人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)治理黑臭河流的原理及應(yīng)用

1、治理技術(shù)收稿日期:2003208201作者簡(jiǎn)介:熊萬永(1971- , 女, 湖北天門人,2004年于福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè), 碩士, 講師。人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)治理黑臭河流的原理及應(yīng)用熊萬永, 李玉林(福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 福建福州350002摘要:人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)是一種輔以曝氣復(fù)氧的生態(tài)處理工藝。本文介紹了人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的構(gòu)造、凈化機(jī)理及其在治理福州白馬支河的成功應(yīng)用。近一年來的運(yùn)行結(jié)果表明, 該系統(tǒng)對(duì)黑臭河流的凈化效果好, 同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)污水的資源化, 適合于城市景觀河道的治理。關(guān)鍵詞:曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng); 曝氣復(fù)氧; 黑臭河流; 應(yīng)用中圖分類號(hào):X522文獻(xiàn)標(biāo)

2、識(shí)碼:A文章編號(hào):100123644(2004 0220034203Theory and Application of Pollution Control for B lack and Odorous River inE co 2purif ication System with R e 2aerationXION G Wan 2yong , L I Yu 2lin(College of Environment and Resources , Fuz hou U niversity , Fuz hou 350002, China Abstract :Eco 2purification syst

3、em with aeration is a kind of ecological treatment technologies with This paper describes theconstruction and purification mechanism of the process and its application in Canal Fuzhou. The operational results during about 12year period demonstrate that the system can achieve odorous river and conver

4、t sewage to useful resources. It is suitable for pollution control of for K ey w ords :Eco 2purification system with re 2; river ; application曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)是以水生生物為主體, 輔以適當(dāng)?shù)娜斯て貧? 建立的人工模擬生態(tài)處理系統(tǒng), 以高效降解水體中的污染負(fù)荷、改善或凈化水質(zhì), 恢復(fù)水生態(tài)的一種污水處理工藝, 是人工凈化與天然生態(tài)凈化相結(jié)合的工藝。它是在曝氣生物塘和人工濕地基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水凈化與資源化相結(jié)合的技術(shù)。近年來, 歐、美、日等國家十分重視

5、采用這處將人工凈化與天然生態(tài)凈化系統(tǒng)巧妙的揉合在一起的工藝處理城鎮(zhèn)、村落的污水。如日本采用此類凈化工藝的系統(tǒng)已達(dá)2萬套, 占農(nóng)村污水處理設(shè)施總數(shù)的90%以上1。事實(shí)上, 國內(nèi)外將生態(tài)凈化系統(tǒng)單獨(dú)應(yīng)用于工業(yè)廢水和生活污水的處理已有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和豐富的經(jīng)驗(yàn)2, 單獨(dú)應(yīng)用通過人工曝氣以及投加生物菌種來治理河流污染的研究在國外已經(jīng)開展了20多年, 在水質(zhì)凈化工作中占有重要位置3。但將人工曝氣復(fù)氧與生態(tài)凈化系統(tǒng)相結(jié)合用來治理黑臭河流尚未見報(bào)道。下面對(duì)這類工藝的構(gòu)造、凈化機(jī)理及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用作一些介紹。1曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的構(gòu)造這種凈化系統(tǒng)構(gòu)造一般為:在河道底部設(shè)穿孔曝氣管進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣或采用移動(dòng)式曝器進(jìn)

6、行間歇曝氣; 在水面下約50cm 設(shè)置柵板, 其上中覆一層具有生物活性的特殊土壤人工生物土壤, 再在其表面種植不同類型的水生植物, 并向系統(tǒng)內(nèi)投放適量的水生動(dòng)物, 人工生物土壤周圍用透水材料圍護(hù)。城市污水經(jīng)化糞池預(yù)處理后進(jìn)入該系統(tǒng), 出水方式多為在終端使用溢流堰。2凈化黑臭河流的機(jī)理及特點(diǎn)該技術(shù)是根據(jù)生物和生態(tài)學(xué)原理, 將生物降解作用和水生動(dòng)植物等的綜合生態(tài)系統(tǒng)凈化作用結(jié)合起來應(yīng)用于污水的處理, 充分利用各類微生物以及水生生物之間功能上相輔相成的協(xié)同作用達(dá)到污水凈化的目的, 利用食物鏈網(wǎng)關(guān)系回收污水資源, 以獲得污水凈化和資源化的綜合效益。其對(duì)黑臭河流的凈化機(jī)理主要包括以下三個(gè)方面的作用:43

7、四川環(huán)境2004年第23卷第2期211人工曝氣復(fù)氧的凈化作用曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)中的氧氣主要來源有三種途徑:人工曝氣復(fù)氧, 水流動(dòng)時(shí)空氣中氧氣的溶入擴(kuò)散即大氣復(fù)氧, 水生生物通過光合作用傳輸部分氧氣。對(duì)輕度污染的河流而言, 水體能僅依靠后兩種復(fù)氧方式, 在微生物和其它一系列的物理、化學(xué)作用下自凈。但受有機(jī)污染嚴(yán)重的河流, 有機(jī)物降解過程中的耗氧速率和底泥中大量還原性無機(jī)物的耗氧速率會(huì)大于大氣復(fù)氧與水生生物光合作用復(fù)氧速率之和, 使水中的溶解氧迅速下降, 甚至消耗殆盡而出現(xiàn)無氧狀態(tài), 有機(jī)物的分解便從有氧分解轉(zhuǎn)為厭氧分解。細(xì)菌厭氧分解產(chǎn)生的二價(jià)硫(S 2- 和鐵(Fe 2+ 會(huì)形成硫化亞鐵(FeS

8、, 硫化亞鐵的沉淀造成黑色沉積, 并生產(chǎn)H 2S 臭味, 導(dǎo)至黑臭現(xiàn)象, 并使水生生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞, 無法自行恢復(fù)。對(duì)黑臭河流進(jìn)行人工曝氣, 可加速水體的復(fù)氧過程, 迅速氧化有機(jī)物厭氧降解時(shí)產(chǎn)生的H 2S 及FeS 等致黑臭物質(zhì), 有效地改善或緩解黑臭現(xiàn)象。能使河道的上層底泥中還原性物質(zhì)得到氧化或好氧生物降解, 不會(huì)形成H 2S , 沒有臭味; 并且它會(huì)形成Fe (OH 3沉降, 在底泥表層形成一個(gè)密實(shí)的“沉積層”, 可防止上層的底泥上浮, 泥中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入到水體中,4。枯萎, , 進(jìn)一步加重了水體的缺氧程度, 同時(shí)厭氧環(huán)境還會(huì)抑制水生根區(qū)周圍微生物的吸咐和降解污染物的能力, 將最終導(dǎo)致

9、生態(tài)凈化能力的喪失。曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)能保證水體的好氧環(huán)境, 提高水體中好氧微生物的活性。人工曝氣能在河底沉積物表層形成一個(gè)以兼性菌為主的環(huán)境, 并使沉積物表層具備了好氧菌群生長刺激的潛能。事實(shí)上, 在采用曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的黑臭河道內(nèi)形成了一種多種微生物和水生動(dòng)植物共存的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng), 有細(xì)菌、真菌、霉菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、底棲動(dòng)物、水生動(dòng)植物等的存在。它們通過物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各類微生物和水生生物之間功能上相輔相成的協(xié)同作用去除污染物, 并形成食物鏈網(wǎng), 達(dá)以去除污染物目的。同時(shí)人工曝氣還能及時(shí)將氧氣輸送到根區(qū)附近, 保證水生根區(qū)周圍的好氧環(huán)境, 以發(fā)揮生態(tài)凈化系統(tǒng)

10、的最大凈化功能。總之, 在曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)中通過人工曝氣復(fù)氧, 可達(dá)到消除黑臭, 減少污染負(fù)荷, 維持生態(tài)凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和最大凈化功能, 促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)等目的。212水生生物的凈化機(jī)理曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)中水生生物(包括水生植物和水生動(dòng)物 是主體, 它們對(duì)凈化水質(zhì)的重要作用是通過以下機(jī)理來實(shí)現(xiàn)的。21211水生植物的凈化機(jī)理水生植物對(duì)黑臭河流的凈化作用主要通過以下幾種途徑:首先, 水生植物的根區(qū)為微生物提供了附著生長表面和借以進(jìn)行生命活動(dòng)的中間媒介, 同時(shí)由于人工生物土壤可以保證有較高的滲透速度和微生物存在的良好條件, 在生物土壤中通?？尚纬梢欢ê穸鹊纳锬? 并含有大量的有機(jī)質(zhì)和微生物

11、, 對(duì)吸附和降解污水中的污染物起重要作用, 使污水能夠達(dá)到較高的處理程度。這是該系統(tǒng)中水生植物凈化污水的最主要作用; 其次, 水生植物能通過吸收和代謝部分氮、磷等無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)、被微生物氧化分解出來的部分小分子有機(jī)物以及重金屬等有毒有害物質(zhì), 并最終隨著。據(jù)介紹, 水生植物能吸收10%20%5,6; 最后, , , 維持水生, 有利于有機(jī)物的降解和, 有害細(xì)菌和病毒由于不適應(yīng)環(huán)境而自然死亡7。此外, 水生植物的繁茂枝葉為水面遮擋陽光的照射, 避免了因藻類大量生長而影響出水水質(zhì), 有利于SS 的去除和防止底泥上浮。21212水生動(dòng)物的凈化作用在生態(tài)凈化系統(tǒng)內(nèi)引種水生植物的同時(shí), 需要投放部分水生動(dòng)

12、物。投放的水生動(dòng)物品種以濾食性動(dòng)物如鰱魚等魚類為主, 配有底棲軟體動(dòng)物, 如蝸牛、螺螄、河蚌等。水生動(dòng)物一方面使生態(tài)系統(tǒng)趨于完整化與多樣化, 維護(hù)生態(tài)凈化系統(tǒng)不同營養(yǎng)級(jí)水平的生物對(duì)營養(yǎng)需求的平衡, 同時(shí)水生動(dòng)物對(duì)水體也有一定的凈化作用, 可增加整個(gè)生態(tài)凈化系統(tǒng)的凈化效果。在生態(tài)凈化系統(tǒng)中, 藻類等水生植物被浮游動(dòng)物和魚類捕食, 魚類還能有效地濾食某些浮游動(dòng)物, 減少它們的種群數(shù)量, 能夠明顯限制浮游動(dòng)物的現(xiàn)存生物量, 同時(shí)能降低水體中的COD 、TP 、SS 等, 說明水生動(dòng)物對(duì)水質(zhì)有凈化作用, 這就是所謂的“下行效應(yīng)”。通過合理的生物操縱, 生態(tài)凈化系統(tǒng)可通過自身調(diào)節(jié)使得各種水生動(dòng)物在種類、

13、密度、配比處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài), 維護(hù)生態(tài)凈化系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 達(dá)到改善水質(zhì)的作用。一些底棲動(dòng)物水生動(dòng)物還能捕食凈化過程中產(chǎn)生的污泥。極大地延長了系統(tǒng)清淤的周期。綜上所述, 整個(gè)凈化過程及機(jī)理可簡(jiǎn)單地概括為污水進(jìn)入這種凈化系統(tǒng)后, 在人工曝氣的作用下, 大53四川環(huán)境2004年第23卷第2期部分污染物特別是有機(jī)物被好氧細(xì)菌和真菌降解, 也有一小部分被水生動(dòng)植物吸收和代謝加以利用, 生物降解的最終產(chǎn)物及一些無機(jī)化合物作為碳源、氮源、磷源和其它礦質(zhì)元素, 在太陽能供應(yīng)的最初能量下, 在食物鏈網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中參與新陳代謝過程, 并從低營養(yǎng)級(jí)往高營養(yǎng)級(jí)逐級(jí)轉(zhuǎn)化, 最后變成水生植物、魚、底棲動(dòng)物等必需的基礎(chǔ)營養(yǎng)物,

14、 達(dá)到污水凈化與資源相結(jié)合的目的。3工程實(shí)例311白馬支河水環(huán)境現(xiàn)狀福州白馬支河位于福州市西二環(huán)上海新村內(nèi), 全長550m , 河床斷面平均寬約8m , 水深約4m , 是附近居住小區(qū)近2萬居民每日約3000噸城市污水的直接受納體。由于小區(qū)內(nèi)及附近道路原有污水管的建設(shè)互不連通, 污水管沒有出路, 淤積嚴(yán)重。在當(dāng)前財(cái)力、物力不足, 城市排水系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施落后的情況下, 未經(jīng)處理的污水只能先暫時(shí)排入就近的白馬支河。此外, 福州市于1999年啟動(dòng)并實(shí)施的內(nèi)河引水沖污工程, 雖然全面消除了市區(qū)主要內(nèi)河的黑臭現(xiàn)象, 改善了內(nèi)河水環(huán)境和市容市貌, 但由于白馬支河是斷頭河, 汐影響, 換水率低, 改善。長年

15、黑臭, 蚊蠅孳生境和身體健康。312曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)在白馬支河的實(shí)踐針對(duì)白馬支河水質(zhì)的黑臭現(xiàn)象, 福州市城市管理執(zhí)法局于2001年通過公開招標(biāo), 最后選定加拿大Asienvironment 公司提出的Living Machine 治理方案。其實(shí)質(zhì)是一種就地的曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng), 下面對(duì)該工藝作一些介紹:31211工藝參數(shù)該凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)日處理能力為3000m 3/d , 設(shè)計(jì)凈化周期為6d , 污水投配時(shí)間為18h/d , 投配頻率為7d/周。2001年310月福州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站對(duì)白馬支河水質(zhì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果為COD 50120mg/L , BOD 53090mg/L , N H 32N 1742mg

16、/L , TN 4677mg/L , TP 110316mg/L 。設(shè)計(jì)凈化后水質(zhì)滿足景觀用水的目標(biāo), 即符合國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(G B3838-2002 中V 類水體的標(biāo)準(zhǔn)。31212凈化系統(tǒng)的實(shí)施首先是黑臭河流的底泥疏浚, 然后在河底設(shè)穿孔曝氣管, 氧氣由鼓風(fēng)機(jī)提供, 在河流未端設(shè)溢流堰出水, 再沿河流在1/43/4河道橫斷面距水面下約015m 處設(shè)高密度耐腐蝕的柵板, 上覆棕櫚樹皮絲加工制成的人工生物土壤, 在人工生物土壤種植高等的挺水植物, 主要有維管束植物蘆葦、香蒲、茭白、菖蒲、水竹、竹芯草、水蔥等, 中央為水上走廊。凈化系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí), 向其中投放適量的包括當(dāng)合細(xì)菌在內(nèi)的混合生

17、物菌種和金魚、鏈魚等魚類以及蝸牛、螺螄、河蚌等軟體動(dòng)物以增加生態(tài)凈化系統(tǒng)物種的多樣性, 強(qiáng)化凈化效果和總體污染物的去除率, 從而保持系統(tǒng)長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。31213凈化效果系統(tǒng)經(jīng)一個(gè)月的運(yùn)行后, 白馬支河就基本消除了黑臭。近一年運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果表明, 該系統(tǒng)凈化效果好, 出水水質(zhì)高。凈化后平均水質(zhì)為:溶解氧維持在4mg/L 左右、COD 2216mg/L 、BOD 5615mg/L 、N H 32N 110mg/L 、TN 116mg/L 、TP 0112mg/L , 凈化后的水質(zhì)可達(dá)到景觀用水的水質(zhì)目標(biāo)。4討論與建議411實(shí)踐證明, 曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)對(duì)消除河道水質(zhì)的黑臭效果良好, , 促進(jìn)黑臭河

18、。4, 為國內(nèi)受污染。如目前上海正在考慮選取蘇州河的一些支流河段進(jìn)行類似的就地凈化工程以綜合整治蘇州河。413曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)一方面能將黑臭水體中的污染物迅速降解或轉(zhuǎn)化為可被水生生物吸收的營養(yǎng)物而使水體得到凈化, 另一方面可提供具有很強(qiáng)觀賞價(jià)值的大面積綠帶和水上花園。此外, 定期收割的部分植物和魚類還可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益?？梢? 科學(xué)合理地使用, 必將帶來可觀的社會(huì)環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益, 最終實(shí)現(xiàn)污水資源化。參考文獻(xiàn):1高拯民, 李憲法. 城市污水土地處理利用設(shè)計(jì)手冊(cè)M .北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,19911257.2尤一安. 生態(tài)氧化塘系統(tǒng)工程原理及應(yīng)用J.電力環(huán)境保護(hù),1995,11(2 :46250.3周杰, 章永泰, 楊賢智. 人工曝氣復(fù)氧治理黑臭河流J.中國給水