河湖水污染生物生态综合治理与修复技术

　　导读：随着经济社会的快速发展，水污染不断加剧，已成为制约我国经济社会可持续发展的重大“瓶颈”问题。河湖水体治理修复，是社会经济发展及生态环境建设的迫切需要。
　　　　
　　我国地表水污染现状
　　
　　目前我国七大江河流域均已受到不同程度的污染，特别是在全国138个城市河段中，流经繁华区域的绝大部分水体均污染严重，其中低于国家《地表水环境质量标准》V类水体的占38%。
　　
　　2012全年共监测地表水五大水系88条河段，长2048.2公里，IV类、V类水质河长占监测总长度的4.3%；劣V类水质河长占监测总长度的42.1%。
　　
　　河湖水污染生态修复技术
　　
　　目前，国内已广泛使用的河湖污染水体生态治理技术主要有五项：生物膜修复技术、人工湿地技术、生态浮岛技术、固定化生物酶技术以及曝气增氧技术。
　　
　　生物膜修复技术核心在于微生物生境载体材料的选择。生物膜修复材料一般分为孔性材料、聚合物膜材料、有机/无机凝絮剂、光催化材料、氧化剂五大类，市面上常见的有仿水草式填料、辨带式填料、环状悬浮式填料、悬浮球状填料、复合式填料等。
　　
　　人工湿地技术主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
　　
　　生态浮岛技术是利用植物生态原理来降解水中的COD、氮、磷的含量。它能使水体透明度大幅度提高，同时水质指标也得到有效的改善，特别是对藻类有很好的抑制效果，同时浮岛植物也营造了水面的景观。
　　
　　固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。
　　
　　固定化酶技术是用载体把酶约束在一定的区域中进行催化反应，使反应后的酶可以反复使用的一项技术。
　　
　　曝气增氧是一种增加水中含氧量的方法，河湖曝气对水体复氧促进上下层水体的混合，使水体保持好氧状态，以提高水中的溶解氧含量，加速水体复氧过程，抑制底泥N、P的释放，防止水体黑臭现象的发生。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，从而改善河湖的水质。
　　
　　河湖治理关键技术
　　
　　北京市水处理环保材料工程技术研究中心经过多年的技术研发和工程实践，已经形成6项河湖治理关键技术。
　　
　　（1）碳纤维污水体净化技术
　　
　　中心自主研发用于水生态修复的碳纤维材料，主要是生态碳纤维复合材料和高强度生物纤维草两种，他们具有高比表面积、强吸附能力等特点。经实验研究与工程运用证明与美国的阿科蔓生态基相比较该碳纤维材料具有更好的水处理效果和更低的成本优势。该材料是净化受污染水域、修复水环境生态的*选择，能够实现环境*与生物安全。
　　
　　（2）碳纤维双层平板膜技术
　　
　　工程中心通过产学研联合，研发HTH系列一体化设备，该设备是以膜生物反应器工艺为主体的新型污水处理设备。膜生物反应器zui大的特点便是用膜组件代替传统工艺中的二沉池进行固液分离以得到澄清的出水。看似简单的一加一，其带来的效应却远远不止二。MBR具有以下明显优势：
　　
　　污染物去除率高，出水水质好；
　　
　　负荷变化适应强，耐冲击负荷；
　　
　　污泥排放量小；
　　
　　工艺流程短，系统设备简单紧凑，占地省；
　　
　　易实现自动化控制，维护简单，节省人力；
　　
　　系统启动速度快，水质可以很快达到处理要求。
　　
　　（3）强化人工湿地技术
　　
　　强化人工湿地技术主要包括功能强化、结构强化、填料强化、生物强化、过程强化五个环节。
　　
　　1、功能强化，是指通过对湿地系统的物理作用、化学作用和生化反应的强化，提高湿地去除污染物的净化功能；2、结构强化，是指湿地防渗、基质、腐殖、水生植物和水体等层次结构稳定性与预处理、床体、布水、根系和集水等系统结构动力学协同性；3、填料强化，是指强化高炉渣、钢渣、无烟煤等13种经验填料与碳纤维生态草等高科技填料的混合吸附能力；4、生物强化，是指以芦苇等经验植物去污为基础，扩充浮水、挺水和沉水植物种类，强化根区微生物在好氧、兼氧、及厌氧条件下对污染物的降解及吸附能力5、净化过程强化，是指强化基质填料-水生植物-根区微生物净化过程，包括其厌氧、兼性和好氧三种净化及沉积、过滤、吸附、降解转化、硝化和反硝化作用。
　　
　　（4）碳纤维生态浮岛技术
　　
　　湖泊、河流等由于面积大等原因只能采用原位生态修复法来进行改善，利用一般工业或者生活污水采用的工艺不现实，所以选择生态浮岛工艺，在净化水质的同时也能起到景观的效果。由于植物吸收能力有限，再加上根系上微生物量和种类有限等原因，导致这种传统的浮床工艺处理效果受限。鉴于生物接触氧化工艺恰到好处能弥补这一点不足，工程中心提出采用人工浮岛生物接触氧化的组合工艺处理河流、湖泊等微污染水体。本组合工艺有以下几点优点：
　　
　　生物碳纤维具有高比表面积、吸附性能强、适应微生物生长及高强度等特点，完*了传统的生态浮岛存在的问题；
　　
　　生物碳纤维材料的性状与水生植物的根系有很好的相似性，利用水生植物和纤维填料附着的生物膜，强化植物与微生物之间的协同作用，提高微生物对水体的净化效果；
　　
　　生物碳纤维与床体的组合中放置于水中的纤维会受到水的牵引力，使得浮岛整体不容易移动，提高了浮岛的稳定性和牢固性。
　　
　　（5）微生物挂膜菌剂BABRC-1
　　
　　该产品能够同时处理污染水体中的有机物、氨氮及亚硝氮，并能显著提高碳纤维生物膜反应器的挂膜效率和污染物去除率，用于碳纤维水处理可以提高过滤系统挂膜效率，改善水体环境，降低生产成本。该产品是的活性微生物和酶的混合体。在使用过程中，可以迅速分解有机物质，并且能够衍生出更多的有用的菌种，减少病原菌和寄生虫的生成。
　　
　　（6）微纳米曝气
　　
　　微纳米气泡技术有效解决了气泡在水体中的接触面积问题，由于微纳米气泡的表面积能有效增大，因此可以大大提高溶氧效率。同时，由于气泡的细小且具有良好的气浮性，可以在污水中长时间停留从而能够达到实现较好曝气效果的目的。
　　
　　中心在河湖生物生态修复领域获得国家发明若干项，包括生态碳纤维材料、生物纤维草、生物碳纤维双层平板膜等技术。多次主持召开河湖生物生态修复科技成果鉴定会，并引来相关媒体的报道。
　　
　　工程运用
　　
　　北京市水处理环保材料工程技术研究中心在总结多年的科学研究和工程经验的基础之上提出了河湖水污染综合生态治理思路。它主要包括源头强制性达标排放、河道排污口截污、河湖水生态修复、河湖断面水质净化四大部分。
　　
　　源头强制性达标排放是针对排污源头企业废水、农村污水进行物化与生化处理，实现达标排放；要求COD和氨氮去除率为30-40%。相关的工程运用有企业污水处理厂稳定达标和水质提标、市政污水处理厂水质提标工程。
　　
　　排污口截污针对入河生活排污口、工业排污口、养殖排污口和混合排污口不同水质特性采用生物滤池、人工湿地、碳纤维泛氧化塘、碳纤维一体化膜反应器等技术，实现清水入河，要求COD和氨氮去除率为10-20%。
　　
　　河湖水生态修复通过底泥清理、投放微生物制剂、水生植被栽植与引入螺、贝、鱼、虾类等水生动物，实现河湖水生态系统恢复，要求COD和氨氮去除率为10-20%。典型工程有吉林四平人工湿地强化、辽宁锦州人工湿地强化、南京幸福河水生态修复，幸福河修复主要包括河流底质改造、沉水植物投放和水生动物投放，通过动物、植物和微生物的共同作用来重现清流。
　　
　　河湖断面水质净化采用碳纤维浮岛进行原位-移动修复，实现河道水质达标回用和景观效益，要求COD和氨氮去除率40%以上。代表性的示范工程有：南京南湖东河生态浮岛示范工程、乌梁素海水质净化工程、博斯腾湖生态截污综合治理工程、大山池水质提标净化工程以及河北衡水湖湖泊淤泥清理工程等。