復(fù)合生態(tài)濾床和光催化技術(shù)在景觀水治理中的應(yīng)用

復(fù)合生態(tài)濾床和光催化技術(shù)在景觀水治理中的應(yīng)用摘要：結(jié)合工程實(shí)例，探討了復(fù)合生態(tài)濾床和光催化技術(shù)在景觀水治理中的應(yīng)用，分析了該方法的設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)，給出了景觀水治理方法的一種新選擇。關(guān)鍵詞：景觀水；復(fù)合生態(tài)濾床；光催化技術(shù)；應(yīng)用中圖分類號(hào)：TU991ApplicationofMultifunctionEcologicalFilterBedAndPhotocatalyticTechnologytoLandscapeWaterTreatmentAbstract：Onthebasisofthepracticalengineering，thepaperdiscussesthedirectapplicationofmultifunctionecologicalfilterbedandphotocatalytictechnologytolandscapewatertreatment，andanalyzesthedesignandoperationcharacteristicsofthemethod．Itmayofferanewchoiceforlandscapewatertreatment．Keywords：landscapewaterbody；multifunctionecologicalfilterbed；photocatalytictechnology；application1工程概況廣州市某景觀水體為廣州市一涉外高級(jí)住宅小區(qū)，地處廣州市中心位置，緊鄰廣州市未來CBD——珠江新城，座落在廣州大橋西側(cè)，東面與凱旋華美達(dá)大酒店相鄰，南眺二沙島，分別由6層、48層及52層高的三棟頂級(jí)樓宇圍合而成，占地14410平方米，總建筑面積為108000平方米，小區(qū)設(shè)計(jì)有景觀水體多處，其中位于小區(qū)中庭的景觀水體最大，水面面積約為150m2，平均水深約為0.7m，總水量約為100m3，景觀水體放養(yǎng)錦鯉300多尾，約100kg。每天投餌量為3kg，餌料粗蛋白含量35％以上，粗脂肪含量4％以上。該景觀水池原本采用砂缸過濾的方式進(jìn)行處理，共采用直徑800mm砂缸2臺(tái)，設(shè)計(jì)濾水流量50m3/h，2臺(tái)并聯(lián)設(shè)置，池水通過自流進(jìn)入機(jī)房，采用29m3/h水泵加壓進(jìn)入砂缸過濾后，再流回水池中。砂缸運(yùn)行30天后，水體水質(zhì)逐漸變差，水中藻類及微生物大量繁殖，水體透明度下降到0.2m，溶解氧降低，錦鯉出現(xiàn)“浮頭”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，水體惡臭，錦鯉大量死亡，而且砂缸堵塞越來越頻繁，以至于反沖1天即堵塞，無法正常使用，最后放棄使用。該景觀水池水容量較小，處于封閉狀態(tài)，無外源污染，水質(zhì)污染源來自錦鯉的排泄物、剩余餌料、降塵、藻類的固氮作用以及水體自然蒸發(fā)濃縮后自來水和雨水中氮和磷的積累等。無論從觀賞效果還是錦鯉飼養(yǎng)管理的角度來看都必須對(duì)景觀水進(jìn)行治理，以達(dá)到設(shè)計(jì)上的美觀效果。2治理方法及設(shè)計(jì)參數(shù)2.1治理方法的選擇目前景觀水治理的方法有物理法、化學(xué)法及生物法，實(shí)際工程中一般為多種方法的組合和綜合運(yùn)用。物理法主要有砂缸過濾等方法，化學(xué)法主要為向景觀水池投加化學(xué)藥劑如殺藻劑等，生物法主要是向景觀水池中投加微生物，利用微生物的生長繁殖去除水體中的污染物。砂缸過濾的方法在前期就證明不適合，而投加化學(xué)藥劑和微生物的方法不利于水體安全和水池的景觀效果，管理也不方便，故不建議采用。復(fù)合生態(tài)濾床是垂直流人工濕地的改進(jìn)工藝，已多次成功應(yīng)用于城市河道、湖泊等水環(huán)境治理[123]；光催化技術(shù)是一種高級(jí)氧化殺藻技術(shù)[45]，利用固載型光催化材料，制成光電殺藻設(shè)備，能有效殺滅浮游藻類，對(duì)水體中CODcr、NH3-N等指標(biāo)也有一定降解作用，是一種十分有效的景觀水水質(zhì)凈化設(shè)備[6]。經(jīng)過綜合考慮，本工程決定采用復(fù)合生態(tài)濾床-光催化殺藻工藝進(jìn)行處理，工藝流程見圖1。圖1工藝流程Fig.1watertreatmentprocess該工程主要由復(fù)合生態(tài)濾床和光催化殺藻設(shè)備組成。復(fù)合生態(tài)濾床直接設(shè)置于景觀水池的一端，共7m2，占景觀水池總面積的4.7%，濾床依池而建，呈不規(guī)則狀，其上種植再力花、菖蒲、風(fēng)車草等景觀植物，與周邊綠化景觀相協(xié)調(diào)，使景觀水池生機(jī)盎然。濾床內(nèi)填充具有吸N聚P等功能填料，底部布設(shè)集水系統(tǒng)，水體從上向下通過濾料進(jìn)入集水支管和主管，最后自流進(jìn)入集水池，流向設(shè)備房；光催化殺藻設(shè)備位于負(fù)2層的設(shè)備房（-6m，地面標(biāo)高為0m），原有砂缸停用。景觀水池水體自流進(jìn)入復(fù)合生態(tài)濾床，濾床出水自流進(jìn)入光催化設(shè)備，利用光催化原理殺滅水體中的藻類，出水再經(jīng)水泵提升循環(huán)進(jìn)入景觀水池。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇復(fù)合生態(tài)濾床和光催化設(shè)備均為本公司自主開發(fā)研制的工藝和設(shè)備，擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。復(fù)合生態(tài)濾床的設(shè)計(jì)主要根據(jù)水面面積確定，一般為5%左右；光催化設(shè)備根據(jù)總水量選型；水泵的選擇按每4h循環(huán)一次設(shè)定。本水景水面面積為150m2，總水量為100m3，復(fù)合生態(tài)濾床面積為7m2，光催化設(shè)備選擇HZ100型（N=260W），水泵（Q=29m3/h，H=10m，N=1.0KW，澳大利亞進(jìn)口）。2.3工藝特點(diǎn)本工程主要采用復(fù)合生態(tài)濾床和光催化殺設(shè)備對(duì)景觀水體進(jìn)行處理，復(fù)合生態(tài)濾床直接構(gòu)建于景觀水池中，占地面積小，其上種植水生植物與小區(qū)綠化協(xié)調(diào)致，既凈化水質(zhì)，同時(shí)使景觀水池更具情趣，具有良好的協(xié)調(diào)性；光催化設(shè)備布設(shè)于地下負(fù)2層的設(shè)備間，設(shè)備體積小，不產(chǎn)生任何噪音，具有良好的適應(yīng)性。3運(yùn)行情況與分析3.1運(yùn)行情況本工程于2006年5月10日開始施工，主要包括復(fù)合生態(tài)濾床建設(shè)和光催化設(shè)備安裝，10d后施工完成，進(jìn)入調(diào)試階段，于5月20日正式進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水體處于嚴(yán)重的富營養(yǎng)化狀況，水體藍(lán)綠藻大量繁殖，透明度不到20cm，水體散發(fā)腥臭味。連續(xù)運(yùn)行1d后，水體透明度不見明顯改善，但水體的腥臭味明顯緩解，水面可見一層明顯的淡綠色漂浮物，可能是被殺滅的浮游藻類。2d后，水體透明度有所改善，提高到25cm，水體腥臭味基本消失，水體由綠色轉(zhuǎn)為黃綠色，水面漂浮物依然存在；5d后，水體透明度進(jìn)一步提高到50cm，水體呈現(xiàn)淡黃色，水面漂浮物減少，池壁逐漸出現(xiàn)少量著生藻類；7d后，水體透明度提高到70cm，基本實(shí)現(xiàn)清澈見底，水體顏色進(jìn)一步變淡，著生藻類進(jìn)一步增加；10d后，水體完全清澈見底，水體顏色完全消除，水池中的錦鯉清晰可見，池壁出現(xiàn)大量的著生藻類。運(yùn)行過程中，每天上午9點(diǎn)采樣監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為：CODcr、NH3-N、TP、DO、透明度和葉綠素a。結(jié)果見表1。至今已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行了將近2年，完全沒有更換水體，只是通過自動(dòng)補(bǔ)水裝置補(bǔ)充每天蒸發(fā)的水量，放養(yǎng)的錦鯉生長健康，批量死魚現(xiàn)象從未發(fā)生。運(yùn)行過程中，每月對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)為CODcr、NH3-N、TP、DO和透明度，主要指標(biāo)基本穩(wěn)定在地表水II水標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），數(shù)據(jù)見表2。表1調(diào)試過程中水質(zhì)變化Tab.1changesofqualityduringtheperiodofdebugging項(xiàng)項(xiàng)目時(shí)間CODcr（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）Chla（mg/m3）DO（mg/L）透明度（cm）5月20日35.61.830.3155.71.9155月21日38.91.680.2460.52.5185月22日32.71.520.2540.13.6255月23日33.40.860.2034.24.5325月24日27.20.520.1422.14.6415月25日20.70.620.1010.15.2505月26日15.30.570.055.26.9625月27日12.60.440.086.16.5705月28日15.80.510.074.16.4705月29日14.70.410.083.96.770表2維護(hù)過程中水質(zhì)指標(biāo)Tab.2changesofqualityduringtheperiodofrunning項(xiàng)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)時(shí)間CODcr（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）Chla（mg/m3）DO（mg/L）透明度（cm）2006年6月13.80.390.095.56.5702006年7月15.30.440.087.66.9702006年8月16.60.520.076.57.2702006年9月15.90.450.054.66.3702006年10月14.70.390.094.16.7702006年11月13.80.420.083.96.5702006年12月13.30.510.073.56.9702007年1月10.60.410.034.16.5702007年2月15.80.390.063.96.4702007年3月14.20.440.085.56.1702007年4月13.80.530.074.16.5702007年5月15.30.460.084.56.9702007年6月16.60.390.034.67.5702007年7月17.80.440.056.67.4702007年8月18.10.510.076.56.7702007年9月13.40.410.084.66.5702007年10月11.20.300.053.66.3703.2經(jīng)濟(jì)效益分析該工程實(shí)際水量為100m3，處理前平均每周采用自來水將全部池水更換，一年換水次數(shù)按50次計(jì)，由于自來水余氯的影響，錦鯉經(jīng)常性批量死亡現(xiàn)象依然無法解決。設(shè)備（主要為水泵）每天運(yùn)行12小時(shí)，物業(yè)管理人員費(fèi)用不計(jì)。處理后，連續(xù)運(yùn)行了近兩年，沒有更換過水體，僅僅補(bǔ)充蒸發(fā)和水池滲漏造成的水量損失，約5m3/月。電費(fèi)包括水泵運(yùn)行電費(fèi)和光催化設(shè)備電費(fèi)兩部分組成，水泵為原設(shè)計(jì)水泵，光催化設(shè)備功率為0.26kw，每天運(yùn)行12小時(shí)。費(fèi)用對(duì)比見表3。由表可知，處理后，一年為小區(qū)管理方節(jié)約18705元，并且景觀水體常年清澈見底，獲得了小區(qū)居民的稱贊。表3維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比Tab.3compareofthetreatmentcostduringtheperiodofrunning項(xiàng)目處理前處理后數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）換水5000m33.4117050000補(bǔ)水000603.41205水泵運(yùn)行費(fèi)用4380kw1.043804380kw1.04380光催化設(shè)備0001140kw1.01140魚死亡1800尾10.01800060尾10600管理費(fèi)00012120014400合計(jì)39430207253.3運(yùn)行過程中應(yīng)注意的問題3.3.1系統(tǒng)調(diào)試過程中的浮藻和泡沫問題在系統(tǒng)調(diào)試過程中，由于原水處于嚴(yán)重的富營養(yǎng)化狀況，水體濃綠，散發(fā)腥臭味，透明度不到20cm，水體CODcr達(dá)到40mg/L左右，接近地表V類水標(biāo)準(zhǔn)；NH3-N和TP分別為1.83mg/L和0.31mg/L，達(dá)到富營養(yǎng)水體水質(zhì)指標(biāo)；水體藻類數(shù)量非常多，Chla高達(dá)到55.7mg/m3，光催化殺藻設(shè)備啟動(dòng)后，對(duì)大量藻類進(jìn)行有效殺滅，死亡的藻類和有機(jī)物分解產(chǎn)物進(jìn)入景觀水池，形成浮藻和泡沫，影響水池景觀，但這種現(xiàn)象一般不超過3天，隨著藻類被逐步殺滅，水體中有機(jī)物被分解，水池中泡沫和浮藻會(huì)慢慢減少，至調(diào)試運(yùn)行6天后，徹底消失。但系統(tǒng)運(yùn)行的2年時(shí)間中，在氣溫突然上升的情況下也出現(xiàn)過2次水池中出現(xiàn)泡沫的現(xiàn)象，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵O(shè)備停止運(yùn)行一段時(shí)間后，再開機(jī)造成，一般恢復(fù)運(yùn)行2-3天后消失。因此在系統(tǒng)調(diào)試中，建議將景觀水池中的富營養(yǎng)水體排空，全部更換為自來水，便于景觀水池新的生態(tài)系統(tǒng)的建立。系統(tǒng)維護(hù)過程中必須保持光催化殺藻設(shè)備的運(yùn)行，特別是是在高溫天氣，更是要保持設(shè)備24小時(shí)正常運(yùn)行。3.3.2系統(tǒng)運(yùn)行過程中的濾床堵塞問題在系統(tǒng)維護(hù)運(yùn)行的2年內(nèi)，共發(fā)生2次濾床堵塞現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在集水池水位下降（正常水位和景觀水池水位持平），回流水泵由于水量供應(yīng)不足，出現(xiàn)氣泡，發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象后，應(yīng)立即關(guān)閉回流水泵，將濾池中濾料清洗，在填入濾床即可恢復(fù)正常運(yùn)行。景觀水池生態(tài)濾床堵塞主要是由于系統(tǒng)運(yùn)行過程中污泥累積形成的，這是生態(tài)濾床不可避免的問題，定期清洗濾料是系統(tǒng)維護(hù)的重要技術(shù)措施。本工程中，濾料采用4kg絲網(wǎng)包裝，便于整理和清洗。清洗時(shí)，關(guān)閉回流泵，使水池水位低于濾床表面；將生態(tài)濾床種植的植物移出，在濾池中清洗濾料，堆放在岸邊，將含有大量污泥的水體排出，將濾料重新填入濾床，恢復(fù)運(yùn)行，一般每年要清洗一次。4結(jié)論（1）復(fù)合生態(tài)濾床-光催華殺藻工藝對(duì)水體中的污染物具有較好的去除效果，運(yùn)行10天內(nèi)，水體中NH3-N下降77.6％以上，TP下降74.2％以上，CODcr下降58.7％以上。復(fù)合生態(tài)濾床中采用功能型生態(tài)填料，該填料具有優(yōu)異的吸N聚P性能，能將水體中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)吸附在多孔介質(zhì)附近，最后被種植在多孔介質(zhì)上面的水生植物如水蔥、菖蒲、香蒲、風(fēng)車草和美人蕉等吸收利用，從而將N、P營養(yǎng)物質(zhì)從水體中轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致水體中上述營養(yǎng)物質(zhì)濃度降低，這也是復(fù)合生態(tài)濾床具有良好去N去P作用的重要原因[123]。（2）光催化殺藻設(shè)備對(duì)水池中藻類具有較強(qiáng)的殺滅作用，本工程中，在光催化反應(yīng)器作用下，10天內(nèi)，富營養(yǎng)水體chla由55.7mg/m3降至3.9mg/m3，下降率達(dá)到93％，表明以固載型光催化殺藻設(shè)備能有效殺滅富營養(yǎng)水體中藻類、控制藻類基數(shù)，對(duì)應(yīng)急處理城市景觀水、湖泊等富營養(yǎng)水體突發(fā)性藻華，提高生物-生態(tài)法處理效率，改善城市