污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)的研究以及在溫榆河污染治理上的應(yīng)用
摘要 污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)，是我國(guó) 研究 開(kāi)發(fā)的新型污水處理工藝，是一種節(jié)能、高效、簡(jiǎn)便、無(wú)二次污染的技術(shù)。采用污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)處理溫榆河支流二道溝河水，試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)水與載體的有效接觸時(shí)間為1.25小時(shí)，進(jìn)水CODcr55.4-180.5mg/L，出水CODcr28.15mg/L，進(jìn)水氨氮18.26-30.81mg/L，出水氨氮 6.31mg/L，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)除總氮外都能達(dá)到應(yīng)有的設(shè)計(jì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞 污染水體的原位就地修復(fù)技術(shù) 微生物、酶與載體自固定化技術(shù)
我國(guó)是一個(gè)水資源缺乏的國(guó)家，水資源的短缺并日漸污染，已經(jīng)成為制約國(guó)民 經(jīng)濟(jì) 和 社會(huì) 發(fā)展 的重要因素。面對(duì)水環(huán)境大面積的惡化污染，對(duì)于如何有效的解決污染水體成為我國(guó)乃至世界上的一個(gè)課題。 目前 對(duì)水體污染采取的 方法 也有很多，最常見(jiàn)的有：
建設(shè)污水處理廠，采用普通活性污泥法、氧化溝法、間歇式活性污泥法等技術(shù)對(duì)城市、 工業(yè) 企業(yè) 等生產(chǎn)的污水進(jìn)行處理，但建設(shè)污水處理所需的設(shè)備昂貴，管理人員又多，成本 自然 很高，而且該工藝對(duì)氮、磷的去除效果差，容易發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象？紤]到我國(guó)的水體污染面積大，污染程度深，我國(guó)的治理污染投資規(guī)模有限等情況，在我國(guó)建設(shè)眾多大型的污水處理廠在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。
依靠河流和湖泊自身凈化能力來(lái)處理污水，所需的時(shí)間較長(zhǎng)，針對(duì)我國(guó)的水體大面積、深層次污染的現(xiàn)狀，是不現(xiàn)實(shí)的。
污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)，是在我國(guó)研究開(kāi)發(fā)的新型污水處理工藝，為被污染的河道水體修復(fù)提供了一個(gè)可靠的、卓有成效的方法。具有治理費(fèi)用低、環(huán)境無(wú) 影響 、最大程度降解污染等特點(diǎn)。
1、 &污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)的研究
1.1、污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)
污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)是在原有河床不變的基礎(chǔ)上，直接采用微生物、酶與載體的自固定化技術(shù)對(duì)污染水體就地處理的河水凈化處理工藝。該技術(shù)在保證原有河道排污、瀉洪等功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了河水水質(zhì)的凈化處理。在原有河道一側(cè)開(kāi)辟一個(gè)生化處理區(qū)，并在其進(jìn)水端設(shè)置一道擋水墻，其上堆放大小不同的卵石格柵。同時(shí)在原有河道上設(shè)置一座截水壩，根據(jù)水位要求使河道上的截水壩高于一定量的擋水墻，使河水自流通過(guò)布有卵石格柵的擋水墻，先去除較大顆粒的固體漂浮物后流入前端的沉淀池，沉淀池中布有自然山石景觀，污水經(jīng)過(guò)在此循環(huán)沉淀后進(jìn)入生化處理區(qū)前端的進(jìn)水池，最后污水通過(guò)設(shè)置在生化處理區(qū)前端攔水墻底部的洞口，從進(jìn)水池的池底均勻地自下而上進(jìn)入生化處理區(qū)。生化處理區(qū)的上、下各設(shè)置一層JW型攔截網(wǎng)，在上下網(wǎng)之間投放JHE型高效微生物載體，同時(shí)在下網(wǎng)底部設(shè)置JADS曝氣系統(tǒng)。生化處理區(qū)頂部?jī)蓚?cè)的出水端分設(shè)通長(zhǎng)三角形溢流堰，通過(guò)其可調(diào)節(jié)出水的均勻性。這樣使河水從生化處理區(qū)的底部自下而上、均勻的穿過(guò)載體層后通過(guò)三角堰進(jìn)入兩側(cè)的流水槽，流入原河道的下端，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。
1.2、微生物、酶與載體的自固定化技術(shù)
微生物、酶與載體的自固定化技木是借助由高分子材料合成的載體上帶有氨基、羧基、環(huán)氧基等活性基團(tuán)與微生物肽鏈氨基酸殘基作用，形成離子鍵結(jié)合或共價(jià)鍵結(jié)合，從而將微生物和酶固定在載體上，同時(shí)載體上“空間懸臂”的引入，旨在減少載體背景對(duì)所固定微生物代謝增殖形成的空間障礙，為其提供了代謝增殖的生存空間。
1.3、 高效微生物載體
高效微生物載體是一種具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子合成材料，這種材料帶有氨基、羧基、環(huán)氧基等活性基團(tuán)，在污水中具有良好的穩(wěn)定性和物化性能，其空隙率為96%以上，固定微生物后的載體密度接近于水的密度，微生物負(fù)載量大，高達(dá)18-40g/L，容積負(fù)荷可高達(dá)16kgBOD5/m3.d，比表面積為23.3m2/g。這種載體，由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可使污水、空氣和生物膜得到充分摻混接觸交換，生物膜不僅能大量地在微生物載體內(nèi)坐床，保持良好的活性和空隙可變性，而且在運(yùn)行過(guò)程中氣體在三維流動(dòng)的污水帶動(dòng)下，互相碰撞并被處于蠕動(dòng)狀態(tài)的微生物載體不斷切割成更小的氣泡，增加了氧的利用率，可減小曝氣量。因此它具有切割氣泡能力強(qiáng)、空間體積利用率大、無(wú)死區(qū)等特點(diǎn)，是當(dāng)前微生物載體的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
1.4、 高效微生物
污染水體的原位就地修復(fù)技術(shù)中所采用的J系列微生物菌種由多種高效微生物菌群組成，其為高活性、高濃度、高組合的微生物菌群。它是針對(duì)不同的污水污染因子的種類和濃度，研制出不同的微生物菌群。此菌群是高濃度(10億-60億個(gè)/克)高組合(幾種-幾百種/劑)的粉狀固體制劑，常溫常壓常濕下，可保存6年。當(dāng)使用時(shí)，微生物菌群制劑投入水中被“激活”，激活后的微生物依靠一種特殊技術(shù)(微生物、酶與載體的自固定化技術(shù))生存在生化反應(yīng)池內(nèi)，使生化反應(yīng)池中始終存有大量而豐富高活性的微生物菌群，保證其處理速率和效率，并能隨時(shí)根據(jù)水體中污染物種類和總量變化及時(shí)調(diào)節(jié)微生物種類和投加量。保證運(yùn)行效果高效穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)處理后尾水達(dá)標(biāo)排放。且根據(jù)處理水質(zhì)的不同，使用不同的專用特效菌種。產(chǎn)品中菌的數(shù)量極高，繁殖速度極快，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不再補(bǔ)充菌種，可節(jié)省高效微生物的用量。
2、 &污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)的 應(yīng)用
溫榆河作為京城四大河流之一，源于昌平沙河壩水庫(kù)，它的上游具有綠色生態(tài)走廊之稱，是首都的一大天然水系。然而河水中氮、磷及有機(jī)物含量相對(duì)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了河道本身的自凈化功能，使原有水生生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，藻類死亡后散發(fā)出的腥臭味及其底泥厭氧后產(chǎn)生的惡臭味，不僅嚴(yán)重?fù)p害了首都市民的生活質(zhì)量和身體健康、而且與北京國(guó)際大都市的形象格格不入，也嚴(yán)重的破壞了河道的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)給首都風(fēng)景區(qū)的 旅游 事業(yè)也造成了很大的 影響 。其根本原因是溫榆河沿岸各支流、排污口中的氮、磷等污染指標(biāo)的含量相對(duì)較高，從溫榆河上游至下游，河道內(nèi)水體中的氮、磷含量逐漸升高，氮、磷等污染指標(biāo)的含量接近生活污水，嚴(yán)重影響了溫榆河的水質(zhì)，為了達(dá)到水質(zhì)的要求， 污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)在溫榆河支流二道溝上得到應(yīng)用。溫榆河支流河道二道溝水質(zhì)狀況見(jiàn)表2。
表2 2003年11月份二道溝水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況 單位：mg/L
&監(jiān) 測(cè) 項(xiàng) 目 &
&DO &NH3-N &CODcr &BOD5 &SS &T-N &T-P
平均值 &0.00 &24.54 &79.46 &28.07 &21.00 &18.39 &2.89
2.1、設(shè)計(jì)水質(zhì)指標(biāo)
根據(jù)對(duì)二道溝河水污染治理的要求，在不增加藥劑費(fèi)用的基礎(chǔ)上， 水中主要污染物的消減量按原水水質(zhì)的60%設(shè)計(jì)(N、P等污染指標(biāo)接近城鎮(zhèn)生活污水，若不增加藥劑費(fèi)用，用生化法最高能達(dá)到60%的去除效果)：T-N≤3.38mg/L、NH3-N≤9.82mg/L、CODcr≤31.78mg/L、T-P≤1.16mg/L 、DO≥5 ppm。
2.2、實(shí)驗(yàn)裝置
針對(duì)二道溝河水污染狀況，本次試驗(yàn)采用蘭州捷暉生物環(huán)境工程有限公司自行研制、并擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模擬河道治理試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置有效容積為0.8m3，內(nèi)裝有60%的JHE型高效生物載體和JADS高效曝氣系統(tǒng)。為了更精確地測(cè)定該狀態(tài)下，生化系統(tǒng)進(jìn)出水端的液位差的大小，生化系統(tǒng)共設(shè)四級(jí)，并在其前端還設(shè)置了前置庫(kù)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)，河水中紙張等較大顆粒的固體漂浮物、SS等在前置庫(kù)內(nèi)得到去除。試驗(yàn)過(guò)程中直接用污水泵將河水提升至試驗(yàn)裝置進(jìn)行生化處理，出水直接排入河道。
2.3、工藝流程
2.4、 試驗(yàn)結(jié)果與 分析
2.4.1、據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)進(jìn)出水進(jìn)行了一個(gè)多月的跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，CODcr、NH3-N的去除效果。
表4 跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
取
樣 &項(xiàng)目 &CODcr(mg/L) &總氮(mg/L) &氨氮(mg/L) &總磷(mg/L)
進(jìn)
水 &最大值
最小值
平均值 &180.5
55.4
79.46 &14.18
2.701
8.44 &30.81
18.26
24.54 &4.56
1.22
2.89
出
水 &最大值
最小值
平均值 &47.50
19.50
28.15 &6.625
0.822
3.72 &9.05
3. 56
6.31 &0.52
0.18
0.35
平均去除率% &63.95 &55.92 &74.29 &75.78
2.4.2、其它污染物的去除
污染水體的原位就地修復(fù)技術(shù)除了對(duì)該河水中的COD、氨氮等污染物有很好的去除效果外，還對(duì)河水中懸浮物SS、石油類等污染物質(zhì)都有較高的去除效果，均能達(dá)到設(shè)計(jì)的排放要求，但總氮的去除受溫度影響較大(試驗(yàn) 研究 時(shí)水溫在6-8℃)，未能達(dá)到設(shè)計(jì)的排放要求。
從生化反應(yīng)時(shí)間與各污染物的去除關(guān)系可以看出，再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，各污染物的去除率曲線變緩， COD、NH3-N等的去除效果變化不大。生物載體在流化過(guò)程中得以固、氣、液三相充分接觸與混合，強(qiáng)化了生物膜表面流體的紊亂程度，加快了傳質(zhì)速度，有效提高處理效能。在載體投加率為60%、氣水比(3.5-4)：1,水與載體的有效接觸時(shí)間為1.25 h工況條件下，對(duì)CODcr、NH3-N等污染指標(biāo)均有良好的去除性能，在適宜溫度的條件下，對(duì)石油類也有較好的去除效果。
2.4.3、出水水質(zhì)評(píng)價(jià)
經(jīng)采用污染水體的原位就地修復(fù)技術(shù)處理后的水質(zhì)清澈透明，在沒(méi)有增加藥劑費(fèi)用的基礎(chǔ)上，除總氮外基本上達(dá)到了應(yīng)有的設(shè)計(jì)要求。
2.4.4、運(yùn)行成本
運(yùn)行費(fèi)用主要包括人工費(fèi)，動(dòng)力費(fèi)。通過(guò)近2個(gè)月(2003年10月~2003年12月)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行初步核算，平均運(yùn)行成本為0.05元/m3水(包括電耗和人工管理費(fèi))，大大低于污水處理廠對(duì)污水處理的費(fèi)用。
2.5、 工程設(shè)計(jì)與河道環(huán)境相結(jié)合
工程設(shè)計(jì)中結(jié)合河道的 自然 景觀，在不破壞河岸生態(tài)的前提下，運(yùn)用河道生態(tài)景觀的設(shè)計(jì)新理念，對(duì)工程的周圍進(jìn)行了生態(tài)景觀的設(shè)計(jì)，自然的生態(tài)磚護(hù)堤、鵝卵石及濕生、沉淀池中的自然景石、水生植物的種植及生化處理區(qū)出水端濕地的設(shè)計(jì)，無(wú)不體現(xiàn)著一種生態(tài)與自然，使工程設(shè)計(jì)和環(huán)境完美的結(jié)合在一起。
3、 結(jié)論
3.1、采用污染水體的原位就地修復(fù)技術(shù)對(duì)河水的污染治理是可行的， 該技術(shù)采用生物 方法 和化學(xué)方法將游離細(xì)胞和生物酶固定在生物載體上，使其保持活性并可反復(fù)利用，該技術(shù)具有生物密度高、反應(yīng)迅速、生物流失量少、反應(yīng)控制容易的特點(diǎn)，是一種實(shí)用的新型高效河水凈化處理工藝，日處理量為1.7萬(wàn) m3/d的河道污染治理工程將于2004年6月份竣工并投入使用。
3.2、采用污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)的新型河水凈化工藝，是一種高 科技 多學(xué)科的組合工藝，無(wú)二次污染[1]，屬綠色清潔工藝。
3.2、采用污染水體原位就地修復(fù)技術(shù)是一種節(jié)能、高效、簡(jiǎn)易、方便的技術(shù)，不僅運(yùn)行成本低，而且在工程設(shè)計(jì)中可結(jié)合河道景觀進(jìn)行一起的生態(tài)河道設(shè)計(jì)，屬綠色環(huán)保生態(tài)工藝。
污染水體的原位就地修復(fù)技術(shù)，是 目前 正在興起的突破性的一種水體修復(fù)新技術(shù)，該技術(shù)可以應(yīng)用于內(nèi)陸河流、城市河段、湖泊、生活污水等范圍的水體修復(fù)。該技術(shù)的應(yīng)用成功，將會(huì)給我國(guó)水體污染的治理帶來(lái)一大福音，給國(guó)家 社會(huì) 與城市帶來(lái)無(wú)限的生機(jī)，它將成為生物技術(shù)治理污水的又一示范。
[ 參考 文獻(xiàn) ]
[1] 張蔚文，張灼. 固定化微生物在廢水中的應(yīng)用與前景[J].上海環(huán)境 科學(xué) ，1991，10(10)：20.
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