復合生態(tài)濾床和光催化技術在景觀水治理中的應用

復合生態(tài)濾床和光催化技術在景觀水治理中的應用摘要：結(jié)合工程實例，探討了復合生態(tài)濾床和光催化技術在景觀水治理中的應用，分析了該方法的設計及運行特點，給出了景觀水治理方法的一種新選擇。關鍵詞：景觀水；復合生態(tài)濾床；光催化技術；應用中圖分類號：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)設計有景觀水體多處，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行處理，共采用直徑800mm砂缸2臺，設計濾水流量50m3/h，2臺并聯(lián)設置，池水通過自流進入機房，采用29m3/h水泵加壓進入砂缸過濾后，再流回水池中。砂缸運行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，嚴重時，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景觀水進行治理，以達到設計上的美觀效果。2治理方法及設計參數(shù)2.1治理方法的選擇目前景觀水治理的方法有物理法、化學法及生物法，實際工程中一般為多種方法的組合和綜合運用。物理法主要有砂缸過濾等方法，化學法主要為向景觀水池投加化學藥劑如殺藻劑等，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。復合生態(tài)濾床是垂直流人工濕地的改進工藝，已多次成功應用于城市河道、湖泊等水環(huán)境治理[123]；光催化技術是一種高級氧化殺藻技術[45]，利用固載型光催化材料，制成光電殺藻設備，能有效殺滅浮游藻類，對水體中CODcr、NH3-N等指標也有一定降解作用，是一種十分有效的景觀水水質(zhì)凈化設備[6]。經(jīng)過綜合考慮，本工程決定采用復合生態(tài)濾床-光催化殺藻工藝進行處理，工藝流程見圖1。圖1工藝流程Fig.1watertreatmentprocess該工程主要由復合生態(tài)濾床和光催化殺藻設備組成。復合生態(tài)濾床直接設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)，使景觀水池生機盎然。濾床內(nèi)填充具有吸N聚P等功能填料，底部布設集水系統(tǒng)，水體從上向下通過濾料進入集水支管和主管，最后自流進入集水池，流向設備房；光催化殺藻設備位于負2層的設備房（-6m，地面標高為0m），原有砂缸停用。景觀水池水體自流進入復合生態(tài)濾床，濾床出水自流進入光催化設備，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)進入景觀水池。2.2設計參數(shù)的選擇復合生態(tài)濾床和光催化設備均為本公司自主開發(fā)研制的工藝和設備，擁有完全知識產(chǎn)權(quán)。復合生態(tài)濾床的設計主要根據(jù)水面面積確定，一般為5%左右；光催化設備根據(jù)總水量選型；水泵的選擇按每4h循環(huán)一次設定。本水景水面面積為150m2，總水量為100m3，復合生態(tài)濾床面積為7m2，光催化設備選擇HZ100型（N=260W），水泵（Q=29m3/h，H=10m，N=1.0KW，澳大利亞進口）。2.3工藝特點本工程主要采用復合生態(tài)濾床和光催化殺設備對景觀水體進行處理，復合生態(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)，同時使景觀水池更具情趣，具有良好的協(xié)調(diào)性；光催化設備布設于地下負2層的設備間，設備體積小，不產(chǎn)生任何噪音，具有良好的適應性。3運行情況與分析3.1運行情況本工程于2006年5月10日開始施工，主要包括復合生態(tài)濾床建設和光催化設備安裝，10d后施工完成，進入調(diào)試階段，于5月20日正式進入運行狀態(tài)。系統(tǒng)運行時，水體處于嚴重的富營養(yǎng)化狀況，水體藍綠藻大量繁殖，透明度不到20cm，水體散發(fā)腥臭味。連續(xù)運行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，基本實現(xiàn)清澈見底，水體顏色進一步變淡，著生藻類進一步增加；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。運行過程中，每天上午9點采樣監(jiān)測，主要監(jiān)測指標為：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)運行了將近2年，完全沒有更換水體，只是通過自動補水裝置補充每天蒸發(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。運行過程中，每月對水質(zhì)進行監(jiān)測，監(jiān)測指標為CODcr、NH3-N、TP、DO和透明度，主要指標基本穩(wěn)定在地表水II水標準（GB3838-2002），數(shù)據(jù)見表2。表1調(diào)試過程中水質(zhì)變化Tab.1changesofqualityduringtheperiodofdebugging項項目時間CODcr（mgg/L）NH3-N（mgg/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維護過程中水質(zhì)指標Tab.2changesofqualityduringtheperiodofrunning項項目監(jiān)測時間CODcr（mgg/L）NH3-N（mgg/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月月14.70.390.094.16.7702006年11月月13.80.420.083.96.5702006年12月月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月月11.20.300.053.66.3703.2經(jīng)濟效益分析該工程實際水量為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，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。設備（主要為水泵）每天運行12小時，物業(yè)管理人員費用不計。處理后，連續(xù)運行了近兩年，沒有更換過水體，僅僅補充蒸發(fā)和水池滲漏造成的水量損失，約5m3/月。電費包括水泵運行電費和光催化設備電費兩部分組成，水泵為原設計水泵，光催化設備功率為0.26kw，每天運行12小時。費用對比見表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維護運行費用對比Tab.3compareofthetreatmentcostduringtheperiodofrunning項目處理前處理后數(shù)量單價（元）金額（元）數(shù)量單價（元）金額（元）換水5000m33.4117050000補水000603.41205水泵運行費用4380kw1.043804380kw1.04380光催化設備0001140kw1.01140魚死亡1800尾10.01800060尾10600管理費00012120014400合計39430207253.3運行過程中應注意的問題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達到40mg/L左右，接近地表V類水標準；NH3-N和TP分別為1.83mg/L和0.31mg/L，達到富營養(yǎng)水體水質(zhì)指標；水體藻類數(shù)量非常多，Chla高達到55.7mg/m3，光催化殺藻設備啟動后，對大量藻類進行有效殺滅，死亡的藻類和有機物分解產(chǎn)物進入景觀水池，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，水體中有機物被分解，水池中泡沫和浮藻會慢慢減少，至調(diào)試運行6天后，徹底消失。但系統(tǒng)運行的2年時間中，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)是因為設備停止運行一段時間后，再開機造成，一般恢復運行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)維護過程中必須保持光催化殺藻設備的運行，特別是是在高溫天氣，更是要保持設備24小時正常運行。3.3.2系統(tǒng)運行過程中的濾床堵塞問題在系統(tǒng)維護運行的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不足，出現(xiàn)氣泡，發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象后，應立即關閉回流水泵，將濾池中濾料清洗，在填入濾床即可恢復正常運行。景觀水池生態(tài)濾床堵塞主要是由于系統(tǒng)運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)維護的重要技術措施。本工程中，濾料采用4kg絲網(wǎng)包裝，便于整理和清洗。清洗時，關閉回流泵，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，恢復運行，一般每年要清洗一次。4結(jié)論（1）復合生態(tài)濾床-光催華殺藻工藝對水體中的污染物具有較好的去除效果，運行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，導致水體中上述營養(yǎng)物質(zhì)濃度降低，這也是復合生態(tài)濾床具有良好去N去P作用的重要原因[123]。（2）光催化殺藻設備對水池中藻類具有較強的殺滅作用，本工程中，在光催化反應器作用下，10天內(nèi)，富營養(yǎng)水體chla由55.7mg/m3降至3.9mg/m3，下降率達到93％，表明以固載型光催化殺藻設備能有效殺滅富營養(yǎng)水體中藻類、控制藻類基數(shù)，對應急處理城市景觀水、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