節(jié)能型水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)2

1、節(jié)能減排型水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù) 一、前言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人口的增加，污水排放量日益增加，水環(huán)境遭受污染破壞，使符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可供利用的水資源大幅度減少，如太湖流域就出現(xiàn)了“水多難用”的情況。我國(guó)目前突出的水污染問(wèn)題，是水污染物負(fù)荷超出了水生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力和承載能力，造成河流、湖泊水體的富營(yíng)養(yǎng)化。水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化，不僅在湖泊、水庫(kù)和海灣這些封閉或半封閉性水體中發(fā)生，而且也在滯流的城市內(nèi)河小水體，半封閉性河浜、河涌等河道以及河口水域發(fā)生。因此，如何治理這些水體污染，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的問(wèn)題。近年來(lái)，我國(guó)在河流、湖泊水污染治

2、理方面投入超過(guò)數(shù)千億元，使我國(guó)的城市污水處理能力和處理率有了較大的提高。目前我國(guó)的河流污染已有所緩解，但湖泊水污染仍有加重的趨勢(shì)，尤其是城市內(nèi)河、河浜、河涌等景觀水體污染十分嚴(yán)重。目前我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期，環(huán)境問(wèn)題顯得十分突出。經(jīng)濟(jì)建設(shè)本身需走可持續(xù)發(fā)展的道路，治理環(huán)境污染和保護(hù)環(huán)境質(zhì)量同樣需要可持續(xù)的環(huán)境技術(shù)。現(xiàn)有污水處理工藝和水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)普遍面臨著耗能高、資源浪費(fèi)、占地面積大、構(gòu)型松散和管理復(fù)雜等一系列問(wèn)題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，污水處理和水體污染治理生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)，必須通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，以支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)突破水資源、能源的雙重約束瓶頸，因此，節(jié)能減排型污水資源化處理和水

3、體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)必將成為污水處理和水體污染治理生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。因此如何既能達(dá)到節(jié)能減排和控制碳排放，又可有效地治理湖泊、水庫(kù)以及城市內(nèi)河、河浜、河涌等水體的水污染，修復(fù)湖泊、城市河流等景觀水體的生態(tài)環(huán)境，是解決我國(guó)河流、湖泊水污染難題和改善湖泊、城市河流水環(huán)境的關(guān)鍵。而盡快開(kāi)發(fā)和應(yīng)用經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能減排型的水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)，是解決這一關(guān)鍵難題的根本出路和有效途徑。二、現(xiàn)有技術(shù)及創(chuàng)新必要性目前，對(duì)湖泊、城市河流景觀水體污染進(jìn)行治理和生態(tài)修復(fù)，有物理法、物化法、生化處理法、人工濕地、生物修復(fù)、生態(tài)水處理等多種方法。比如物理法的機(jī)械過(guò)濾、疏浚底泥、光調(diào)節(jié)、水位調(diào)節(jié)等等，這些方法效

4、果也比較明顯，但不易普及，難以大規(guī)模長(zhǎng)期實(shí)施。比如，不斷地引水換水，勢(shì)必要浪費(fèi)寶貴的水資源和消耗大量的能源。而且新注入的清水匯流到污染水體中所起的“沖淡效應(yīng)”，可能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有藻類的繁殖速度快。如果使用化學(xué)滅藻劑來(lái)消滅藻類，效果是不錯(cuò)，但時(shí)間長(zhǎng)了，又會(huì)出現(xiàn)耐藥的藻類，使滅藻劑的效能逐漸下降，導(dǎo)致投藥間隔越來(lái)越短，投加量越來(lái)越多，滅藻劑品種也要頻繁更換，結(jié)果還是不斷增加新的環(huán)境污染。更重要的是，化學(xué)藥劑使得一些水生生物無(wú)法生長(zhǎng)。也有采取投加適當(dāng)?shù)摹⑦m量的微生物（各類菌種）的辦法，微生物可以加速水中污染物的分解，從而凈化水質(zhì)。生物水處理技術(shù)之核心在于：運(yùn)用生物化學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)有益菌床，充分發(fā)揮有益細(xì)菌

5、的自凈作用，通過(guò)生物體本身的新陳代謝活動(dòng)，協(xié)同分解環(huán)境中的氨、氮、亞硝酸等有害物質(zhì)，保持水中的營(yíng)養(yǎng)源不超標(biāo)，達(dá)到生態(tài)平衡，從根本上解決水質(zhì)問(wèn)題。但微生物必須定期進(jìn)行篩選培育、保存、復(fù)壯等等一系列專業(yè)處理過(guò)程，都不盡完美。而人工濕地、生物修復(fù)、生態(tài)水處理則是以上技術(shù)的優(yōu)化集合，同樣存在著菌種投放、水生動(dòng)物、植物的引種和水生態(tài)系統(tǒng)建立和管理難度較大的問(wèn)題。綜上所述，盡快開(kāi)發(fā)出一種既不浪費(fèi)水資源和消耗能源，又不使用化學(xué)滅藻劑，增加新的污染；也沒(méi)有菌種的提純、馴化，以及需要建立復(fù)雜的水生態(tài)處理系統(tǒng)和難以管理的弊端，又能切實(shí)有效地在節(jié)能控制碳排放的前提下，消除水質(zhì)污染，修復(fù)改善水生態(tài)環(huán)境，經(jīng)濟(jì)適用的景觀

6、水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)，已是迫在眉睫，刻不容緩。三、創(chuàng)新技術(shù)如前所述，所謂經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能減排型的水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)，就是在達(dá)到治理修復(fù)景觀水體生態(tài)本身的同時(shí)，盡力做到耗費(fèi)資源、能源最少、CO2 排放最少，系統(tǒng)建立和管理簡(jiǎn)便容易等。目前，開(kāi)發(fā)新型的可持續(xù)的水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)已成為當(dāng)今水環(huán)境污染治理領(lǐng)域發(fā)展的最新動(dòng)向。這種新穎的水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)的誕生需要結(jié)合新能源、微生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，新材料、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，生態(tài)學(xué)理論的革新，數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的運(yùn)用，以及工程技術(shù)手段的進(jìn)步等各方面的成果加以實(shí)現(xiàn)。1、技術(shù)內(nèi)容古語(yǔ)道“流水不腐”，因此營(yíng)造水體循環(huán)流動(dòng)和

7、充氧，是維持水體環(huán)境中微生物的生化反應(yīng)和物質(zhì)平衡，保持健康水生態(tài)環(huán)境的重要條件。而傳統(tǒng)的水體治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)水體循環(huán)流動(dòng)和充氧過(guò)程中均需要耗費(fèi)一定的能源，如機(jī)械過(guò)濾、疏浚底泥、引水換水以及曝氣充氧的動(dòng)力消耗，尤其是污水處理和水體污染治理生態(tài)修復(fù)中的曝氣充氧設(shè)備需要耗費(fèi)大量的能源，是一種耗能型的技術(shù)，不能實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能減排。本創(chuàng)新水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)水體生態(tài)系統(tǒng)功能強(qiáng)助器，包括太陽(yáng)能或風(fēng)力高效水流循環(huán)機(jī)和高富集微生物填料（生物帶）兩部分，主要是將可再生能源太陽(yáng)能（風(fēng)力）的應(yīng)用，與弱強(qiáng)制水循環(huán)流動(dòng)和高富集微生物填料（生物帶）技術(shù)，和強(qiáng)化水體自然降解凈化功能實(shí)現(xiàn)有機(jī)的結(jié)合。技術(shù)核心要點(diǎn)是

8、應(yīng)用太陽(yáng)能（風(fēng)力）的高效水流循環(huán)機(jī)，強(qiáng)制水體流動(dòng)循環(huán)，強(qiáng)化利用水體大氣自然復(fù)氧功能，改善水體生化反應(yīng)環(huán)境；應(yīng)用高富集微生物填料（生物帶），增多水體中微生物種群數(shù)量，強(qiáng)化微生物的生化分解能力，充分利用和強(qiáng)化水體對(duì)污染物的自然降解凈化能力。技術(shù)內(nèi)容：在須治理污染和修復(fù)生態(tài)的水體中，合理安裝太陽(yáng)能（風(fēng)力）高效水流循環(huán)機(jī)（見(jiàn)圖1、圖2），架掛高富集微生物填料（生物帶）（見(jiàn)圖3），利用太陽(yáng)能（風(fēng)力）為高效水流循環(huán)機(jī)提供動(dòng)力，在高效水流循環(huán)機(jī)運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)水體的強(qiáng)制上下對(duì)流，大面積持續(xù)性地讓被治理和生態(tài)修復(fù)水域的水體產(chǎn)生上下對(duì)流和弱循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到強(qiáng)化水體的大氣自然復(fù)氧、表層底層水均勻充氧，改善水體生化反應(yīng)環(huán)

9、境和破壞抑制藻類生存環(huán)境的作用；同時(shí)在水體中架掛高富集微生物的填料（生物帶），增多水體中復(fù)合高效微生物種群數(shù)量，繼而均勻充氧的水與填料（生物帶）上的微生物充分接觸，發(fā)生生化反應(yīng)，強(qiáng)化了水體對(duì)污染物的自然降解和凈化功能，從而達(dá)到利用和強(qiáng)化水體的自然降解凈化能力，去除水體中藻類、降解污染物、凈化水質(zhì)、激活并修復(fù)水生態(tài)環(huán)境的目的。圖1：太陽(yáng)能動(dòng)力高效水流循環(huán)機(jī)圖2：風(fēng)力高效水流循環(huán)機(jī)圖3：高富集微生物填料（生物帶） 2、技術(shù)原理本技術(shù)主要功能原理是：強(qiáng)制水體循環(huán)流動(dòng)，破壞藻類生存環(huán)境，強(qiáng)化水體大氣自然復(fù)氧和均勻充氧，增多水體中微生物種群數(shù)量，改善水體生化反應(yīng)條件，充分利用微生物分解污染物，強(qiáng)化水體本

10、身的污染物降解凈化能力。水流循環(huán)機(jī)工作原理示意見(jiàn)圖4、圖5。圖4：水流循環(huán)機(jī)工作原理水藻去除機(jī)理（1）通過(guò)水流循環(huán)機(jī)的對(duì)流攪拌，人為的形成循環(huán)水流，強(qiáng)制水體流動(dòng)，打破水生植物藻類的生存環(huán)境，抑制藻類繁殖。（2）循環(huán)水流把片塊狀化的藻類打碎，借助微生物的分解作用，使之成為原生動(dòng)物、貝類及小魚(yú)的食物。 （3）循環(huán)水流把藻類送到光照少的底層水體，從而抑制其光合作用。圖5：水流循環(huán)機(jī)工作原理水質(zhì)凈化原理（1）利用陽(yáng)光紫外線抑制水質(zhì)惡化：通過(guò)水流循環(huán)機(jī)的對(duì)流攪拌，讓水體上下循環(huán)，循環(huán)水體經(jīng)陽(yáng)光反復(fù)照射后，充分利用光照紫外線的滅藻、殺菌、消毒等作用，控制水體的惡化。（2）充分利用水體的大氣自然復(fù)氧功能，調(diào)

11、整水體溶解氧量：水體的表面與大氣存在自然復(fù)氧功能，通過(guò)水流循環(huán)機(jī)的對(duì)流攪拌，人為的形成底層缺氧水體與表層富氧水體的循環(huán)對(duì)流，使表層水體一直處于微缺氧狀態(tài)，從而達(dá)到充分地利用和強(qiáng)化水體的大氣自然復(fù)氧功能，使被治理和生態(tài)修復(fù)水域的水體完全充分均勻的充氧，處于良好的溶氧狀態(tài)。（3）循環(huán)水流促進(jìn)微生物的活性：通過(guò)水流循環(huán)機(jī)的對(duì)流攪拌，充氧均勻溫度適宜的水經(jīng)過(guò)上下對(duì)流、水平混合，促進(jìn)了溶解氧、藻類、細(xì)菌和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的作用，增強(qiáng)了微生物的活性，加快細(xì)菌生物降解污染物的速率。（4）強(qiáng)化生物分解能力，保持良好的生態(tài)鏈：經(jīng)過(guò)充分均勻充氧的水，在高富集微生物填料（生物帶）上高效微生物菌群作用下，水中的營(yíng)養(yǎng)類污染

12、物發(fā)生水體中最自然的生化分解反應(yīng)，由于生化條件的改善，這種生化分解能力被大大強(qiáng)化，可較快地將水中的含碳、氮、氧、氫元素的污染物分解、轉(zhuǎn)化為CO2、N2氣態(tài)分子排入大氣；而繁殖增生的微生物細(xì)菌等原生動(dòng)物成為高級(jí)水生動(dòng)物的食物，保持了良好的生態(tài)鏈，由此維持水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡。（5）增加水體底層溶氧控制磷含量的上升：水體底層缺氧會(huì)加速底泥中磷污染物的釋放，從而可能會(huì)導(dǎo)致藻類大量繁殖。水流循環(huán)機(jī)造成的水體循環(huán)上下對(duì)流、水平混合，可以顯著增加水體底層的含氧量，抑制磷污染物的釋放，從根本上達(dá)到控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的目的。綜上所述，應(yīng)用太陽(yáng)能動(dòng)力（風(fēng)力）高效水流循環(huán)機(jī)高富集微生物填料（生物帶）水體污染治理生態(tài)修

13、復(fù)技術(shù)，是被治理和生態(tài)修復(fù)的水體在以上物理、生物化學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)的共同作用下，達(dá)到了去除藻類、降解污染物、凈化水質(zhì)、激活并修復(fù)水體生態(tài)的目的；并且在治理修復(fù)水體生態(tài)的同時(shí)，通過(guò)利用太陽(yáng)能或風(fēng)力等可再生能源，作為實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段的動(dòng)力，達(dá)到了節(jié)約能源，耗費(fèi)資源、能源最少、CO2 排放最少，不給環(huán)境帶來(lái)二次污染的目標(biāo)。因而本技術(shù)是一種可持續(xù)的水體污染治理生態(tài)修復(fù)技術(shù)。3、工藝特點(diǎn)（1）利用太陽(yáng)能（風(fēng)力）：以太陽(yáng)能（風(fēng)力）可再生能源為動(dòng)力能源，耗電費(fèi)為零；節(jié)約能源，耗費(fèi)資源、能源最少、CO2 排放最少，不給環(huán)境帶來(lái)二次污染。（2）利用水體本身建立高效水流循環(huán)：利用水流循環(huán)機(jī)的相對(duì)較弱的水流動(dòng)力系統(tǒng)，建立起被治理修復(fù)水體的局部范圍水流循環(huán)，替代傳統(tǒng)的對(duì)被治理修復(fù)水體進(jìn)行引水換水的大范圍水流循環(huán)，以消耗較少動(dòng)力達(dá)到須消耗較大動(dòng)力才可實(shí)現(xiàn)的水體水流循環(huán)。 （3）利用水流循環(huán)強(qiáng)化水體自然充氧：依靠水體的強(qiáng)制流動(dòng)，充分利用水體表層水面的自然充氧功能，將水體表層富氧水和底層的缺氧水進(jìn)行混合，巧妙地實(shí)現(xiàn)被治理修復(fù)水體完全充分的充氧，水增氧效果顯著。 （4）水流循環(huán)促進(jìn)微生物活性：通過(guò)上下對(duì)流、水平