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城市景观水污染现状及处理技术

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发表于 2017-5-26 18:10:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

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城市景观水污染现状及处理技术
摘要:城市景观水体由于水质恶化而渐渐影响附近居民的正常生活,要从根本上保证水质需采取一定的水源保护和水处理措施。本文介绍了景观水构景要素及水质标准,主要从水源水质异常介绍了景观水污染的现状,并从物理处理、物理化学处理和生物处理三个方面分析了各自工艺的特点,同时,着重介绍了生物接触氧化法、曝气生物滤池各自的工艺原理、特点以及应用现状。
关键词:城市景观水;污染;生物接触氧化;曝气生物滤池
Abstract: Due to deterioration ofwater quality, urban landscape waters gradually affected the normal life of theresidents in the vicinity, to fundamentally ensure water needed to take acertain amount of water conservation and water treatment measures. This paperpresents constitutive element in landscape water and water quality standards,mainly from the landscape was introduced to water pollution water pollutionsituation, and from the physical, physico-chemical and biologicalcharacteristics of three aspects of the respective process, meanwhile, focuseson biological contact oxidation method and principle of Biological AeratedFilter in their process, characteristics and applications.
Keywords:Thecity landscape water; Pollution; Biological contact oxidation method; Biologicalaerated filters

我国水资源主要特点为总量大,但人均占有量匮乏。长期以来,由于水资源的保护与利用未得到重视,使我国的水资源在开发和使用过程中存在十分严重的浪费现象,我国水资源的有效利用率仅为16%,与发达国家相比有相当大的差距。近年来,随着我国经济的飞速发展,工业化、现代化、城市化的水平迅速提高,全国的用水量急剧上升[1]。目前,多数城市水体受到一定程度的污染,并且呈现逐年上升的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能,进一步加剧了水资源短缺的矛盾,对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响,甚至严重威胁城市居民的饮水安全和人民群众的健康。
1.景观水的概况
1.1景观水构景要素
景观水是城市人居环境的重要组成部分,具有重要的美学价值、经济意义和生态功能。水影响和丰富人类精神领域的最突出表现是其景观效应,或者说水除作为物质资源外,还是一种刺激感观、活跃情操、平心静气的精神资源,是分布广泛而又作用突出的景观资源。随着社会的进步和发展,人类除了对物质产生不断增长的需求外,对精神世界的需求迅速增长。在自然构景主体资源中,水扮演着重要的角色。景观水资源研究,既可通过人的五官四体七情体察,又可以通过科学手段发现其规律,进行合理的开发利用和再造,完美旅游景域,促进水科学和人类水事活动的全面发展。
据初步分析,构景要素如下所示。需要指出的是,水位相宜性指水体所处位置与其它成景或伴景要素配合得当,巧妙适宜。只要构景要素中自然美学要素的一个或数个表现出明显的景观效应,并伴有历史文化要素及水体动态要素的适当组合,该水体便属景观水资源,并能构成景域,或者说构成风景区[2]。
  
景观水构景要素
  
水体动态要素
流动态势
丰枯变化
水体深浅
水面大小
水量多少
历史文化要素
诗文楹联
传闻典故
历史文献
相伴文物古迹
陪衬建筑物
知名度
自然美学要素
水位相宜性
水声动人性
水形奇特性
水色优异性
水味甘甜性
水温适宜性
水体特异性
水体雄壮性
水体透明性
1.2景观水水质标准
按照水体的不同功能,分为三大类:A类:主要适用于天然浴场或其他与人体直接接触的景观、娱乐水体;B类:主要适用于国家重点风景游览区及那些与人体非直接接触的景观娱乐水体;C类:主要适用于一般景观用水水体。各类水质标准主要项目及标准值如表1. 1所示[3]。
表 1. 1 景观娱乐用水水质标准
序号分类/标准值/项目           A 类       B 类       C 类
1         透明度,m      ≥  1.2             0.5
2      溶解氧(DO),mg/L   ≥ 5        4          3
3 生化需氧量(BOD5),mg/L  ≤ 4        4          8
4 氨氮,mg/L  ≤               0.5       0.5        0.5
5      非离子氨,mg/L ≤    0.02      0.02       0.2
6 亚硝酸盐氮,mg/L ≤    0.15      0.15      1.0
7 总磷(以P计),mg/L≤    0.02      0.02      0.05

1.3    景观水水源及水质异常
1.3.1景观水水源
城市内景观水的规模大小不一,小型的有喷泉、冰塔、涌泉、水雾等;中型的有叠流、瀑布、溪流、镜池等;大型的有天然和人工湖泊、景观池塘、景观、河道等。目前,比较常用的景观水水源有五类:城市管网的自来水、天然的河道、湖泊水、雨水收集、地下水和再生水回用于景观水。一般来讲,以自来水作为景观水体的初期注入水和后期补充水时可将其直接用于景观水体;若利用的是天然河水则需根据河水的水质情况决定是否需对其进行特别处理,同时也要考虑水资源费用的付出;若利用的是再生水则再生水的水质需满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002)中的有关规定。
1.3.2景观水水质异常
城市水景一般都位于人口密度较大的居住小区和公共场所,由于人类的活动及部分景观水体的封密性特点,部分地区景观水的水质污染比较严重,城市景观水的水质异常主要有以下六个方面:
(1)外源污染物的直接污染。城市内大型景观水体(如景观河道),由于大量未经处理或深度处理的工业废水、生活污水、农业废水等直接排入,污染物过多而得不到有效的降解。
(2)城市景观水水源的影响。用于景观水的水源水质差,COD、BOD5、TN、TP等污染物的含量较大,难以达到国家所规定的景观水水质的要求,一段时间后,景观水变浑、变绿。
(3)尘土、落叶、垃圾的侵入。随着景观水搁置时间的延长,外界对它的污染比较严重,表现为池底被浮土覆盖,池水逐渐变得浑浊,水面悬浮垃圾和水底沉积物增多。
(4)池底、护坡滋生青苔。受环境、温度、日照、水深等因素的影响,池底及护坡的青苔滋生。
(5)城市景观水的富营养化。由于大部分景观水体是一个封闭的系统,水系统缺少循环,无自净能力,加上周边环境污染,水中藻类和菌类大量滋生,造成富营养化[4]。
(6)地下水的污染。随着工农业的不断发展,越来越多的污染物(如氮、磷、重金属离子等等)渗入了地下,污染了地下水。如今我国地下水的污染已经相当普遍而严重,而大部分的景观水又是与地下水相通的,因此导致景观水的变质也是显而易见的[5]。

2 城市景观水处理
2.1景观水处理的主要目标
景观水体的水质维护主要目标是控制水体中COD、BOD5、氮、磷、大肠杆菌等污染物的含量及菌藻滋生,保持水体的清澈、洁净和无异味。城市景观水水处理的目的是为了保证景观水水源的水质和保持整个景观水域的水质[4]。
2.2城市景观水的处理方法
近几年来,对城市景观水污染治理的研究比较多。城市景观水污染治理首先必须控制外源污染物的进入,截污就是将造成水体污染的各个污染源除去,使水体不再受到进一步的污染。在此基础上,根据具体情况分别采取引水换水或水处理措施,引水换水必须有足够的干净水源作为保证,且成本比较高,只有在小水的情况下才考虑该法[6]。在景观水处理方面主要有物理处理法、物理化学法和生物处理法。
2.2.1物理处理法
(1)曝气充氧法
水体曝气充氧是指对水体进行人工曝气复氧以提高水中的溶解氧含量,使之保持好氧状态,防止水体发生黑臭现象。曝气充氧法主要有喷水、跌水和瀑布3种曝气充氧方式。曝气充氧法应用于景观水研究已有很多年的历史,在水质净化中具有很重要的位置。国内外许多成功的工程实例表明:人工曝气充氧法是治理河流污染的一种可行的方法,并在上海、北京等城市进行一定规模的工程实践。以北京清河为例,采用8台HP15型曝气设备进行充氧,从8月26日到9月23日期间,BOD5去除率约为60%,臭味基本消失,河水颜色明显改观,水体基本恢复自然状态。
(2)定期补水法
定期补水法是保持景观水水质最基本的方法。当水体中悬浮物过多,水体浑浊,水体透明度下降时,需要补水方法进行稀释作用,来降低水中的杂质浓度。采用补水法保持水质最重要的因素是补水水源,补水水源必须为干净水源,且在小水量情况下才考虑使用该法。对于水量较大的水域,补水量较小则起不到净化效果;若补水量较大,则会造成大量水资源的浪费。李向梅等以景观水底泥为研究对象,得出景观水在不同补水量、不同水质以及不同温度条件下底泥释放污染物的规律,为预测景观水水质变化和补水量以及补水时间提供了依据。
(3)底泥疏浚法
通过底泥疏浚可以转移污染物,扩大河流、湖泊的储水量是景观水处理的重要方法之一。苏州河二期重点实施工程中采用底泥疏浚等方法进行整治,通过对苏州河二期重点实施工程措施的水质影响进行数值模拟分析,结果表明,二期工程实施后,苏州河水质可达到相应的目标。
底泥疏浚方法的缺点在于施工期间,会产生噪音和大气污染,对周围居民产生一定的影响。另外,底泥疏浚期间,景观水水体娱乐等功能会受到相应的影响,造成相应的经济损失[3]。
2.2.2物化处理法
(1)过滤法
过滤去除水中的悬浮物和藻类等机理是机械拦截和接触絮凝。过滤的优点在于能够有效地降低水体中的浊度、处理设备工艺简单。不足之处在于能耗大且运行费用昂贵、需要大量的反冲洗水、不适合处理含藻量较高的水处理。
过滤可以降低水中细菌、有机物和病毒含量,同时也能降低水的浊度。当原水中悬浮物或藻类较少时可以对其进行直接过滤,当水中含藻量极高时应在滤池前增加沉淀池或澄清池,若此时滤池出水藻类的含量仍大于1000mL-1,则需要进一步的处理。MKKim等采用慢砂过滤方法除去细菌层与微囊藻毒素的混合,结果显示,在适当温度下其对微囊藻毒素的去除率达到85%~95%,而对于浊度较低而含藻量较高的水,可投加灭藻剂直接过滤。另外,采用微滤和超滤等方法也可以将绝大多数的藻毒素分子去除,其中,超滤对藻毒素去除率可多达98%。何圣兵等采用石英砂和新型纤维丝滤料处理城市景观水的净化效能,研究表明新型纤维丝滤料相对于微絮凝过滤工艺具有更好的过滤性能,而反冲洗过程能够将过滤后的新型纤维丝滤料冲洗干净,具有较高的重复使用性能。
(2)混凝沉淀法
混凝沉淀法指向水体中投加铝盐、石灰或铁盐等药剂,通过自然沉淀的方法,用以除去水体中的胶体和悬浮物杂质。藻类轻而小,悬浮于水面,不易去除。实际上,采用混凝沉淀法去除藻类的处理效果与藻类密度有着密切的关系,藻密度高时,去除率下降,藻类不易去除。同时在混凝沉淀期间磷也有一定的去除,杭州引钱塘江水补给西湖水就是通过混凝沉淀处理后补水的。
混凝沉淀法的特点是投资少、操作和维修方便、效果好,同时也可用于含有大量藻类和悬浮物的水进行处理,对污染的水体可取得较好的净化效果。胡颖慧等采用粉煤灰酸化壳聚糖制备成新型絮凝剂,并将该新型絮凝剂对上海市市区几个公园景观水进行处理。结果显示,在采用高锰酸钾预氧化后,可以明显增强絮凝效果,从而具有较好的除藻效果。此外,HaifengWang等人的研究表明电凝聚法对景观水中藻类和有机物的去除有较好的效果[3]。
(3)气浮法
气浮技术是一种典型的物化处理方式,常用于水厂的给水处理和工业上的废水处理,是水处理领域里一种快速、高效的固液分离方法,它通过向水中注入大量微气泡,与水中的固体或胶体污染物微粒黏附,形成密度小于水的气浮体,在浮力的作用下上浮至水面形成浮渣而进行分离。为促进微气泡与污染物的黏附,常会用到混凝剂,使水中的污染物絮凝成为尺度较大的矾花,增加了捕捉微气泡的机会和能力。另外气浮工作过程中向水体的大量充氧,无形中还提高了水体的自净能力。
气浮技术具有如下主要特点:①可有效去除水中的细小悬浮颗粒、藻类、固体杂质等污染物,对N、P的去除也有一定的效果,降低了藻类爆发的风险;②气浮使水中的溶解氧含量得到了大幅增加,有效地改善了水环境的质量;③易操作和维护,可实现全自动控制;④抗冲击负荷能力强。但它的局限性在于一般适合以雨水或自来水为补水水源、水量较稳定,且没有其他污染源的景观水体[8]。
2.2.3  生物处理技术
(1) 水生植物处理
水生植物处理水体的特点是以水生植物为主体,植物和根区微生物共生,产生协同作用净化污水。水体中N、P以及悬浮颗粒经植物根部的吸收作用,微生物的转化、物理吸附和沉降作用,去除效果明显。常用效果较好的水生植物主要有莲、芦苇、凤眼莲和香蒲等。陈明利等将美人蕉等植物引入人工湿地构建景观型人工湿地污水处理系统,研究表明植物系统具有较好的脱氮功能。
(2) 水生动物处理
水生食物链最高级动物是鱼类。鳙鱼等鱼类通过食物链吞食浮游生物和藻类,使浮游生物和藻类减少,以达到除去藻类的目的。武汉东湖治理蓝藻水华就是通过放养鳙鱼和鲢鱼等鱼类,当放养密度达到46-50g/m3时,可以有效地控制蓝藻的生长。
(3) 微生物处理
微生物是生态系统的重要组成部分,广泛的存在自然界中。微生物能够分解自然界中动植物的尸体和残骸,并能够将一部分有机物加以利用和分解。微生物的引入不仅可以丰富水中生物多样性,而且还可以降解水中的污染物,保持水体中各级营养结构的稳定平衡。同样,如果景观水源水或者后期补水中有机物浓度过高,也可以使用生物处理工艺来去除景观水中过高的有机物。硝化细菌、光合细菌等微生物在富营养化的景观水中具有较好的应用。梁燕珍等分别以生物砂和多孔活性材料为载体和滤料,投加硝化细菌和复合细菌,构建了小型循环式过滤装置用来模拟自然景观水净化系统。通过研究发现,该系统对景观水中的氨氮、浊度和COD均具有较好的去除效果,而且经过模拟分析,景观水中的溶解氧和pH值均适合水生植物的生长[3]。
3生物接触氧化工艺
3.1生物接触氧化法工艺的原理
生物接触氧化法是一种浸没型生物膜法。生物接触氧化池内存有填料,这些填料淹没在废水中,填料上长满生物膜,水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。生物膜经历挂膜、生长、增厚、脱落等更替过程。一部分生物膜脱落后变成活性污泥,在循环流动过程中,吸附和氧化分解废水中的有机物,达到净化水的目的[7]。生物接触氧化法主要有池体、填料、布水装置以及曝气系统四部分组成,基本结构如图1.1所示。近年来,经过对传统生物接触氧化法所用的填料好运行方式进行改进,衍生了多种处理工艺,其中最得到认可的是流动床生物膜法和序批式生物膜法。
image001.png
图1.1生物接触氧化池的基本构造
3.2生物接触氧化法工艺的特点
生物接触氧化池的特点如下:
(1)由于填料比表面积大,生物栖息空间较大,可以使大量的生物附着在滤料上生长,池内单位容积的生物固体量较高,生物膜较稳定,延长停留时间,因此,生物接触氧化池具有较高的容积负荷。
(2)由于生物接触氧化池内填料对气泡的切割、阻挡等作用,增加了气泡的停留时间和气液接触面积,提高了传氧速率和传质效果,减小曝气量。另外在该工艺中水流完全混合,故对水质水量的骤变有较强的适应能力。
(3)剩余污泥量少,不存在污泥膨胀问题,运行管理简便。由此可知,生物接触氧化法具有处理水量大、时间短、容积负荷、耐冲击负荷强、出水水质稳定、污泥量小等优点。
3.3生物接触氧化的应用现状
19世纪末,德国开始把生物接触氧化法用于废水处理,但限于当时的工业水平,没有适当的填料,未能广泛应用。到20世纪70年代合成塑料工业迅速发展,轻质蜂窝状填料问世,日本、美国等开始研究和应用生物接触氧化法。我国在70年代中期开始研究用此法处理城市污水和工业废水,并已在生产中应用。
高爱英采用生物接触氧化法处理生活污水,其流程图如图1.2所示。经过1年的运行,表明生物接触氧化法能够适应该生活污水的水质和水量特点,并且能够有效地去除BOD5、COD和SS,处理后的水质能够满足《污水综合排放标准》(GB8976-96)的二级标准。孙治荣等采用生物接触氧化法对北京某水库微污染水源水进行去除氨研究。研究结构显示,氨氮去除效果最高可达到97.4%,生物接触氧化法对氨氮的除去具有较好的效果。李涛采用生物接触氧化法深圳某住宅小区的生活废水进行处理,并取得了较好的效果。邓小文等采用两种新型内置悬浮球形填料的生物接触氧化装置处理城镇生物污水,通过对比研究可知纤维束状填料无论是在对接种挂膜速率、反应器冲放养效率还是污水处理效果上均优于筒状填料。另外,当反应再用间接曝气运行时,总氮和总磷的去除率有所提高,而且系统中硝化和反硝化现象较为明显,显示该工艺具有较好的使用性和经济性[3]。
因此,生物接触氧化法广泛地应用于城市生活污水处理、工业水处理和微污染水源水处理[9]。另外,生物接触氧化法还用于垃圾渗滤液处理、二氯甲烷的处理以及厌氧氨氧化的预处理具有较好的效果。
image002.png
图1.2 接触氧化法处理生活污水流程图
4曝气生物滤池工艺技术
4.1曝气生物滤池工艺的原理
曝气生物滤池结构包括缓冲配水区、承托层、滤料层、出水区和出水槽等构成,综合了污水接触氧化处理法和给水快滤池的特点,使吸附过滤和生物降解过程在同一反应器中进行。以滤池中粒状填料(石英砂、陶粒、焦炭、活性炭等)为介质,并通过滤池曝气,使大量生物膜在滤料的表面生长。污水经过时,曝气生物滤池利用生物膜中活性微生物氧化分解作用对污染物进行降解;同时,根据滤料粒径较小的特点,采用滤料吸附、截留作用保证出水水质。不仅如此,曝气生物滤池利用自身反应器内好氧、缺氧区的特点,从而实现污水脱氮除磷的功能。
4.2曝气生物滤池工艺的形式与特点
曝气生物滤池按水流方式可分为上向流曝气生物滤池、下向流曝气生物滤池和上向流运行、下向流反冲洗曝气生物滤。工程中常用类型为BIOCARBONE、BIOSTYR、BIOFOR和BIOSMMEDIA,其结构见表1.2。
表1.2 不同类型曝气生物滤池结构比较
image003.png
与普通活性污泥法相比较,曝气生物滤池工艺的特点主要有以下几个:
(1)选择石英砂、活性炭等比表面积较大的滤料作为生物载体,能够在滤料的表面维持较大的生物量,挂膜相对容易并且运行稳定。但要对滤料和运行参数进行合适的选择。
(2)具有较好的耐冲击负荷。生物食物链较长,不同的污染物可逐步除去,另外,通过生物氧化、吸附絮凝和截留作用,保证出水水质,满足相关的要求。
(3)粒状滤料具有较好的氧转移效率、曝气量低、能耗低。
(4)生物膜活性较高,具有一定的截留作用,处理单元后不用设立二次沉淀池,工艺简单,基建费用低。
(5)预处理要求高,在二级处理中,通常需要加药才能降低SS的浓度,增加运行费用,不利于反硝化的进行。
(6)需要定期反冲洗,以除去截留的悬浮物,同时需要更新生物膜。
4.3曝气生物滤池工艺应用现状
曝气生物滤池工艺在污水处理中有着广泛的应用,如去除污水中的有机物、SS和氮磷等。梁秀连采用曝气生物滤池对生活污水进行处理,通过动态试验和静态试验两组对比显示,静态试验和动态试验对污水中的COD和氨氮均有较好的去除效果,试验结果还显示,不同的滤料对COD和氨氮的去除效果有着明显的差异,同时,研究发现及时的反冲洗有助于提高污染物的去除。Moore等在曝气生物滤池中采用粘土作为媒介材料进行处理,研究表明,粘土的添加对于污水中的SS和COD的去除就着促进作用。Ryu等采用四阶段曝气生物滤池去除低浓度污水中的氨氮,经过长期运行显示,四阶段曝气生物滤池能够有效地去除污水中的氨氮,且平均去除率达到95~96%。周云等介绍了上海周家渡水厂采用曝气生物滤池预处理黄浦江原水的生产性试验,运行显示曝气生物滤池预处理后原水中的氨氮、浊度、CODMn和铁的去除率分别达到39.9%、40.9%、15.4%和53.1%,并提高了出水水质和生物稳定性。李燕飞等研究了上流式曝气生物滤池对生活污水COD和氨氮的启动性能,研究表明在稳定情况下,曝气生物滤池对COD和氨氮的平均去除率分别为95.9%和93.7%。
除单独使用曝气生物滤池工艺外,在污水处理中,曝气生物滤池经常需要联合其他工艺一起进行处理。黎京士等采用生物流化床—Fenton—曝气生物滤池组合工艺处理杭州某垃圾填埋场渗滤液,经过两级加药和曝气生物滤池处理后,出水COD浓度低于100mg/L。另外在污水处理中的联合工艺还包括:曝气生物滤池联合A/O工艺、UV工艺和A2/O工艺等。
曝气生物滤池不仅应用于污水处理中,还应用于景观水的处理、去除环境激素、微污染水预处理等方面[3]。
5展望
由于景观水多为露天地表水,大气中如施工尘土等飘尘、枯枝败叶以及腐烂的藻类、绿化所使用的除草剂等会使得景观水体的水质恶化,且景观水体大多是人造水体,自净能力极端低下,因此景观水体非常容易受到污染。曝气生物滤池由于池容和占地面积较小、处理流程简化、基建及运转费用节省等优点,且景观水的浊度较低,可以满足曝气生物滤池对浊度的要求,因此曝气生物滤池在景观水的处理中具有广阔的应用前景。而近年来陆续出现一些景观水处理的新技术,景观水处理也必将成为继生活用水处理、工业用水处理后的又一给水处理新领域。
参考文献
[1]龚维辉.工业园污水处理设计、调试与运行研究[D].南昌大学环境工程专业,2012.12:1-2.
[2]李佩成,薛惠锋.论景观水资源[J].水科学进展,1995,6(4):338-339.
[3]刘桂桃.生物接触氧化-气浮和曝气生物滤池处理城市小区景观补给水的试验研究[D].中北大学环境工程专业,2012.5:2-13.
[4]杜文华,苪旻,徐斌.城市景观水污染现状及处理技术[J].环境保护科学,2005,32(2):11-12.
[5]杨妍,陈贵.景观水变质的原因及应对办法[J].建筑与预算双月刊,2012(1):46-47.
[6]谭华锋.城市景观水处理技术研究(以南明河为例)[D].贵州师范大学环境科学专业,2008.4:8.
[7]刘桂桃,王海芳.城市景观水处理方法的研究[J].科技向导,2012(11):60-61.
[8]陈夷.景观水处理之主要方法[J].科技资讯,2007(26):144-145.
[9]刘佳桃,王海芳,江霜英.生物接触氧化—气浮法用于城市小区景观水的工程应用[J].给水排水,2012,38(Sl):77-80.


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