CN101913731A - 一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，属于水污染处理技术领域。本发明采用羟基氧化铁过滤与复氧型生物岸滤池相结合的方法，先将进入景观水体的再生水中的磷浓度降低至0.05mg/L以下，在景观水体一侧设置复氧型生物岸滤池，利用微生物降解作用，去除再生水中的磷、氮等营养物、部分溶解性有机物、微生物代谢产物以及部分天然有机物等，对景观水体水质进行进一步的净化；岸滤出水回流至景观水体再生水进水口处，使景观水形成水力循环。本发明通过源头控制与内部净化相结合的方法，控制景观水体的富营养化，保持了景观水的生态环境，从而可有效避免“有机污染突出、水体严重富营养化、蓝藻水华暴发”为特征的环境污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种再生水补给的景观水体的处理工艺，特别涉及再生水补给的景观水体富营养化控制方法，属于水污染处理技术。
背景技术
随着我国污水资源化的深入开展，大量的城市再生水进入城市河湖水体，成为补给景观水体的重要组成部分。如北京城区再生水利用规划，绝大部分再生水将作为城市河湖的补水，部分城市内河(如清河)将全部依靠再生水补给。
经再生水补给的景观水体中有机污染物成分复杂，富含营养元素如氮、磷等。这些营养物质大量进入景观水体，为浮游植物建立优势，导致景观水生态系统的结构破坏和功能异化，水体的溶解氧浓度、透明度降低，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，发生富营养化，爆发水华。经再生水补给的景观水体(如：公园水体、别墅景观湖、高尔夫人工湖等)，大多出现了以“有机污染突出、水体严重富营养化、生态系统损坏、蓝藻水华暴发”为特征的环境污染问题。
再生水补给的景观水体富营养化防治是水污染治理中十分棘手且代价昂贵的难点问题，主要是因为导致水体富营养化的氮、磷等营养物质既有外源，又有内源，这对控制水质造成了一定的困难。可用于景观水体富营养化控制的技术分为外部循环与内部净化两大类。常用的景观水体外部循环处理技术包括：过滤、曝气生物过滤、湿地等。过滤是用于景观水体水质保障的重要技术，其特点在于简单易行，可以去除颗粒性物质、藻类细胞等，但是不能去除溶解性的污染物质。曝气生物滤池可以去除溶解性污染物质，但是对营养元素的去除程度偏低，且需要对景观水体进行循环处理，能耗较大。利用湿地能够去除部分溶解性有机物以及营养元素，但是占地面积较大，卫生条件较差。常用的景观水体内部净化技术包括清淤、曝气、水力推流循环、种植水生植物、投加生物/化学药剂等。投加药剂适用于发生富营养化，需要紧急处理的景观水体，其特点是见效快，持续时间短，如果定期投加药剂，不仅费用较高，也不符合环境生态安全的要求。通过种植水生植物，可以将水中的营养物质转移至植物体内，控制藻类生长，建立健康的生态环境，但是见效慢，往往需要和其他技术联合使用。底泥清淤也是控制景观水体水质的有效措施，同样需要和其他技术联合使用。曝气、水力推流循环可以增加水体复氧，但是能耗较大。
发明内容
本发明的目的是基于根据再生水补给的景观水体富营养化的防治要求，提供一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法。其基本思路是将用于补给景观水体的再生水中磷浓度控制在一定的范围内，同时构建经济、简单的复氧型生物岸滤池内部循环系统。从源头上控制进入景观水体的磷浓度，同时控制来自内源的营养物质，通过两者的结合，以达到控制景观水体富营养化，保持景观水的生态环境和防止环境污染的目的。
本发明的技术方案如下：
一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将来自城市污水厂二级出水经絮凝、沉淀处理后，控制磷的浓度范围为0～1.0mg/L，色度为0～15度，浊度为0～5NTU，pH值为6.5～8.5，且确保无异色、异臭和异味；
2)使步骤1)中处理后的再生水进入微滤膜过滤装置，去除悬浮物质后，进入羟基铁滤床，滤床流量控制在1-10床体积/小时的范围内，经处理后的再生水中磷的浓度范围为0.05mg/L以下，然后进入景观水体；
3)在景观水体沿岸布置复氧型生物岸滤池，岸滤砂层高度超过水面0.05～0.15m，纵深≥3m；复氧型生物岸滤池靠近景观水体一侧设斜坡，斜坡与岸滤池底面的夹角大于零且小于等于45度，斜坡上铺无纺布；在复氧型生物岸滤池另一侧设收集管与控制阀，收集管的出水通过控制阀控制返回景观水体的再生水进水处。
本发明的技术特征还在于：羟基氧化铁滤床内填充的材料为FeOOH，粒径0.2～2.0mm；比表面积大于200m2/g，填充材料的孔径大于零小于＜4.5nm。
羟基氧化铁滤床每隔3天进行一次反冲洗，每次反冲洗时间30min，反冲洗流速控制在15床体积/小时。羟基氧化铁滤床的再生周期为3个月，再生液NaOH浓度为1mol/L，逆向再生；再生液流量为1床体积/小时，再生5小时后用10～15个床体积的再生水进行淋洗。
本发明的另一技术特征是：复氧型生物岸滤池填砂粒径范围为2～4mm，每隔2～3天翻晾岸滤池表层砂层，翻晾深度≥0.3m，以增进砂层复氧。通过控制阀控制复氧型生物岸滤池的过滤速度≤2m/d，水力停留时间≥1.5天，复氧型生物岸滤池每天出水量≥景观水体总水量的3％。
本发明所述的景观水体内的再生水停留时间不超过20天。
本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明采用羟基铁过滤与复氧型生物岸滤联合作用，即源头控制与内部净化将结合，控制再生水补给的景观水体水质，有效防止了景观水体富营养化。②复氧型生物岸滤池的水力停留时间远远长于普通岸滤，其目标不仅仅是去除悬浮物以及景观水体中的氮、磷等营养元素，同时可以利用砂层中的微生物去除水中的溶解性物质。由于岸滤池表层大面积暴露于空气中，定期翻晾表层砂，强化复氧条件，可促进溶解性营养物质在砂层中的降解；另外，岸滤池进水侧可以清洗，防止堵塞，这样的岸滤池与常规意义上用于去除水中悬浮物质的岸滤系统明显不同。
附图说明
图1为本发明提供的再生水补给的景观水体富营养化控制的工艺图。
图中：1-微滤膜过滤装置；2-羟基氧化铁滤床；3-景观水体；4-无纺布；5-复氧型生物岸滤池；6-收集装置；7-岸滤控制阀。
具体实施方式
本发明基本思路是将用于补给景观水体的再生水中磷浓度控制在一定的范围内，同时构建经济、简单的复氧型生物岸滤内部循环系统。这样在源头上控制进入景观水体的磷，同时控制来自内源的营养物质，通过两者的结合，起到控制景观水体富营养化的目的。
本发明采用羟基氧化铁过滤与复氧型生物岸滤联合作用，控制再生水补给的景观水体水质，防止富营养化。利用羟基氧化铁过滤，将进入景观水体的再生水中的磷浓度降低至0.05mg/L以下，在湖体一侧设置复氧型生物岸滤系统，利用岸滤系统中的微生物降解作用，去除再生水中的磷、氮等营养物，以及部分溶解性有机物、微生物代谢产物、以及部分天然有机物、色度等，对景观水体水质进行进一步的净化。岸滤出水回流至再生水进水口处，使湖水形成水力循环。
下面结合附图和实施例对本发明具体实施方案做进一步的说明。
将来自城市污水厂二级出水经絮凝、沉淀处理后，控制磷的浓度范围为0～1.0mg/L，色度为0～15度，浊度为0～5NTU，pH值为6.5～8.5，且确保无异色、异臭和异味。然后使再生水进入微滤膜过滤装置1，去除悬浮物质后，进入羟基氧化铁滤床2，羟基氧化铁滤床2内填充的材料为FeOOH，羟基氧化铁填充材料的粒径0.2～2.0mm；羟基氧化铁填充材料的比表面积至少为200m2/g，孔径大于零小于＜4.5nm。羟基氧化铁滤床流量控制在1-10床体积/小时的范围内，经处理后的再生水中磷的浓度范围为0.05mg/L以下，然后进入景观水体3。
在景观水体3沿岸布置复氧型生物岸滤池5，岸滤砂层高度超过水面0.05～0.15m，纵深≥3m；复氧型生物岸滤池靠近景观水体3一侧设斜坡，斜坡与岸滤池底面的夹角大于零且小于等于45度；斜坡上铺无纺布4；在复氧型生物岸滤池另一侧设置收集管6与岸滤控制阀7，收集管6的出水通过岸滤控制阀控制，返回景观水体3的再生水进水处，使景观水形成水力循环。通过岸滤控制阀7控制复氧型生物岸滤池的过滤速度≤2m/d，水力停留时间≥1.5天，复氧型生物岸滤池每天出水量≥景观水体总水量的3％。景观水体内的再生水停留时间应不超过20天。
羟基铁滤床2每隔3天进行一次反冲洗，每次反冲洗时间30min，反冲洗流速控制在15床体积/小时。羟基铁滤床2的再生周期为3个月，再生液NaOH浓度为1mol/L，逆向再生；再生液流量为1床体积/小时，再生5小时后用10～15个床体积的再生水进行淋洗。
复氧型生物岸滤池5填砂粒径范围为2～4mm，每隔2～3天翻晾岸滤池表层砂层，翻晾深度≥0.3m，以增进砂层复氧。
实施例1：利用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀，磷的浓度控制在1.0mg/L以下，色度＜15度，浊度＜5NTU，再生水未呈现其他异色、异臭、异味，pH值保持在7.0左右。经微滤膜过滤后进入羟基氧化铁滤床，羟基氧化铁滤床内填料比表面积250m2/g，90％以上的孔径＜4.5nm，粒径0.4～2.0m，过水流量为10床体积/小时。再生水经羟基氧化铁过滤后，磷的浓度低于0.05mg/L。羟基氧化铁滤床每3天反冲洗，每次30min，反冲洗流速控制在15床体积/小时。每3个月再生1次，再生液NaOH浓度为1mol/L，逆向再生。再生液流量为1床体积/小时，5小时后用10床体积的再生水进行淋洗。复氧型生物岸滤池的过滤材料为工程砂，粒径为2-4mm，设45度斜坡，斜坡上铺无纺布，2天清洗一次。岸滤砂层高度超过水面0.1m，纵深3m，岸滤池剖面为梯形，上底与下底的比例为2∶3，过滤速率为1.5米/天，停留时间为1.5天，岸滤池出水返回景观水体，每天产水规模控制在景观水体总水量的5％。每周翻洗岸滤池表层0.3米的砂层，增进砂层复氧。复氧型生物岸滤池对TN去除率为20％，对DOC的去除率为20％，TP去除率为30％，再生水在景观水体内的停留时间为20天，期间叶绿素A平均浓度分别为2.4mg/m3，人工湖在北京实验周期为1年，未发生富营养化或者水华。
实施例2：利用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀、磷的浓度控制在0.2-0.5mg/L之间，色度＜15度，浊度＜5NTU，再生水未呈现其他异色、异臭、异味，pH值保持在7.0。经微滤膜过滤后进入羟基氧化铁滤床，进入羟基氧化铁过滤装置。羟基氧化铁过滤装置内填料比表面积300m2/g，97％以上的孔径＜4.5nm，粒径0.2～2.0m，过水流量为1床体积/小时。羟基铁过滤出水TP浓度均低于0.02mg/L。羟基铁滤床每3天反冲洗，每次30min，反冲洗流速控制在15床体积/小时。每3个月再生1次，再生液NaOH浓度为1mol/L，逆向再生。再生液流量为1床体积/小时，5小时后用10床体积的再生水进行淋洗。复氧型生物岸滤池的过滤材料为工程砂，包括少量小颗粒砂砾和粘土质细砂，粒径为2-4mm，靠水体一侧设35度斜坡，斜坡上铺无纺布，3天清洗一次。岸滤砂层高度超过水面0.15m，纵深5m，岸滤池剖面为梯形，上底与下底的比例为8∶9，过滤速率为2m/d，停留时间为2天，岸滤池出水收集在岸滤出水池中，每天用泵送回景观水体，每天产水规模控制在景观水体总水量的10％。每周翻洗岸滤池表层0.3m的砂层，增进砂层复氧。复氧型生物岸滤池对TN去除率为20％，对DOC的去除率为15％，TP去除率为33％，再生水在景观水体内的停留时间为20天，人工湖在北京实验周期为1年，试验期间没有暴发大面积水华。
实施例3：利用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀、用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀，磷的浓度控制在0.2-0.5mg/L之间，色度＜15度，浊度＜5NTU，再生水未呈现其他异色、异臭、异味，pH值保持在6.5-8.5范围。经微滤膜过滤后进入羟基氧化铁滤床，再生水进入羟基氧化铁滤床。羟基氧化铁过滤装置内填料比表面积200m2/g，97％以上的孔径＜4.5nm，粒径0.3～2.0m，过水流量为5床体积/小时。羟基铁过滤出水磷的浓度低于0.05mg/L。羟基氧化铁滤床每3天反冲洗，每次30min，反冲洗流速控制在15床体积/小时。每3个月再生1次，再生液NaOH浓度为1mol/L，逆向再生。再生液流量为1床体积/小时，5小时后用15床体积的再生水进行淋洗。复氧型生物岸滤池的过滤材料为工程砂，包括少量小颗粒砂砾和粘土质细砂，粒径为2-4mm，设30度斜坡，斜坡上铺无纺布，2天清洗一次。岸滤砂层高度超过水面0.05m，纵深5m，岸滤池剖面为梯形，上底与下底的比例为8∶9，岸滤池的过滤速度为1m/d，停留时间为7天。复氧型生物岸滤池出水收集在岸滤出水池中，每天用泵送回景观水体，每天产水规模控制在景观水体总水量的3％。每周翻洗岸滤池表层0.3m的砂层，增进砂层复氧。岸滤系统对TP的去除率为36％，TN去除率为33％，对DOC的去除率为42％，UV254的去除率为12.1％。再生水在景观水体内的停留时间为20天，人工湖在北京实验周期为1年，试验期间没有暴发大面积水华，无明显富营养化迹象。
Claims (7)
1.一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将来自城市污水厂二级出水经絮凝、沉淀处理后，控制磷的质量浓度范围为0～1.0mg/L，色度为0～15度，浊度为0～5NTU，pH值为6.5～8.5，且确保无异色、异臭和异味；
2)使步骤1)中处理后的再生水进入微滤膜过滤装置(1)，去除悬浮物质后，进入羟基氧化铁滤床(2)，羟基氧化铁滤床流量控制在1-10床体积/小时的范围内，经处理后的再生水中磷的质量浓度范围为0.05mg/L以下，然后进入景观水体(3)；
3)在景观水体(3)沿岸布置复氧型生物岸滤池(5)，岸滤砂层高度超过水面0.05～0.15m，纵深≥3m；复氧型生物岸滤池靠近景观水体(3)一侧设斜坡，斜坡与岸滤池底面的夹角大于零且小于等于45度；斜坡上铺无纺布(4)；在复氧型生物岸滤池另一侧设置收集管(6)与岸滤控制阀(7)，收集管的出水通过控制阀控制返回景观水体(3)的再生水进水处，使景观水形成水力循环。
2.按照权利要求1或2所述的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于：羟基氧化铁滤床(2)内填充的材料为FeOOH，粒径0.2～2.0mm，比表面积至少为200m2/g，孔径大于零小于＜4.5nm。
3.按照权利要求2所述的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于：羟基氧化铁滤床(2)每隔3天进行一次反冲洗，每次反冲洗时间30min，反冲洗流速控制在15床体积/小时。
4.按照权利要求3所述的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于：羟基氧化铁滤床(2)的再生周期为3个月，再生液NaOH浓度为1mol/L，逆向再生；再生液流量为1床体积/小时，再生5小时后用10～15个床体积的再生水进行淋洗。
5.按照权利要求1所述的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于：复氧型生物岸滤池(5)填砂粒径范围为2～4mm，每隔2～3天翻晾岸滤池表层砂层，翻晾深度≥0.3m，以增进砂层复氧。
6.按照权利要求1所述的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于：步骤3)中通过岸滤控制阀(7)控制复氧型生物岸滤池的过滤速度≤2m/d，水力停留时间≥1.5天，复氧型生物岸滤池每天出水量≥景观水体总水量的3％。
7.按照权利要求1所述的一种再生水补给的景观水体富营养化控制方法，其特征在于：景观水体内的再生水停留时间不超过20天。
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