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1技术选择思路
为贯彻落实《水污染防治行动计划》等相关文件的治理目标,指导地方各级人民政府加快推进城市污水整治工作,改善城市生态环境,促进城市生态文明建设,生态环境质量全面改善,生态系统实现良性循环。采取控源截流预处理、垃圾清理、内源污染物处置疏浚、生态修复等措施,实现环境效益、经济效益与社会效益多赢,“蓝天常在、青山常在、绿水常在”的美丽中国。
本次治理方案的总体思路遵循“适用性、综合性、经济性、长效性和安全性”等原则,分区对待、因地制宜;多种技术、前端预处理;原位修复、污染削减;水质净化、生态修复,逐步实现水体生态系统修复目的。
(1)适用性:地域特征及水体的环境条件将直接影响受污染水体治理的难度和工程量,需要根据水体恶化程度、污染原因和整治阶段目标的不同,有针对性地选择适用的技术方法及组合。
(2)综合性:城市受污染水体通常具有成因复杂、影响因素众多的特点,其整治技术也应具有综合性、全面性。需系统考虑不同技术措施的组合,多措并举、多管齐下,实现水环境的整治。
(3)经济性:对拟选择的整治方案进行技术经济比选,确保技术的可行性和合理性。
(4)长效性:富营养化水体通常具有季节性、易复发等特点,因此整治方案既要满足近期消除浑浊的目标,也要兼顾远期水质进一步改善和水质稳定达标
(5)安全性:审慎采取投加化学药剂和生物制剂等治理技术,强化技术安全性评估,避免对水环境和水生态造成不利影响和二次污染;采用曝气增氧等措施要防范气溶胶所引发的公众健康风险和噪音扰民等问题。
分区对待、因地制宜:根据河道现状、底泥与水质、截污管网与排污情况以及周边情况,分为三个不同区域,考虑技术的可行性、适用性、经济性及其组合效益,采用一种或多种技术相结合。
前端预处理、原位修复:由于现状河湖是封闭水体,周围无管网排污汇入,因而天然降水及地表径流成为河湖的主要的外源污染源;一旦外源污染物超过河湖本身的自净能力和承载力,则须对入湖污水进行完善的截污和预处理;在前端集中进行污染物削减,后端原位修复才能得到有效保障。
水质净化、生态修复:河湖的现状表明,对于如此景观型水体,如果不进行水质净化处理,水质无法满足人们的“亲水”诉求,在生态效应上也无法实现生态系统中各生物种群的生境要求,任何尝试生态修复的措施都将是徒劳的。前期通过对水体进行内源治理,即底泥改良,将后续水质提升到适合水生动植物生长繁殖的阀值,再引导水生态系统的自我发展或直接构建人工水生态系统。通过人工生态向自然生态演替,恢复水体生物多样性,并充分利用自然系统的循环再生、自我修复等特点,实现水生态系统的良性循环。
从河湖的景观功能、现状、污染成因、及治理目标来看,本项目所选择的处理工艺必须满足以下要求:
(1)能够削减不利河湖治理的点源污染和面源污染。
(2)能够增强河湖对污染物的降解能力。
(3)能够改善河湖水动力条件。
(4)能够降低内源污染,增加河湖的水环境容量,恢复河湖的自净能力。
(5)能够恢复水体生物多样性,逐步实现水生态系统的良性循环。
2技术方案对比分析
物理法
物理法:包括底泥疏浚和增氧曝气,底泥疏浚主要是通过挖泥船或其他疏浚设备,将河湖底部的受污染的底泥挖出,然后将挖出的底泥进行进一步的后续处
理。增氧曝气则采用机械搅拌、压缩空气、水泵、喷射泵等方法对河湖进行持续曝气。
在污染源控制达到一定程度以后,底泥则成为水体污染的主要来源。因此内源污染物处置疏浚通常被认为是消除内源污染的重要措施。通过清除淤积的底泥减少了积累在表层底泥的污染物和N、P等污染物的释放,从而减少内源污染。然而,疏浚技术通常是决定疏浚效果好坏的关键。从最早的人工挖泥到现在的精确水下吸泥,疏浚过程对环境的影响正在变得越来越小。疏浚作为水利工程和航道工程措施有重要效用,但作为水质治理目前还存在一些难于克服的问题。
增氧曝气是利用人工曝气来快速充氧,从而改进氧的传递和扩散,加速水体复氧过程,促进微生物降解污染物,并加强水体交换,防止出现污染死角,部分抑制藻类爆发。当湖水受到严重的有机污染,会导致湖区部分或局部水体处于缺氧或厌氧状态,如果在适当的位置向河湖水进行人工充氧,就可以避免出现缺氧或厌氧河段,使整个河湖自净过程始终处于好氧状态。对于已经污染、富营养化的河湖,曝气复氧也可以消除水体中的黑臭,这已被实验室试验和实践所证实。其原理是进入水体的溶解氧与黑臭物质(如H2S、FeS等还原性物质)之间发生了氧化还原反应。由于黑臭物质的耗氧量是化学需氧量(CODCr)的一部分,这部分物质的去除亦可降低水体的化学需氧量。
建设成本
通过物理法进行河湖治理,需要投入相应的疏浚设备使用费用,以及后续的污泥处置费用,同时需要在河湖部分位置设置曝气装置,并建设风机房来安置鼓风机;维护阶段需要专门人员维护设备,并需要投入电费等维护费用。因此,一般不考虑底泥清淤措施。
可行性分析
〜,如果采用物理法治理也存在一些优点:首先,河湖淤积较为严重,进行底泥疏浚,能够保障洪防洪作用的顺利发挥;其次,充氧曝气技术已经相对成熟,技术使用的重点是选择大流量、低功耗、高效率的充氧曝气设备,对河湖水体进行人工增氧,提高水体溶解氧。河湖主要污染物为有机
物和氮、磷,曝气可提高微生物的活性,促进微生物对有机物的降解和氮、磷的去除。同时,水中的溶解氧浓度由于曝气而得到提高,对于水体中的水生生物的恢复具有一定的帮助;总体而言,物理法具有见效快的优点。
然而,采用物理法也有一定的缺点:首先,大规模清挖底泥,成本巨大,对于预算有限的项目而言,并不适合;其次,清淤能在一定程度上引起上覆水污染物浓度增加,也会对河湖底栖生物生境造成严重破坏,疏浚产生的淤泥通常泥量大、污染物成分复杂、含水量高而难以处理;而且底泥疏浚一段时间后又会再度淤积,所以内源污染物处置只是消除了底泥的大部分影响,但是河湖水质的污染并未能彻底解决;然后,采用微孔曝气的曝气头容易被河湖中的污泥和垃圾堵塞,而且曝气增氧对湖水透明度的提高并没有很显著的作用,对恢复沉水植被的帮助很小,所以对恢复整个河湖的水生生态系统并没有起到很大的作用。总而言之,从技术角度出发,采用物理法作为主体修复技术来治理河湖,虽然对水质的改善有一定的作用,但不是恢复水生生态系统有效手段,而且物理法并不能提高河湖及其周边环境的景观。因此只能考虑作为辅助修复手段与其他技术方法联合使用
综上所述,项目一般不推荐将物理法作为主要技术手段使用。但是可以考虑作为辅助手段与其他技术方法联合使用,尤其是曝气增氧,在建设初期尤为需要。
化学法
化学法:通过投加化学药剂将水中需要去除的溶解物质转化为难溶物质而析出沉淀。化学氧化的原理是利用强氧化剂与污染物的氧化还原反应将污染物去除化学除藻的原理是通过化学物质抑制藻类生长、与藻类细胞形成大量絮凝沉淀或破坏藻类细胞结构杀死藻类来去除水中的悬浮藻类。
化学法主要包括化学沉淀、化学氧化和化学除藻。化学法主要通过向水中投加化学沉淀剂、氧化剂和除藻剂,化学药剂与目标污染物之间发生一系列反应后形成沉淀、絮凝或被氧化去除,在通过后续的手段去除沉淀或絮凝物。
使用化学法需要购买化学药剂,投入一定的人力、设备进行施放和后续处理。
可行性分析
从技术层面上分析,化学法具有实施容易,见效快速的优点。但是使用化学法作为核心技术手段进行河湖治理弊大于利。其一,化学沉淀法会引入新的污染物质,使河湖的水生生态系统受到破坏。同时,河湖属于封闭水体,降解不完全的污染物沉积在水底,有机营养物质和有毒有害物质并不能排出水体,在一定的条件下,仍可能被释放。
首先,化学沉淀对水体的氨氮没有实际效果,长期使用药剂后,会使生态系统遭受严重破坏,河底的污染物不断沉积,形成恶性循环;其次,虽然施用除藻剂可杀灭藻类、去除水中的氮,但是无法除去水体中的磷。而部分除藻剂的生物毒性对鱼类等其它生物的生长危害很大。若一旦停用化学药剂,藻类又会爆发,且由于抗药性的存在,药剂用量会越来越大。此外,部分化学药剂在使用中应慎用和禁用;第三,投加高锰酸钾等氧化剂,确实能够去除水中的部分有机物。该种方法治标不能治本,也存在一定的环境风险。因此在技术的角度上,化学法并不能有效恢复河湖的水生生态系统,也不能保证水质的长期稳定达标。
从建设成本上分析,单次化学法处理实施的成本较低,且不用后期维护的投入,是较为低廉的处理手段。然而,由于化学法的效果不易维持,较为反复,若要长期维持水质指标,则需要多次实施。因此,长期而言,成本也会逐步上升。
综上所述。化学虽然成本低廉,但是效果不稳定,副作用大,不能达到相应的要求,只能作为应急处理的方法,不适合河湖的水质治理及生态修复项目使用。
—生物方法
生态—生物方法:包括微生物修复技术、人工湿地技术、浮岛技术、植物操控技术,生物膜净化技术,生态复氧技术、内源污染物处置技术、水生动物恢复和重建技术等,这些技术又可以组合成生物接触氧化系统、水生态系统、人工快渗系统和多级土壤渗滤系统等。在实际工程应用中,往往按照水体污染程度,水体环境资源现状及业主要求等考虑选用不同的技术组合,以呈现生态效益和经济效益的双赢。
微生物制剂技术是采用先进、高效的分离、筛选技术从自然界不同生境中分离出具有高效降解、转化水体污染物的微生物,并优化其培养条件而制成的净水微生物制剂,通过微生物的作用清除底泥和水体中的污染物,或是使污染物无害化的过程。
人工湿地技术是利用基质、水生植物和微生物之间的三重协同作用,通过过滤、沉淀、吸附、离子交换、络合效应、硝化、反硝化、营养元素的生物转化及微生物分解来实现对污水的高效净化。
植物操控技术和人工浮岛技术是通过局部水域种植各种适宜的陆生植物和湿生植物,利用根系的吸收和吸附作用,吸收水体中的氮、磷等元素,从而达到净化水质、改善景观的目的。
人工水草技术是一种比表面积较大的载体介质,人工水草生物载体表面形成的生物膜断面上,由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。在好氧区,好氧菌将氨氮转化为硝基氮,并把小分子有机物转化为二氧化碳和水(把可溶的无机磷转化为细胞体内的ATP),在厌氧区,厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气
把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物)。最终污染基团就被分解转化成逸出水体的n2、co2和h2o。附着在人工水草上的大量微生物群,
微生物群难以脱落,其上黏附的污染物难以溶出及扩散,抑制了环境的恶化。在水流的影响下,产生收缩运动,从而促进了污染物质的分解。同时,人工水草生物载体还可以促进藻及生物类的着床同时形成类似水体珊瑚礁功能,更有利于孵化、养鱼幼鱼及其他水生动物,躲避大鱼的袭击。平铺形式的矩阵人工水草,可以有效的消减底泥污染,抑制底泥内源污染物的释放。悬挂水中放置形式,解决了水体中间层微生物的载体问题(水表面好氧菌活跃层、底层厌氧菌在底泥内部活跃,水体中间因缺乏微生物载体而微生物活动性不强)。安装设置容易结合景观文化设计,可利用生物浮岛等配合进行景观的绿化与文化内涵的结合。
水生动物操控技术是利用水生动物对水体中有机和无机物质的吸收和利用来净化污水。尤其是生态系统食物链中的蚌、螺、草食性浮游动物和鱼类,直接吸收营养盐类、有机碎屑和浮游植物,可取得明显的效果。这些水生动物就像小小的生物过滤器,昼夜不停地过滤着水体。
先进行前期预处理创造适合水生植物种植的环境;然后进行水生植物种植恢复水底植被;在植物定植期间投加浮游动物,控制水体中悬浮物和悬浮藻类数量,提高水体透明度,为水生植物定植创造良好条件;同时投加微生物,提高水体中微生物数量,完善水体生态系统成分。植物定植成功,系统稳定后,对系统进行相应的生态调整,使其能够长期稳定运行,保持良好的水质。
采用水生态修复技术,前期成本为预处理措施费用、材料费用和安装费用。
后期维护成本主要为植物维护费用和其他基本维护费用。
可行性分析
生态—生物方法是近年来发展起来的一种新型环境生物技术。这类技术主要是利用微生物、植物等生物的生命活动,对水中污染物进行转移、转化及降解作用,从而使水体得到净化,创造适宜多种生物生息繁衍的环境,重建并恢复水生生态系统。由于这类技术具有处理效果好、工程造价相对较低、不需耗能或低耗能、运行成本低廉等优点。同时不向水体投放药剂,不会形成二次污染,还可以与绿化环境及景观改善相结合,创造人与自然相融合的优美环境,因此已成为水体污染及富营养化治理的主要发展方向。由于河湖治理的最终目的是河湖生态系统功能与结构的恢复,并促使系统的自我维护和自我发展。
因此,生物—生态修复技术被认为是21世纪我国生态环境保护领域最有价值和最具生命力的生物处理技术。
根据以上处理技术分析,我们对河湖水体治理的各种处理技术进行选取,详见表1。
表1治理技术选择分析表
适用性分析
技术技术分类名称
技术限制
内源效果不持久,没解决河湖自净能适用于底泥淤积严重,影响河
污染
物处
力的根本问题,淤泥处理费用高,湖蓄水排涝洪功能,或底泥含
可能因技术选择或操作不当引起重金属污染;建议采用生物方
不采
用
物理
法
置 二次污染
法处理内源污染
人工不能解决污染的根本问题,
增氧 费高
是黑臭水体治理的前期处理
运行的工艺之一,能有效的改善水主要
体复氧环境、加快工程建设进技术
度和实施效果
化学
除藻
不采
用
化学
法
絮凝
沉淀
不生态,化学药品及其分解物可
通过生物链最终积累到人体内。适用于污水处理厂,不建议采易造成二次污染,不能消除营养 用
过多这一根本问题。
作为异位预处理手段可采用
微生
生物
—生
物强
化
易受环境影响,稳定性差且不持久,需持续投加,投资费用高;微生物只是分解者,缺乏生产者和消费者,生态系统不完整。
态法
可代替内源污染物处置,用于对底泥的削减矿化,并同时修复河床生态。另外与人工载体和复氧技术相结合应用,构建河湖内生物接触氧化工艺,用于净化水体。
重要
技术
人工
水草
需微生物附着挂膜,才能真正发见上,河湖内净化水体的技术
挥作用,本身也不能产氧 组合之一