節(jié)能型水體污染治理生態(tài)修復技術2

1、節(jié)能減排型水體污染治理生態(tài)修復技術 一、前言隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴大和人口的增加，污水排放量日益增加，水環(huán)境遭受污染破壞，使符合水質標準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。我國目前突出的水污染問題，是水污染物負荷超出了水生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力和承載能力，造成河流、湖泊水體的富營養(yǎng)化。水質的富營養(yǎng)化，不僅在湖泊、水庫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，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，是實現(xiàn)我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的問題。近年來，我國在河流、湖泊水污染治

2、理方面投入超過數(shù)千億元，使我國的城市污水處理能力和處理率有了較大的提高。目前我國的河流污染已有所緩解，但湖泊水污染仍有加重的趨勢，尤其是城市內(nèi)河、河浜、河涌等景觀水體污染十分嚴重。目前我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展時期，環(huán)境問題顯得十分突出。經(jīng)濟建設本身需走可持續(xù)發(fā)展的道路，治理環(huán)境污染和保護環(huán)境質量同樣需要可持續(xù)的環(huán)境技術?，F(xiàn)有污水處理工藝和水體污染治理生態(tài)修復技術普遍面臨著耗能高、資源浪費、占地面積大、構型松散和管理復雜等一系列問題。隨著我國經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，污水處理和水體污染治理生態(tài)修復產(chǎn)業(yè)，必須通過技術進步，以支撐國民經(jīng)濟突破水資源、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)修復技術必將成為污水處理和水體污染治理生態(tài)修復產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。因此如何既能達到節(jié)能減排和控制碳排放，又可有效地治理湖泊、水庫以及城市內(nèi)河、河浜、河涌等水體的水污染，修復湖泊、城市河流等景觀水體的生態(tài)環(huán)境，是解決我國河流、湖泊水污染難題和改善湖泊、城市河流水環(huán)境的關鍵。而盡快開發(fā)和應用經(jīng)濟適用、節(jié)能減排型的水體污染治理生態(tài)修復技術，是解決這一關鍵難題的根本出路和有效途徑。二、現(xiàn)有技術及創(chuàng)新必要性目前，對湖泊、城市河流景觀水體污染進行治理和生態(tài)修復，有物理法、物化法、生化處理法、人工濕地、生物修復、生態(tài)水處理等多種方法。比如物理法的機械過濾、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)模長期實施。比如，不斷地引水換水，勢必要浪費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”，可能還遠遠沒有藻類的繁殖速度快。如果使用化學滅藻劑來消滅藻類，效果是不錯，但時間長了，又會出現(xiàn)耐藥的藻類，使滅藻劑的效能逐漸下降，導致投藥間隔越來越短，投加量越來越多，滅藻劑品種也要頻繁更換，結果還是不斷增加新的環(huán)境污染。更重要的是，化學藥劑使得一些水生生物無法生長。也有采取投加適當?shù)?、適量的微生物（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。生物水處理技術之核心在于：運用生物化學技術，培養(yǎng)有益菌床，充分發(fā)揮有益細菌

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

6、水體污染治理生態(tài)修復技術，已是迫在眉睫，刻不容緩。三、創(chuàng)新技術如前所述，所謂經(jīng)濟適用、節(jié)能減排型的水體污染治理生態(tài)修復技術，就是在達到治理修復景觀水體生態(tài)本身的同時，盡力做到耗費資源、能源最少、CO2 排放最少，系統(tǒng)建立和管理簡便容易等。目前，開發(fā)新型的可持續(xù)的水體污染治理生態(tài)修復技術已成為當今水環(huán)境污染治理領域發(fā)展的最新動向。這種新穎的水體污染治理生態(tài)修復技術的誕生需要結合新能源、微生物學、生物化學、分子生物學等基礎研究領域的新發(fā)現(xiàn)，新材料、新產(chǎn)品的開發(fā)，生態(tài)學理論的革新，數(shù)學模擬技術的運用，以及工程技術手段的進步等各方面的成果加以實現(xiàn)。1、技術內(nèi)容古語道“流水不腐”，因此營造水體循環(huán)流動和

7、充氧，是維持水體環(huán)境中微生物的生化反應和物質平衡，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)修復技術，在實現(xiàn)水體循環(huán)流動和充氧過程中均需要耗費一定的能源，如機械過濾、疏浚底泥、引水換水以及曝氣充氧的動力消耗，尤其是污水處理和水體污染治理生態(tài)修復中的曝氣充氧設備需要耗費大量的能源，是一種耗能型的技術，不能實現(xiàn)真正的節(jié)能減排。本創(chuàng)新水體污染治理生態(tài)修復技術水體生態(tài)系統(tǒng)功能強助器，包括太陽能或風力高效水流循環(huán)機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能（風力）的應用，與弱強制水循環(huán)流動和高富集微生物填料（生物帶）技術，和強化水體自然降解凈化功能實現(xiàn)有機的結合。技術核心要點是

8、應用太陽能（風力）的高效水流循環(huán)機，強制水體流動循環(huán)，強化利用水體大氣自然復氧功能，改善水體生化反應環(huán)境；應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，強化微生物的生化分解能力，充分利用和強化水體對污染物的自然降解凈化能力。技術內(nèi)容：在須治理污染和修復生態(tài)的水體中，合理安裝太陽能（風力）高效水流循環(huán)機（見圖1、圖2），架掛高富集微生物填料（生物帶）（見圖3），利用太陽能（風力）為高效水流循環(huán)機提供動力，在高效水流循環(huán)機運行時，實現(xiàn)水體的強制上下對流，大面積持續(xù)性地讓被治理和生態(tài)修復水域的水體產(chǎn)生上下對流和弱循環(huán)流動，達到強化水體的大氣自然復氧、表層底層水均勻充氧，改善水體生化反應環(huán)

9、境和破壞抑制藻類生存環(huán)境的作用；同時在水體中架掛高富集微生物的填料（生物帶），增多水體中復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，強化了水體對污染物的自然降解和凈化功能，從而達到利用和強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、激活并修復水生態(tài)環(huán)境的目的。圖1：太陽能動力高效水流循環(huán)機圖2：風力高效水流循環(huán)機圖3：高富集微生物填料（生物帶） 2、技術原理本技術主要功能原理是：強制水體循環(huán)流動，破壞藻類生存環(huán)境，強化水體大氣自然復氧和均勻充氧，增多水體中微生物種群數(shù)量，改善水體生化反應條件，充分利用微生物分解污染物，強化水體本

10、身的污染物降解凈化能力。水流循環(huán)機工作原理示意見圖4、圖5。圖4：水流循環(huán)機工作原理水藻去除機理（1）通過水流循環(huán)機的對流攪拌，人為的形成循環(huán)水流，強制水體流動，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，使之成為原生動物、貝類及小魚的食物。 （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)機工作原理水質凈化原理（1）利用陽光紫外線抑制水質惡化：通過水流循環(huán)機的對流攪拌，讓水體上下循環(huán)，循環(huán)水體經(jīng)陽光反復照射后，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氧功能，通過水流循環(huán)機的對流攪拌，人為的形成底層缺氧水體與表層富氧水體的循環(huán)對流，使表層水體一直處于微缺氧狀態(tài)，從而達到充分地利用和強化水體的大氣自然復氧功能，使被治理和生態(tài)修復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)水流促進微生物的活性：通過水流循環(huán)機的對流攪拌，充氧均勻溫度適宜的水經(jīng)過上下對流、水平混合，促進了溶解氧、藻類、細菌和營養(yǎng)物質之間的作用，增強了微生物的活性，加快細菌生物降解污染物的速率。（4）強化生物分解能力，保持良好的生態(tài)鏈：經(jīng)過充分均勻充氧的水，在高富集微生物填料（生物帶）上高效微生物菌群作用下，水中的營養(yǎng)類污染

12、物發(fā)生水體中最自然的生化分解反應，由于生化條件的改善，這種生化分解能力被大大強化，可較快地將水中的含碳、氮、氧、氫元素的污染物分解、轉化為CO2、N2氣態(tài)分子排入大氣；而繁殖增生的微生物細菌等原生動物成為高級水生動物的食物，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：水體底層缺氧會加速底泥中磷污染物的釋放，從而可能會導致藻類大量繁殖。水流循環(huán)機造成的水體循環(huán)上下對流、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，從根本上達到控制水體富營養(yǎng)化的目的。綜上所述，應用太陽能動力（風力）高效水流循環(huán)機高富集微生物填料（生物帶）水體污染治理生態(tài)修

13、復技術，是被治理和生態(tài)修復的水體在以上物理、生物化學、生態(tài)系統(tǒng)的共同作用下，達到了去除藻類、降解污染物、凈化水質、激活并修復水體生態(tài)的目的；并且在治理修復水體生態(tài)的同時，通過利用太陽能或風力等可再生能源，作為實現(xiàn)技術手段的動力，達到了節(jié)約能源，耗費資源、能源最少、CO2 排放最少，不給環(huán)境帶來二次污染的目標。因而本技術是一種可持續(xù)的水體污染治理生態(tài)修復技術。3、工藝特點（1）利用太陽能（風力）：以太陽能（風力）可再生能源為動力能源，耗電費為零；節(jié)約能源，耗費資源、能源最少、CO2 排放最少，不給環(huán)境帶來二次污染。（2）利用水體本身建立高效水流循環(huán)：利用水流循環(huán)機的相對較弱的水流動力系統(tǒng)，建立起被治理修復水體的局部范圍水流循環(huán)，替代傳統(tǒng)的對被治理修復水體進行引水換水的大范圍水流循環(huán)，以消耗較少動力達到須消耗較大動力才可實現(xiàn)的水體水流循環(huán)。 （3）利用水流循環(huán)強化水體自然充氧：依靠水體的強制流動，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行混合，巧妙地實現(xiàn)被治理修復水體完全充分的充氧，水增氧效果顯著。 （4）水流循環(huán)促進微生物活性：通過上下對流、水平