城市河流原位治理技术研究进展

城市河流原位治理技术研究进展

杨逢乐,金竹静

1,2

2

(11昆明理工大学环境科学与工程学院,云南 昆明 650093;

21云南省环境科学研究院,云南 昆明 650034)

摘 要:对城市河流原位治理技术进行了详细介绍,目前已推广应用的主要技术包括:河道曝气技术、生物膜技术、生物修复技术以及新型的组合技术,这些工艺都具有简易、有效、绿色环保等特点。关键词:城市河流;原位治理;绿色工艺

中图分类号:X522 文献标识码:A 文章编号:1673-9655(2008)02-0001-04 城市河流是指发源于城区或流经城市区域的河流或河流段,也包括一些历史上虽属人工开挖但经多年演化已具有自然河流特点的运河、渠系

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点,人工向水体中充入空气或纯氧气

[5]

,加速水

。

体复氧过程,以提高水体的溶解氧水平,恢复和增强水体中好氧微生物的活力,使水体中的污染物质得以净化,从而改善河流的水质

[6]

城市河流在城市的形成和发展过程中,作为重要的资源和环境载体,关系到城市生存,并且制约着城市发展,是影响城市风格和美化城市环境的重要因素

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。该法综合了

曝气氧化塘和氧化沟的原理,结合推流和完全混合的特点,有利于克服短流和提高缓冲能力;同时也有利于氧的传递、液体混合,是一种有效的污水处理方法

[7]

。随着城市发展进程的加快,城市人口的剧

增,污水处理厂的建设和处理能力跟不上污水排放量的增长速度时,会使城市内和城市周边的河流受到污染,直接影响城市景观和居民的生活环境

[3]

。

。

河道曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。固定式充氧站一般采用鼓风曝气或纯氧曝气的形式,即在河岸上设置一个固定的鼓风机房或液氧站,通过管道将空气或氧气引入设置在河道底部的曝气扩散系统,达到增加水中溶解氧的目的。德国MESSER集团协助上海环境科学院在上海苏州河支流新泾港下游进行了BIOX工艺

[5]

的现场中试。苏州河支流新泾港下游受到严重污染,河水黑臭,COD高达100~200mg/L。经过纯氧曝气的处理,黑臭水体中的COD浓度有明显降低。当河水流速较平缓时,COD浓度降低1915~5516%;经过曝气区的水体BOD/COD值从0146降至0140。

移动式充氧平台就是在需要曝气增氧的河段上设置不影响河道航运功能,并且可以自由移动的曝气增氧设施。国外报道较多的是曝气船。这种曝气形式的突出优点,是可以根据曝气河道水质改善的程度,机动灵活地调整曝气船的运行,从而达到经济、高效的目的。德国Saar河、英国Thames河口、澳大利亚Swan河的治理中均采用了这种方式

[6]

因此,研究快速有效的河流治理技术是一项亟待解决的重要课题。

现在城市河道不仅需要满足防洪的要求,还要求具有旅游、娱乐、景观、生态等多方面的功能,普通的传统工程治理技术已经无法满足新的需[4]

求。当前城市河流治理还存在的一大难题就是,城市河流周边可利用土地稀少,难以建设规模化水体净化工程。因此,通过采用河流原位治理技术,能很好地避免因土地稀缺而造成的水质净化工程设施无处安放的问题。河流的原位治理是利用河流自身的河道空间布设水体净化设施,在河水自然的推流作用下,水流逐步经过净化设施,达到使受污染河水净化目的。本文就目前已推广应用的几种河流原位治理技术的原理、方法以及特点等进行综述。1 河道曝气技术

河道曝气技术是根据河流受到污染后缺氧的特

收稿日期:2008-01-08

基金项目:国家高科技研究发展计划(863)项目(2005AA60101001) 作者简介:杨逢乐(1970-),男,高级工程师,主要从事水污染防治理论及技术方面的研究。

。

河道曝气技术是一种基建费用少、运行费用

低、占地少、见效快的河流原位治理工艺,具有良

)1)

环境科学导刊 第27卷 第2期 2008年4月好的社会效益和经济效益。其中,移动式充氧平台设备简单、机动灵活,能够避免固定式充氧站曝气点服务面积不足,在相对封闭水体难以充分发挥作用的缺点。2 生物膜技术

生物膜技术是人们根据自然界水体自净现象发展起来的一种污水处理技术。生物膜法净化河流的实质是对天然河流中所发生的生物过程的一种强化,把天然过程改变成为天然与人工过程的结合体。它根据天然河床上附着的生物膜的净化作用和过滤作用,人工填充滤料或载体,供细菌生长,形成生物膜。当污染的河水经过生物膜时,污水和滤料或载体上附着生长的菌胶团接触。菌胶团表面由于细菌和胞外聚合物的作用,絮凝或吸附了水中的有机物,与污水中的有机物浓度形成一种动态的平衡,这使菌胶团表面既附有大量的活性细菌,又有适宜细菌繁殖的较高浓度的有机物。由于这种有利条件,菌胶团表层的细菌迅速繁殖,很快消耗水中有机物,这时污染河水中的有机物大部分被去除,水质也得到了改善。

目前,河道净化的原位生物膜技术有砾间接触氧化法和仿生生物填料接触氧化法。砾间接触氧化法是根据河床生物膜净化河水的原理设计而成。水中污染物在砾间流动过程中与砾石上附着的生物膜接触、沉淀,进而被生物膜作为营养物质而吸附、氧化分解,从而使水质得到改善。该方法是在河流中按设计放置一定量的砾石做填充层,使河流断面上微生物的附着膜变为多层,也就是采用人工的方法使单位河床面积的附着生物膜的面积增大,以此提高河流的净化能力。该方法有处理效果好、相对处理水量多、运行管理方便等优点,在日本得到广泛的应用。据7处河流采用本方法进行净化处理的统计,平均处理量为10300m/d,上游水的平均BOD浓度为22mg/L,经处理后浓度为6mg/L以

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下,BOD的平均去除率达到73%。

仿生生物填料是采用新型材料制作成与天然水草具有相似特性的人工水草。因为水草是整个水生动植物群落多样性的基础,许多的细菌和真菌类粘附在水草的茎叶上,并且水草的茎叶极具柔韧性,能随水流流动,对水流的阻力小。仿生生物填料就是依据这些特征制作而成,能够为细菌、真菌和水生生物的生长提供适宜的环境,又不会对河流自然

[9]

形态造成干扰作用。田伟君等利用仿制轮藻形态制作的仿生生物填料,对宜兴市大浦镇林庄港进)

2)3

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行了治理。林庄港是太湖众多入湖河道中的一条典型小河道,经往年监测数据可知,其水质长期属于地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的劣Ô类。经过仿生生物填料接触氧化法的治理,河水中有机物的去除有较好的效果。

砾间接触氧化法采用天然材料,工程费用少,但是砾石在河道内的堆积容易对河流及河道造成一定影响,仿生生物填料接触氧化法基本避免了这个问题。人工水草布设于河道中,既提高了河水的净化能力,又不会对河道的正常功能造成影响。3 生物修复技术

生物修复是指利用生物的生命代谢活动来减少受污染环境中的有毒有害物质浓度或使其无害化,从而使受污染环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程。它利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能,对环境中污染物的降解起催化作用,加速去除环境中的污染物。在大多数环境中,存在着许多土著微生物进行的自然净化过程,但是,由于溶解氧或其他营养盐的缺乏,以及环境毒性物质等会对微生物的生长产生抑制。为了加快有机物的分解,常常采取一些强化措施,如增加N、P等营养盐和微量营养物质、接种高效微生物等手段,强化和提高微生物活性及分解能力,这一技术就是生物修复技术。

生物修复技术在环境治理中应用广泛,河道的原位修复技术主要包括微生物修复和水生植物修复技术。微生物修复技术又分为两类:一类是投菌技[12,13]术,向污染水体直接投入外源的污染降解菌,唤醒或激活土著微生物,恢复其自净功能;同时外源菌具有强大的降解功能,能强化水体自净过程,通过他们的迅速增殖,强有力地钳制有害微生物的生长和活动,从而消除水域中有机污染物和水体富营养化。最常用的投菌技术有集中式生物系统(CBS)、高效复合微生物菌群(EM)和固定化细菌技术。近些年来我国采用投加菌种强化生物修复被污染的水体取得了一定的研究成果。1997年曾宇等

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[11]

[10]

利用光合细菌在滇池草海及其流域的鱼塘

和大观河进行试验研究。结果证明:用光合细菌净水剂处理大观河治理效果明显,对各主要污染物去除率分别为:BOD5:8114~8718%、CODCr:76~7819%、TN:

63~6513%、TP:

3617~5215%、

SS:7216~9313%。鱼塘的处理结果表明:坚持使用该净水剂的鱼塘水体中,悬浮物减少,pH值调节到中性,水的透明度、直接感官指标明显好于对

城市河流原位治理技术研究进展 杨逢乐

比鱼塘。另一类是土著菌强化技术,通过向水体中投加生物促生剂来刺激土著微生物的迅速繁殖,增

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强水体的自净能力。唐玉斌等采用美国EIT公司生产的生物促生剂,对上海植物园的景观水体进行了现场修复试验。结果发现,该生物促生剂可促进水体中有机物的降解,可显著去除氨氮、磷等污染物,并可显著提升水体溶解氧,提高水体透明度。

水生植物修复技术是利用水生高等植物生长快,在生长期间可有效吸收并富集水中的营养盐,起着营养泵或营养库的作用,合理构建并维持水生植物生物量,可转移出氮磷等营养盐,保持水体净化能力。水生植物上附生的藻类在净化水质上

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也有一定的作用。吴振斌等利用富营养浅水湖泊)武汉东湖中所建立的大型实验围隔系统,使沉水植物的水质净化作用得到现场实验证明,重建后的沉水植物可以明显改善富营养化水质,使水体透明度显著提高,水色度降低,CODCr由40mg/L降至20mg/L左右,BOD5由10mg/L降至5mg/L左右。浮水植物耐污强,对水质有很好的净化作用,大多浮水植物还有较强的观赏性,滇池治理工程中所修建的凤眼莲景观区,在发挥水质净化功能的同时,还实现了旅游观赏功能。

4 新型组合技术

由于单一的水体净化技术难以达到城市河流污染治理的要求,因此,在河道治理的研究和发展过程中出现了多种技术相结合的新型组合技术。这些新技术是在原有曝气、生物膜和生物修复技术的基础上发展起来的。新型组合技术能够充分发挥单一技术优势,各种技术措施间能够取长避短,达到高效的综合治理目标。目前,应用较广泛的组合技术,主要有生物悬浮床技术和组合生物修复技术。

生物浮床技术是利用水生植物根系的吸收,以及与微生物的共同代谢作用,有效地将水体中有机颗粒和胶体吸附、降解,氨氮等营养盐吸收、转化,从而达到水质净化的目的。该技术采用轻型绿色环保,防腐抗老化的材料制作成浮床,供选用的水生植物生长使用。浮床要有较好的强度,能抵抗较大的风浪冲击,确保植物的正常生长。北京市水利科学研究所

2

[18]

[16]

云南省环境科学研究院在昆明市海河入滇池河口段,采用生物浮床技术对入滇池的受污染河水进行净化。选用的水生植物有李氏禾(草本)、旱伞草、芦苇、美人蕉等,各污染物平均去除率为:CODCr4212%、BOD54510%、总氮4510%、总磷3719%。从处理结果可看出,生物浮床技术对受污染河水的水质改善有很好的效果,而且浮床上郁郁葱葱的植物生长,也改善了水系周围的空气质量和景观环境。

组合生物修复技术是将曝气复氧技术、高效微生物投加技术、生物促生液投加技术综合构建成系统化的新工艺。黄民生等采用组合生物修复技术在绥宁河对受污染河水进行治理,向河道中投加混合高效菌种以及生物促生剂、放养凤眼莲、增加曝气量等措施,消除了河水的黑臭情况,CODCr平均降低50%以上,透明度增加10cm以上。体现了组合生物修复技术非常良好的水质处理效果。5 结论

河流原位治理技术是对河道的自净能力进行人工强化,根据自然界原有的生态特征设计水质净化工艺。因此,这些工艺不会对环境造成二次污染,属于环境友好型绿色技术。新型组合技术更是综合了曝气技术、生物膜技术和生物修复技术的优点,能够对受污染河水水质进行快速、高效、生态化的治理。这是城市河流水质净化技术的发展方向,也为今后的工艺发展提供了技术基础。

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[19]

在北京市什刹海后门桥-金锭桥

段采用生物悬浮床技术进行试验研究,浮床种植面积288m。选用的水生植物为旱伞草、高秆美人

蕉、矮秆美人蕉和紫叶美人蕉。试验区内水体的透明度变得较好,TN、TP的含量呈逐渐下降趋势。

)3)

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ResearchonIn-situRemediationTechnologyforUrbanRiver

YANGFeng-le,JINZhu-jing

1,2

2

(11KunmingUniversityofScienceandTechnology,KunmingYunnan650093China)

Abstract:Thein-situremediationtechnologyforurbanriverisintroducedindetai.lAtpresen,tthepopularmethodsbeingusedwidelyincluderiverchannelaerationtechnologyandbio-membraneprocessandbio-remed-iationmethodandnewcombinedtechnologies.Allthesemethodshavesimpleandeffectivecharacteristics.Keywords:urbanriver;in-situremediationtechnology;greenprocess

)4)