[講稿]河湖生態(tài)水環(huán)境修復(fù)技術(shù)

1、講稿河湖生態(tài)水環(huán)境修復(fù)技術(shù)河湖生態(tài)水環(huán)境修復(fù)技術(shù)1.1. 河湖水體液固快速混凝、紊凝技術(shù) 水中存在懸浮物、膠體等雜質(zhì)，其在水中都有一定的穩(wěn)定性。根據(jù)其顆粒的大 小，可采取不同的處理方法除去。用自然沉降法不能除盡水中的懸浮物，更不能除 去水中的膠體雜質(zhì)。為了除去這類雜質(zhì)，必須設(shè)法將其顆粒變大，這就需要進(jìn)行混 凝處理?；炷幚硪簿褪窃谒型都舆m當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑，使水中微小的懸浮物以及膠 體結(jié)合成大的絮凝體，并在重力作用下沉淀出來(lái)。我國(guó)絮凝劑的生產(chǎn)和應(yīng)用雖然起步較晚，但由于不同水處理領(lǐng)域發(fā)展的歷史背 景不同，因此對(duì)目前所體現(xiàn)的國(guó)內(nèi)、外差距不能一概而論。整體上看由于我國(guó)是 2020 世紀(jì) 7 70 0年代

2、后陸續(xù)投產(chǎn)混凝劑的這些產(chǎn)品除少數(shù)是我國(guó)自行研制的外，大部分 是剖析、仿制或依據(jù)國(guó)外專利研制的，再加上我國(guó)水處理藥劑工業(yè)發(fā)展歷史較短 , , 科研經(jīng)費(fèi)有限，因此具有基礎(chǔ)薄弱、技術(shù)比較落后、整體水平不高的特點(diǎn)。在有機(jī) 高分子混凝劑方面，我國(guó)的相關(guān)品種單一，聚丙烯酰胺的系列化水平很低，除聚丙 烯酸胺外，只有聚丙烯酸鈉和少量聚胺。高分子質(zhì)量和超高分子質(zhì)量品種、低毒品 種和陽(yáng)離子品種（特別是粉末產(chǎn)品 ）遠(yuǎn)落后于國(guó)外，在分子質(zhì)量 ! ! 毒性和速溶性等方 面也體現(xiàn)了質(zhì)量上的差距。另外，單一混凝劑的使用效果不甚理想，對(duì)混凝協(xié)同效 應(yīng)的研究幾乎是一片空白。開(kāi)發(fā)新的混凝劑或采用不同混凝劑的組合工藝強(qiáng)化混凝 效果

3、, , 是國(guó)內(nèi)外的混凝理論及混凝劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的趨勢(shì)。本項(xiàng)目采用嵌入式曝氣紊凝水凈化技術(shù)，運(yùn)用高分子聚合物FASFAS 泥沙聚沉劑和傳統(tǒng)絮凝劑經(jīng)過(guò)優(yōu)化時(shí)序疊加工藝，再經(jīng)過(guò)嵌入水體內(nèi)部的曝氣產(chǎn)生的紊動(dòng)作用進(jìn) 行均化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物的快速高度聚合，使污染物聚合體在重力作用 下疏水，實(shí)現(xiàn)固液分離。其作用過(guò)程如下 : : 曝氣混凝聚合沉固池，是一條沿湖濱的 長(zhǎng)形廊道，沿廊道水流方向，分隔有三個(gè)作用單元 : : 曝氣混凝池、聚合重力沉降 池、液固分離裝置。曝氣混凝池，距池底 10-20cm10-20cm 處安設(shè)曝氣裝置，由于 FSAFSA 高分子聚合物和曝氣的作用，湖水中無(wú)機(jī)、有機(jī)顆粒處于懸浮

4、狀態(tài)和 隨機(jī)接觸狀態(tài)，一方面使得無(wú)機(jī)極細(xì)顆粒聚合絮凝，生成結(jié)構(gòu)較大的絮凝體，另一 方面，絮凝固體顆?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛ψ饔茫跄腆w顆粒上附著的有 機(jī)污染物能夠得到剝離，有利于形成較為純凈的絮凝固體顆粒。聚合重力沉降池， 沒(méi)有曝氣作用，縱橫向流速較小，在低強(qiáng)度紊動(dòng)作用下，密度較大的絮凝聚合體主 要是砂粒沉入集砂槽。液固分離裝載，密度較小的絮凝聚合體在水流紊動(dòng)作用下 （ 主要是有機(jī)聚合體和無(wú)機(jī)極細(xì)膠質(zhì)顆粒 ） 隨水流向前流動(dòng)被吸入分離裝置處理單 元，經(jīng)過(guò)液固分離裝載的物理分離后，湖水中的固態(tài)物質(zhì)得到較好的去除處理，改 善了湖水水質(zhì)環(huán)境，有利于后續(xù)處理。 2 2河湖固定自繁衍減泥微生物凈化

5、技術(shù) 生物膜處理工藝的原理是使細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等附著在濾料或載體上 生長(zhǎng)繁殖，并在其上形成膜狀生物污泥生物膜。污水與生物膜接觸，生物膜上 的微生物攝取污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，污水得到凈化，微生物自生也得 到繁衍增值。生物膜反應(yīng)器具有以下特征， ? ?微生物相多樣化，生物的食物鏈長(zhǎng)， 并能存活世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物 ;?;?生物量多，處理能力大，凈化功能顯著 ;?;?污泥沉 降性能良好，易于固液分離，剩余污泥量少 ;?;? 耐沖擊負(fù)荷，對(duì)水量水質(zhì)變化具有較 強(qiáng)的適應(yīng)性，并能處理低濃度的污水 ;?;? 易于運(yùn)行管理，不產(chǎn)生污泥膨脹問(wèn)題。目前，生物膜處理工藝方法主要有生物廊道、生物濾池

6、、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。本項(xiàng)目采用固定繁衍微生物污水減泥凈化技朮集成系統(tǒng)，使用一種采用具有固 定自繁衍微生物通過(guò)曝氣養(yǎng)生的一種污水減泥凈化處理技術(shù)。該技術(shù)以淹沒(méi)式生物 膜法（接觸曝氣方式 ）為基礎(chǔ)，在接觸曝氣槽內(nèi)放置特殊結(jié)構(gòu)的接觸濾材 （簡(jiǎn)稱生物 巢） ，且以特別的方式固定在接觸曝氣槽內(nèi)，讓其被所要處理的污水完全淹沒(méi)，在 曝氣環(huán)境中生物巢不斷切割流體，使得生物膜頻繁接觸水體加快微生物獲取營(yíng)養(yǎng)成 分，進(jìn)而凈化水體。具體作用過(guò)程如下 : : 曝氣生物池，沿湖濱設(shè)置一條微生物自寄生、自繁衍、自 給養(yǎng)的微生

7、物廊道，在廊道中沿水流流動(dòng)方向分隔設(shè)置若干個(gè)箱式曝氣生物池，包 括若干個(gè)“混凝濾液調(diào)理池”、“曝氣生物池”。經(jīng)過(guò)上一級(jí)混凝技術(shù)處理得到的 混凝濾液通過(guò)“混凝濾液調(diào)理池”調(diào)理，使其在混凝濾液水的水溫、流速、有機(jī)物 含量、無(wú)機(jī)物含量等分布均勻，營(yíng)造一個(gè)較好的微生物生存環(huán)境 ; ; “曝氣生物池” 中設(shè)置接觸曝氣槽，槽內(nèi)放置特殊結(jié)構(gòu)的生物巢，以特別的方式固定在接觸曝氣槽 內(nèi)，讓其被所要處理的污水完全淹沒(méi)，在開(kāi)始調(diào)試過(guò)程中送入適量的空氣 （ 采用表 曝充氣式 ） ，將專業(yè)開(kāi)發(fā)培養(yǎng)的微生物菌種 （特色菌種 : : 脫色菌、脫氮菌、脫磷菌假 單胞菌等 ） 植入到生物曝氣池中，調(diào)加特別研配制的營(yíng)養(yǎng)液以促使微

8、生物能容易附 著在生物巢上快速繁殖生長(zhǎng)，通過(guò)曝氣對(duì)污水供氧及產(chǎn)生動(dòng)力， 污水循環(huán)反復(fù)地通 過(guò)生物巢， 最終這些優(yōu)勢(shì)微生物（ 菌種、菌屬可不同 ） 在生物巢表面共同形成了具有 一定的厚度生物膜，該生物膜實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水同步進(jìn)行厭氧、好氧處理，使其能在單 一系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到脫氮除磷的目的。3 3 河湖自適應(yīng)生態(tài)植物品行及其凈化效應(yīng) 生物多樣性是建立健康水環(huán)境最基本的前提。從生態(tài)學(xué)角度看 , , 受損水環(huán)境實(shí) 質(zhì)是水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的退化 , , 本質(zhì)是生態(tài)元之間的鏈接斷裂或弱化 , , 使系 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破碎 , , 生態(tài)鏈斷裂。生物多樣性的喪失是水環(huán)境受損的關(guān)鍵和核心 , , 其 典型表現(xiàn)就是富營(yíng)養(yǎng)化水

9、體發(fā)生的藍(lán)藻水華。受損水環(huán)境的修復(fù)途徑需從保護(hù)和恢 復(fù)生物多樣性人手 , , 引入植物和動(dòng)物 , , 尤其是一些關(guān)鍵物種 , , 重建食物鏈結(jié)構(gòu)。生 態(tài)控制法相對(duì)成本較低 , , 而且不用機(jī)械、能源 , , 不引入化學(xué)物質(zhì) , , 沒(méi)有二次污染 , , 是目前水環(huán)境修復(fù)主要趨勢(shì)之一。各類飄浮植物、浮葉植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢復(fù)和重建可有 效分配水體營(yíng)養(yǎng)鹽，避免單一優(yōu)勢(shì)種的過(guò)度孽生。水生植物在其生長(zhǎng)期間可有效吸 收并富集水中和底質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)鹽，起著營(yíng)養(yǎng)泵或營(yíng)養(yǎng)庫(kù)的作用，合理構(gòu)建并維持水 生植物生物量，不僅可轉(zhuǎn)移出氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，保持水體凈化能力，還可減少生物 填平作用，延緩沼澤化的進(jìn)

10、程。4 4 河湖水體凈化動(dòng)力交換技術(shù) 水體滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，缺乏外來(lái)水源，水量補(bǔ)給不足，是導(dǎo)致很多水體惡化的重 要原因， 如滇池相當(dāng)于 4 4 年才換 1 1 次水。水動(dòng)力學(xué)控制可根據(jù)水體規(guī)模和修復(fù)要 求，采用多種技術(shù)對(duì)受損水環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。 (1)(1) 水力調(diào)控法稀釋和沖刷可以有效減少污染物的濃度和負(fù)荷，減少水體中藻類的濃度， 促 進(jìn)水體混合，稀釋藻類的有害分泌物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度，使污染物以更快的速度被置 換或者沖洗出水體。同時(shí)，體稀釋或置換還會(huì)影響污染物質(zhì)向底泥沉積的速率。在 高速稀釋或沖刷過(guò)程中，染物質(zhì)向底泥沉積的比例會(huì)減少，如果稀釋速率選擇不當(dāng) 污染物濃度可能反而會(huì)增加。南京玄武湖、杭州西湖

11、及昆明滇池 , , 都曾采用外流引 水進(jìn)行稀釋和沖刷。(2)(2) 機(jī)械調(diào)控法 用機(jī)械調(diào)控改善水動(dòng)力學(xué)循環(huán)及深水曝氣等技術(shù)，是調(diào)控深水湖泊水質(zhì)常用的 技術(shù)。深層水抽取技術(shù)是主要手段，一般采用虹吸方式。水體水質(zhì)惡化通常從深層 水開(kāi)始 , , 通過(guò)抽水管將其輸送到表層，使深層水停留時(shí)間縮短，以減少其轉(zhuǎn)為厭氧狀態(tài)的機(jī)會(huì)及底泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、重金屬離子的釋放速率，同時(shí)使表層水下沉， 減 少了水體分層，避免污染物從深層向淺層的傳輸。水體循環(huán)可以通過(guò)泵、射流或者曝氣實(shí)現(xiàn)，該法可防止水體分層或破壞已經(jīng)形 成的分層，改善好氧生物的生存環(huán)境。通過(guò)向水體底部曝氣，還可提高溶解氧濃 度， 調(diào)控水體生物數(shù)量，控制內(nèi)源污染

12、，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的。在美國(guó)威斯康星州的湖泊治理中，有 2020 個(gè)湖泊安裝了空氣壓縮系統(tǒng)， 6 6 個(gè)湖泊裝有壓縮射流系統(tǒng)， 3131 個(gè)湖泊裝有泵和射流系統(tǒng)， 1 1 個(gè)裝有機(jī)械葉輪曝氣器。此外，合理規(guī)劃的引水、調(diào)水工程也有助于湖泊水環(huán)境的修復(fù)。5 5 河湖環(huán)境水體凈化人文景觀融合技術(shù)在湖區(qū)沿岸人工濕地建造的濕地系統(tǒng)，湖濱帶濕地生態(tài)恢復(fù)和景觀建設(shè)以人 工濕地技術(shù)為核心，結(jié)合水利工程技術(shù)和園林景觀技術(shù)，恢復(fù)湖濱帶的自然條 件和植物類型，形成以濕地為主的濱水景觀，將人工濕地建設(shè)成為生態(tài)公園。為了使湖岸景觀與湖濱和陸地緊密結(jié)合，將湖岸改造成為不規(guī)則的河灣，延長(zhǎng) 湖岸線的長(zhǎng)度，在湖岸外側(cè)種植闊

13、葉林或高大喬木，減少熱輻射，為湖岸內(nèi)側(cè)的濕 地生物提供良好的生長(zhǎng)場(chǎng)所，以河湖水系為基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)水文化特色，依照生態(tài) 城市的規(guī)劃原則，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色空間的多樣性，將生態(tài)性融入景觀 建設(shè)的第一原則是保護(hù)景觀元素的原生性。人工景觀構(gòu)成必需成為自然景觀原生性元素的配角支撐元素。必須加強(qiáng)污水處 理能力，提高水體自凈能力，保護(hù)濕地，建議注重水上植物的種植和保留，保證水 及周邊環(huán)境的自然風(fēng)味。重視綠化地帶的設(shè)計(jì)和水的連接，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能的多 樣性，減少對(duì)自然、生態(tài)及環(huán)境的負(fù)面影響，建立健康的生活和居住環(huán)境。6 6 混凝微生物生態(tài)技術(shù)集成系統(tǒng) 混凝微生物生態(tài)技術(shù)集成系統(tǒng)是由混凝技術(shù)、微生物技術(shù)

14、、曝氣技術(shù)和生態(tài)生物技術(shù)以及水力機(jī)械技術(shù)有機(jī)構(gòu)成的集成系統(tǒng)。圖1.61.6 為 CMEECMEE 集成系統(tǒng)工藝流程示意圖。江河湖泊水體動(dòng)力水循環(huán)給養(yǎng)技術(shù)混凝技術(shù) 微生物技術(shù) 水生動(dòng)植物技術(shù)曝氣技術(shù)圖 1.61.6 CMEEFCMEEF 集成系統(tǒng)工藝流程示意圖混凝技術(shù)：運(yùn)用高分子聚合物 FASFAS 泥沙聚沉劑和傳統(tǒng)絮凝劑經(jīng)過(guò)優(yōu)化時(shí)序疊加 工藝，再經(jīng)過(guò)嵌入水體內(nèi)部的曝氣產(chǎn)生的紊動(dòng)作用進(jìn)行均化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)、無(wú)機(jī) 污染物的快速高度聚合，使污染物聚合體在重力作用下疏水，實(shí)現(xiàn)固液分離。曝氣技術(shù) ：包括曝氣沉沙池、 曝氣生物濾池、 景觀曝氣（ 射流式曝氣、 瀑布式曝 氣），促使固液分離、微生物養(yǎng)生、有機(jī)物氧解。微生物技術(shù) ： 使用一種采用具有固定自繁衍微生物通過(guò)曝氣養(yǎng)生的一種污水減 泥凈化處理技術(shù)。該技術(shù)以淹沒(méi)式生物膜法 （ 接觸曝氣方式 ）為基礎(chǔ)，在接觸曝氣槽 內(nèi)放置特殊結(jié)構(gòu)的接觸濾材 （簡(jiǎn)稱生物巢 ） ，且以特別的方式固定在接觸曝氣槽內(nèi)， 讓其被所要處理的污水完全淹沒(méi)，在曝氣環(huán)境中生物巢不斷切割流體，使得生物膜 頻繁接觸水體加快微生物獲取營(yíng)養(yǎng)成分，進(jìn)而凈化水體。水生植物技術(shù) ： 使用生態(tài)環(huán)保營(yíng)養(yǎng)輕型磚體培植水下生態(tài)植物，構(gòu)筑水生態(tài)濕 地環(huán)境，進(jìn)行水質(zhì)凈化。水生動(dòng)物技術(shù) ： 水體中投放適當(dāng)?shù)乃鷦?dòng)物可以有效的去除水體中富余營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)，控制藻類生長(zhǎng)，底棲動(dòng)物螺螄主要攝食固