻類(lèi)、微型動(dòng)物的生物處理；利用濕地、土壤、河湖等自然凈化能力處理等。以下重點(diǎn)介紹幾種針對(duì)江河湖庫(kù)污染大水體的修復(fù)技術(shù)。1）生物膜法：是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用。其反應(yīng)過(guò)

3、程是：1基質(zhì)向生物膜表面擴(kuò)散；2在生物膜內(nèi)部擴(kuò)散；3微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；4代謝生成物排出生物膜。生物膜法具有較高的處理效率。它的有機(jī)負(fù)荷較高，接觸停留時(shí)間短，減少占地面積，節(jié)省投資。此外，運(yùn)行管理時(shí)沒(méi)有污泥膨脹和污泥回流問(wèn)題，且耐沖擊負(fù)荷。主要工藝方法有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法對(duì)于受有機(jī)物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果。日本、韓國(guó)等都有對(duì)江河大水體修復(fù)的工程實(shí)例。2）人工濕地：是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長(zhǎng)寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，污染水可以在床體的填料

4、縫隙中曲折地流動(dòng)，或在床體表面流動(dòng)。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦?shù)龋?，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對(duì)污染水進(jìn)行處理?？商幚矶喾N工業(yè)廢水，包括化工、石油化工、紙漿、紡織印染、重金屬冶煉等各類(lèi)廢水，后又推廣應(yīng)用為雨水處理。這種技術(shù)已經(jīng)成為提高大型水體水質(zhì)的有效方法。人工濕地的顯著特點(diǎn)之一是其對(duì)有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力。不溶性有機(jī)物通過(guò)濕地的沉淀、過(guò)濾作用，被截留進(jìn)而被微生物利用；可溶性有機(jī)物則可通過(guò)植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過(guò)程而被分解去除。隨著處理過(guò)程的不斷進(jìn)行，濕地床中的微生物也繁殖生長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)濕地床填料的定期更換及對(duì)濕地植物的收割而將新生的有機(jī)

5、體從系統(tǒng)中去除。濕地對(duì)氮的去除是直接被濕地中的植物吸收、通過(guò)對(duì)植物的收割而去除。人工濕地對(duì)磷的去除是通過(guò)植物的吸收，微生物的積累和填料床的物理化學(xué)等幾方面的共同協(xié)調(diào)作用完成的。這種處理系統(tǒng)的出水質(zhì)量好，適用于處理飲用水源，或結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，種植觀賞植物改善風(fēng)景區(qū)的水質(zhì)狀況。其造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于常規(guī)處理技術(shù)。英、美、日、韓等國(guó)都已建成一批規(guī)模不等的人工濕地。3）土地處理技術(shù)：一種古老、但行之有效的水處理技術(shù)。它是以土地為處理設(shè)施，利用土壤植物系統(tǒng)的吸附、過(guò)濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達(dá)到某種程度對(duì)水的凈化的目的。土地處理系統(tǒng)可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理等幾種形式。國(guó)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明

6、，土地處理系統(tǒng)對(duì)于有機(jī)化合物尤其是有機(jī)氯和氨氮等有較好的去除效果。德、法、荷蘭等國(guó)均有成功的經(jīng)驗(yàn)。4）生態(tài)浮床：又生態(tài)浮島、人工浮床、人工浮島。是以水生植物為主體，運(yùn)用無(wú)土栽培技術(shù)原理，以高分子材料等為載體和基質(zhì)，應(yīng)用物種間共生關(guān)系和充分利用水體空間生態(tài)位和營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位的原則，建立高效的人工生態(tài)系統(tǒng)，以削減水體中的污染負(fù)荷。是綠化技術(shù)與漂浮技術(shù)的結(jié)合體，一般由四個(gè)部分組成，即浮島框架、植物浮床、水下固定裝置以及水生植被?？蚣芸刹捎糜H自然的材料如竹、木條等，植物生長(zhǎng)的浮體一般是由高分子輕質(zhì)材料制成，質(zhì)輕耐用，浮島上植物一般選擇各類(lèi)適宜的陸生植物和濕生植物。在浮床上利用全無(wú)土技術(shù)栽培水生美人蕉、再力

7、花、菖蒲、水蠟燭等水生植物。黑麥草對(duì)P的去除以吸收作用為主，植物累積的P占所去除P總量的8953。美人蕉、鳶尾、千屈菜、旱傘草（水竹）、四季鳶尾等。人工浮床類(lèi)型多種多樣，通常按其功能主要分為消浪形、水質(zhì)凈化性和提供棲息地型三類(lèi)，扶床的外觀形狀有正方形、三角形、長(zhǎng)方形、圓形等多種。凈化原理：一方面，利用表面積很大的植物根系吸附代謝水中的污染物；另一方面，浮島通過(guò)遮擋陽(yáng)光抑制藻類(lèi)的光合作用，減少浮游植物生長(zhǎng)量，其作用相對(duì)于前者更為明顯，同時(shí)浮島上的植物可供鳥(niǎo)類(lèi)棲息，下部植物根系形成魚(yú)類(lèi)和水生昆蟲(chóng)生息環(huán)境。生態(tài)浮床有凈化水質(zhì)、美化水面景觀、提供水生生物棲息空間及進(jìn)行環(huán)境教育等多種功能。其優(yōu)點(diǎn)如下：（

8、1）浮島浮體可大可小，形狀變化多樣，易于制作和搬運(yùn)；（2）跟人工濕地相比，植物更容易栽培；（3）無(wú)需專(zhuān)人管理，只需定期清理，大大減少人工和設(shè)備的投資，降低了維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)和設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用等。 實(shí)例1）日本坂川古崎凈化場(chǎng)位于日本江戶川支流坂川古崎凈化場(chǎng)，是采用生物生態(tài)方法對(duì)河道大水體進(jìn)行修復(fù)的典型工程，從1993年投入運(yùn)行至今已有8年的運(yùn)行歷史，觀測(cè)結(jié)果表明，河道的微污染水體的水質(zhì)有了明顯改善。江戶川是日本東京都和千葉縣附近的主要河流，是這個(gè)地區(qū)的主要水源，從河道中引出70m3/s的流量為城市、農(nóng)業(yè)、工業(yè)供水。其中城市供水占60%?？拷瓚舸ㄏ掠蔚慕痤⒐牌楹屠跎饺齻€(gè)水廠要為630萬(wàn)人供水。坂川是江戶

9、川的一條支流，在金町等三個(gè)水廠上游附近匯入江戶川。由于坂川河道治理不力，大量生活污水排入坂川，致使水質(zhì)惡化，BOD等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，同時(shí)浮游植物繁殖迅速。坂川水質(zhì)惡化，直接對(duì)金町等三個(gè)水廠構(gòu)成威脅，居民對(duì)飲用水味道不佳多有怨言。為治理坂川，采取工程設(shè)施將坂川改道，先流入古崎凈化場(chǎng)。經(jīng)過(guò)古崎凈化場(chǎng)后，坂川的污染減少了60-70%，處理過(guò)的河水流入稱(chēng)為松戶川的新開(kāi)人工渠道，然后注入江戶川。圖1 古崎凈化場(chǎng)地下廊道圖中：1輸水道；2通氣管；3進(jìn)水輸水渠；4整流水渠；5整流墻；6擴(kuò)散曝氣管；7卵石；8排水渠；9管道；10江戶川河；11河漫灘；12堤防。附圖1：日本坂川古崎凈化場(chǎng)平面圖古崎凈化場(chǎng)是一座利用

10、生物生態(tài)水體修復(fù)技術(shù)的水凈化場(chǎng)。其原理是利用卵石接觸氧化法對(duì)水體進(jìn)行凈化。古崎凈化場(chǎng)建在江戶川的河灘地下，充分節(jié)省了土地，是地下廊道式的治污設(shè)施（圖1）。水凈化場(chǎng)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，主體結(jié)構(gòu)是高4.5m，長(zhǎng)28m的地下矩形廊道，內(nèi)部放置直徑15-40cm不等的卵石。用水泵將河水泵入柵形進(jìn)水口，經(jīng)導(dǎo)水結(jié)構(gòu)后水流均勻平順流入甬道。另外有若干進(jìn)氣管將空氣通入廊道內(nèi)。凈化作用主要由以下三方面組成：1接觸沉淀作用：污水經(jīng)過(guò)卵石與卵石間的間隙，水中的漂浮物觸到卵石即沉淀；2吸附作用：由于污染物自身的電子性質(zhì)，或由于卵石表面生物膜的微生物群產(chǎn)生的黏性產(chǎn)生吸附作用；3氧化分解作用：卵石表面形成一種生物膜。生物膜的微

11、生物把污染物作為食物吞噬，然后分解成水和二氧化碳。表1列出了幾項(xiàng)污染主要指標(biāo)，其中BOD反映有機(jī)物的含量。SS反映浮游于水中的固體物，造成水體渾濁。由于該地區(qū)的市鎮(zhèn)下水設(shè)施落后，造成糞便及生活污水排入河道是產(chǎn)生氨的主要原因。2MIB反映水中藍(lán)藻類(lèi)物質(zhì)，藍(lán)藻類(lèi)異常繁殖是造成水體腐臭的主要原因。由表1可以看出，通過(guò)凈化場(chǎng)后，水質(zhì)明顯提高，效果十分顯著。表1 水質(zhì)變化情況 BODmg/lSSmg/l氨mg/l2-MIBg/l處理前23247.60.55處理后5.79.12.20.22坂川的河水經(jīng)改道注入古崎凈化場(chǎng)后，清潔的水流入新開(kāi)的人工渠道松戶川。其設(shè)計(jì)理念頗有新意，它一改傳統(tǒng)設(shè)計(jì)形式，不采用混凝

12、土或砌石襯砌的直線渠道，而以微彎曲的河道形態(tài)，岸坡間有大小卵石，植有繁茂的蘆葦和其他植物，適于鯽魚(yú)、鱂魚(yú)等魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)，兩岸種植樹(shù)木，適于鳥(niǎo)類(lèi)棲息。設(shè)計(jì)者認(rèn)為這種環(huán)境不但可以為居民提供一個(gè)與自然相融合的休閑環(huán)境，而且對(duì)水體也能起進(jìn)一步的凈化作用。 松戶川注入江戶川后，大大緩解了江戶川的環(huán)境壓力。在江戶川和坂川的控制部位，設(shè)置了水量及水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，數(shù)據(jù)通過(guò)光纜傳輸?shù)焦牌閮艋瘓?chǎng)的操作室，特別是一旦發(fā)生水質(zhì)事故可及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。2）日本渡良瀨蓄水池的人工濕地渡良瀨蓄水池位于日本栃木縣，是一座人工挖掘的平原水庫(kù)，總庫(kù)容2640萬(wàn)m3，水面面積4.5km2 ,水深6.5m左右。這座蓄水池平時(shí)為茨城縣等六縣市

13、64萬(wàn)人口供水，日供水量21.6萬(wàn)m3。蓄水池周?chē)嵌闪紴|川的滯洪區(qū)，汛期時(shí)洪水由溢流堤流入蓄水池，此時(shí)蓄水池用于調(diào)洪，提供調(diào)洪庫(kù)容1000萬(wàn)m3。由于近年來(lái)上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，致使渡良瀨蓄水池出現(xiàn)霉臭等水質(zhì)問(wèn)題。為保護(hù)蓄水池的水質(zhì)，自1993年起在蓄水池一側(cè)滯洪洼地上建人工濕地，這是一座設(shè)有人工設(shè)施的蘆葦蕩。將蓄水池的水引到蘆葦蕩，通過(guò)吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達(dá)到對(duì)水體進(jìn)行自然凈化的目的。這種凈化過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，確保蓄水池水質(zhì)潔凈。這種凈化方式類(lèi)似醫(yī)學(xué)對(duì)病人血液體外透析處理。蘆葦具有十分好的凈化功能，污染物與其莖部接觸產(chǎn)生沉淀作用，蘆葦?shù)母颗c莖

14、部可吸收某些污染物。另外，附著在莖部上的微生物可對(duì)污染物產(chǎn)生吸附分解作用。人工濕地的平面布置見(jiàn)圖2。在蓄水池出水口建高3.5m、寬40m的充氣式橡膠壩，用以控制出水口。水流經(jīng)引水渠到達(dá)設(shè)于地下的泵站。其所以設(shè)于地下，是為滿足景觀的要求。泵站安裝單機(jī)流量為1.25m3/s的兩臺(tái)水泵,水體加壓后流入箱形涵洞,再流入蘆葦蕩。蘆葦蕩占地20hm2，最大凈化水體能力為2.5m3/s。蘆葦蕩分為3個(gè)間隔，水流通過(guò)33個(gè)擋水堰流入。水流在蘆葦蕩中蜿蜒流動(dòng)，以增加凈化效果，遂從33處出口匯入集水池，再由渡良瀨蓄水池的北閘門(mén)回到蓄水池，完成一次凈化循環(huán)。人工濕地內(nèi)主要種植蘆葦，高2-3m，可收獲用于編葦簾。此外

15、，還種植同屬稻科的荻，高度為1.0-2.5m。自1993年開(kāi)始建設(shè)人工濕地，不只水質(zhì)得到改善，動(dòng)植物的生態(tài)系統(tǒng)也得到極大改善。生物多樣性有所恢復(fù)（見(jiàn)表2）。圖2 渡良瀨蓄水池人工濕地平面圖圖中： 1渡良瀨蓄水池；2蓄水池泵站；3橡膠壩；4旁通水渠；5地下水渠；6連接渠；7調(diào)節(jié)渠；8取水泵站；9進(jìn)水渠；10荻草蕩；11蘆葦蕩凈化設(shè)施；12出水渠；13集水池；14蘆葦蕩泵站；15北閘。附圖2：日本渡良瀨蓄水池的人工濕地表2 治理前后動(dòng)植物種類(lèi)變化植 物昆 蟲(chóng)鳥(niǎo) 類(lèi)199331科，104種19科，45種18科，22種199845科，166種45科，116種25科，50種渡良瀨人工濕地的人工植被從陸地

16、到水面依次為：杞柳（水邊林）蘆葦、荻、蓑衣草（濕地植物）茭白、寬葉香蒲（吸水植物）荇菜、菱（浮葉植物），形成了一體的生態(tài)空間。渡良瀨人工濕地已經(jīng)成為日本最大的蘆葦蕩，也成為對(duì)居民、兒童進(jìn)行環(huán)保及愛(ài)水教育的場(chǎng)所，組織學(xué)生進(jìn)行自然觀察。在這里可以看到綠頭鴨、針尾鴨等禽類(lèi)及蘆燕、白頭鷂和鳶等鳥(niǎo)類(lèi)。為凈化渡良瀨蓄水池的水體，還在蓄水池中部建一批人工生態(tài)浮島，種植蘆葦?shù)戎参?，其根系附著微生物，可提供充足氧氣，并通過(guò)遷移、轉(zhuǎn)化水中的氮、磷等物質(zhì)，降解水中有機(jī)質(zhì)。浮島還設(shè)置為魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵用的產(chǎn)卵床，也為小魚(yú)設(shè)有棲身地，水中的浮游植物成了魚(yú)餌。人工生態(tài)浮島保證了蓄水池水質(zhì)的潔凈。3）韓國(guó)良才川水質(zhì)生物生態(tài)修復(fù)設(shè)施

17、 良才川是漢江的一條支流，位于漢城的江南區(qū)。由于河流地處住宅區(qū)加之治理不善，良才川的水質(zhì)受到較大污染，也影響了漢江的水質(zhì)。1995年起決定主要采用生物生態(tài)方法治理良才川。圖3 良才川凈化設(shè)施立體圖圖中：1橡膠壩；2污水進(jìn)水口；3污水閘板；4攔污柵；5自動(dòng)水位探測(cè)計(jì)；6進(jìn)水自動(dòng)閥；7污物濾網(wǎng)；8污水進(jìn)水管；9污水孔墻；10接觸氧化槽中的卵石；11清水孔墻；12出水自動(dòng)閥；13清水出口；14清水出水管；15殘?jiān)コO(shè)施；16通氣管；17檢查水管入口；18蓋子；19魚(yú)道。水質(zhì)凈化設(shè)施主體是設(shè)于河流一側(cè)的地下生物生態(tài)凈化裝置（圖3）。采用卵石接觸氧化法。即強(qiáng)化自然狀態(tài)下河流中的沉淀、吸附及氧化分解現(xiàn)象

18、，利用微生物的活動(dòng)將污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。凈化設(shè)施日處理能力為32000噸/日。凈化的工作流程如下：攔河橡膠壩（長(zhǎng)18m，高1m）將河水?dāng)r截后引入帶攔污柵的進(jìn)水口，水流經(jīng)過(guò)進(jìn)水自動(dòng)閥，經(jīng)污物濾網(wǎng)進(jìn)入污水管，污水管連接有4座污水孔墻，污水孔墻兩側(cè)各有一座接觸氧化槽，共有8座。接觸氧化槽長(zhǎng)20m、寬13.6m、高14.8m。污水從孔墻的孔中流入接觸氧化槽，氧化槽中放置卵石，污水通過(guò)氧化槽得到凈化后分別流入4座清水孔墻，再匯集到清水出水管中，由清水出口排入橡膠壩下游側(cè)。污水在接觸氧化槽內(nèi)被凈化產(chǎn)生的主要作用是：接觸沉淀作用、吸附作用和氧化分解作用。與上述日本古崎凈化場(chǎng)相比，這種凈化裝置的重要優(yōu)點(diǎn)

19、是幾乎不耗能，所以運(yùn)行成本很低。韓國(guó)良才川水質(zhì)生物生態(tài)修復(fù)設(shè)施建成至今已6年，治污效果顯著。表3為治理前后的對(duì)照,說(shuō)明對(duì)BOD和SS的處理率達(dá)70-75。表3 良才川治污效果對(duì)照處 理 前處 理 后處 理 率BOD1015mg/l4-5mg/l75%SS20mg/l6mg/l70%除接觸氧化槽以外，良才川的環(huán)境治理工程還包括恢復(fù)河流自然生態(tài)的方法，即用石塊、木樁、蘆葦、柳樹(shù)等天然材料進(jìn)行護(hù)岸，形成類(lèi)似野生的自然環(huán)境，同時(shí)種植菖蒲等植物，恢復(fù)魚(yú)類(lèi)棲息環(huán)境，適于鱖魚(yú)等魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)，也為白鷺、野鴨等禽類(lèi)群落生存創(chuàng)造條件，又開(kāi)辟散步、自行車(chē)小路和木橋等，為居民提供與水親近的自然環(huán)境。附圖3：韓國(guó)良才川水質(zhì)生物生態(tài)修復(fù)設(shè)施平面圖附圖4：韓國(guó)良才川水質(zhì)生物生態(tài)修復(fù)設(shè)施橡膠壩4）什剎海西海示范區(qū)綜合治理：什剎海包括西海、后海、前海，其中西海、后海及前海水域面積34公頃，為典型的城市型湖泊，是北京中心區(qū)的旅游勝地。由于補(bǔ)給水源不足