CN106145368B - 一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法。在有机污染径流入湖口路径上设置四级生物塘，有机污染径流水体通过溢流堰、水闸和导流渠导入生物塘内；所述四级生物塘通过涵管依次串联，即漂浮植物塘与水生动物塘相连，水生动物塘与挺水植物塘相连，挺水植物塘与沉水植物塘相连，沉水植物塘出水通过水泵最终流入受纳湖泊。本发明水质净化单元为四级生物塘，系统工艺流程简单，造价成本低，运行管理方便；综合利用了污染河道中的有机碎屑和氮磷营养物，有效实现了废水的资源化回收利用；污水处理单元为多种不同功能的生物塘组合结构，水体氮磷营养物得到大幅削减，延缓了受纳湖泊的富营养化进程。

Description

一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，更具体涉及一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法。
背景技术
我国是一个多湖泊的国家，其中约三分之一为淡水湖泊。由于这些湖泊地处东南沿海或长江中下游平原地区，人口稠密、经济发达，加上欠适宜的开发利用，目前多数湖泊已经富营养化。由于日趋严重的湖泊水环境恶化与富营养化问题正在严重制约着社会和经济的可持续发展，已引起了从中央到地方各级政府的高度重视。污染湖泊治理已经迫在眉睫。
湖泊富营养化治理一般应该遵循的路线是控源、生态修复和流域管理。控源包括流域上各种外源负荷以及沉积物释放所产生的内源负荷；生态修复通常是指以水生植物恢复为核心的湖区或湖岸带修复工程；流域管理是指湖泊集水区的合理开发利用，主要涉及外源负荷管理。在这三个环节当中，大量外源性营养盐输入是导致湖泊富营养化最根本的原因。因此，控制外源性营养盐的输入是湖泊水环境治理的关键环节和首要步骤。
前置库技术是减少入湖外源性营养负荷的有效措施之一。它具体是在污染径流进入湖泊之前，通过前置库，延长水力停留时间，增强泥沙及营养盐的沉降量，同时利用前置库中浮游藻类和(或)大型水生植物吸收、吸附、拦截营养盐的功能，使营养盐成为有机物或沉降于库底。这项技术的原理也是利用了营养盐，特别是磷的颗粒态特性。因此，拦截颗粒物质并沉降至库底可以有效拦截营养物质，减缓湖泊富营养化进程。
由于我国的富营养化湖泊大多为淡水浅水湖泊，且多半处于人口稠密的平原地区。这些湖泊基本上都兼顾渔业生产功能和纳污功能，其中来自农村和中小城镇的富含氮磷、有机物的生活污水是导致这些湖泊富营养化最根本的原因。目前关于人口密集区富营养化湖泊的截污措施诸多，但是对营养盐的拦截效率偏低且综合利用程度不高，因此湖泊治理技术推广不易执行。
发明内容
针对当前富营养化湖泊治理存在的营养盐拦截效率偏低且综合利用程度不高的现状，本发明目的在于提供一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，过程简单、能耗低，在高效削减入湖径流营养负荷的同时实现营养废物的资源化回收利用，减缓湖泊富营养化进程。
为达到上述目的采用技术方案如下：
一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，包括以下步骤：
在有机污染径流入湖口路径上设置四级生物塘，有机污染径流水体通过溢流堰、水闸和导流渠导入生物塘内；所述四级生物塘通过涵管依次串联，即漂浮植物塘与水生动物塘相连，水生动物塘与挺水植物塘相连，挺水植物塘与沉水植物塘相连，沉水植物塘出水通过水泵最终流入受纳湖泊；
所述漂浮植物塘水深1.5-2.0m，塘内种植生长迅速、生物量大的漂浮植物，同时放养滤食性鱼类；
所述水生动物塘水深1.5-2.0m，塘内混养多种食性鱼类，初始投放量按300-800kg/亩设计；
所述挺水植物塘水深0.3-0.8m，塘内混栽水生经济植物；
所述沉水植物塘水深0.5-1.0m，塘内混栽多种沉水植物。
按上述方案，还包括在漂浮植物塘中心处用聚乙烯网片围住形成空白区域，空白区域占全塘水面的比例为30％-50％；定期将漂浮植物塘内过度繁殖的漂浮植物打捞至水生动物塘内供食性鱼类摄食，一次打捞的漂浮植物生物量不超过塘内现存生物量的50wt％。
按上述方案，还包括在漂浮植物塘、水生动物塘下方布置纳米微孔曝气盘，纳米微孔曝气盘的布置密度为5-8个/亩，每个纳米微孔曝气盘缠绕的纳米微孔曝气管长度为5m，纳米微孔曝气管通过聚乙烯软管与高压鼓风机相连，高压鼓风机的能耗选择0.1-0.3kW/亩。
按上述方案，漂浮植物塘内的滤食性鱼类初始投放量100-300kg/亩；滤食性鱼类为鲢和鳙，且鲢、鳙的生物量配比为8：2。
按上述方案，水生动物塘多种食性鱼类包含草食性鱼类，其占所有鱼类生物量的比例为50％-60％；还包括滤食性鱼类鲢、鳙占所有鱼类生物量的比例为20％-30％，鲢、鳙的生物量配比为8：2。
按上述方案，沉水植物塘中沉水植物盖度控制在70％以下。
按上述方案，所述的漂浮植物为凤眼莲、水雍菜。
按上述方案，所述多种食性鱼类包括动物食性鱼类、草食性鱼类、滤食性鱼类以及杂食性鱼类。
按上述方案，所述水生经济植物包括茭白、慈姑、荸荠、莲、水芹。
按上述方案，所述沉水植物包括狐尾藻、伊乐藻、金鱼藻、菹草、黑藻、苦草。
本发明与现有技术相比，其有益效果与优点在于：
本发明水质净化单元为四级生物塘，系统工艺流程简单，造价成本低，运行管理方便；通过溢流堰、水闸和导流渠将污染河道水体导入上述生物塘内，最后通过水泵抽到受纳湖泊，整个过程一次提水，能源动力消耗少。
本发明四级生物塘综合利用了污染河道中的有机碎屑和氮磷营养物，有效实现了废水的资源化回收利用，四级生物塘在处理污染河道水体时还生产出具有一定经济价值的商品鱼类；挺水植物塘、沉水植物塘还可以接纳漂浮植物塘和水生动物塘底部清出的淤泥，有效解决了淤泥的处置问题。整个装置对外无污物排放，经济、环保。
本发明污水处理单元为多种不同功能的生物塘组合结构，通过生物塘内的水生动植物吸附/吸收，微孔曝气的促氧化分解，以及生物塘的贮水促沉淀作用等实现污水的高效净化；以生活污水污染为主的重污染入湖径流经该装置处理后，水体氮磷营养物得到大幅削减，延缓了受纳湖泊的富营养化进程。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法如下：
在有机污染径流入湖口路径上设置四级生物塘，有机污染径流水体通过溢流堰、水闸和导流渠导入生物塘内；所述四级生物塘通过涵管依次串联，即漂浮植物塘与水生动物塘相连，水生动物塘与挺水植物塘相连，挺水植物塘与沉水植物塘相连，沉水植物塘出水通过水泵最终流入受纳湖泊。
溢流堰可以为混凝土结构，其靠近下游一侧设有跌水平台。溢流堰的设置主要用于提升入湖径流出水水位，便于河道内水体通过水闸流入导流渠内。溢流堰的存在既不损害河道的行洪能力，还能形成跌水曝气。水闸的设置便于调节和控制四级生物塘的处理水量，同时还兼备防洪能力。
漂浮植物塘水深1.5-2.0m，塘内种植生长迅速、生物量大的漂浮植物，同时放养适量滤食性鱼类。为了限制漂浮植物疯长，避免覆盖全塘，于漂浮植物塘中心处用聚乙烯网片围住一定的空白区域，空白区域占全塘水面的比例为30％-50％。定期将漂浮植物塘内过度繁殖的漂浮植物打捞至随后的水生动物塘内供混养鱼类摄食，漂浮植物打捞的频率和数量视塘内漂浮植物长势情况而定，一般每次打捞的漂浮植物生物量不超过塘内现存生物量的50％。漂浮植物塘内的滤食性鱼类(鲢、鳙)初始投放量按100-300kg/亩设计，鲢、鳙的生物量配比为8：2；定期移出塘内的上市规格成鱼售出，避免塘内鱼类生物量超出塘的养殖容量。漂浮植物下方布置纳米微孔曝气盘，纳米微孔曝气盘的布置密度为5-8个/亩，每个纳米微孔曝气盘缠绕的纳米微孔曝气管长度为5m，纳米微孔曝气管通过聚乙烯软管与高压鼓风机相连，高压鼓风机的能耗选择按0.1-0.3kW/亩设计。漂浮植物塘进、出水口处设置防逃网，塘底定期进行清淤，清出的淤泥移至挺水植物塘或沉水植物塘。漂浮植物塘主要用于源水中有机碎屑的拦截和氮磷营养物的初步吸收。
水生动物塘水深1.5-2.0m，塘内混养多种食性鱼类，其中草食性鱼类(草鱼、鲂)占所有鱼类生物量的比例为50％-60％，鲢、鳙占所有鱼类生物量的比例为20％-30％，鲢、鳙的生物量配比为8：2。水生动物塘内的多种食性鱼类初始投放量按300-800kg/亩设计，定期移出塘内的上市规格成鱼售出，避免塘内鱼类生物量超出塘的养殖容量。水生动物塘进、出水口处设置防逃网。水生动物塘内纳米微孔曝气盘的布置同漂浮植物塘，水生动物塘内底部淤泥处置方式同漂浮植物塘。水生动物塘主要用于处理漂浮植物塘和沉水植物塘移出的水生植物，达到废物资源化回收利用的目的。
挺水植物塘水深0.3-0.8m，塘内栽种水生经济植物，可选择生物量大，生长周期长的作物，塘内水深可根据挺水植物生长高度适当调整。挺水植物塘有吸附、吸收、过滤、沉淀作用，同时还可以接纳漂浮植物塘和水生动物塘底部清出的淤泥。
沉水植物塘水深0.5-1.0m，塘内混栽多种沉水植物，可选择生长周期长、生物量大、对透明度要求低的沉水植物，塘内水深可根据沉水植物生长高度适当调整。多种沉水植物混栽一方面是因为植物具有明显的季节演替特性，混栽可以实现不同品种的季节性“交接”；另一方面也是为了增加生物多样性，提高生态系统稳定性。塘内沉水植物盖度应控制在70％以下，将塘内过度繁殖(盖度>70％)的沉水植物定期打捞至水生动物塘内供混养鱼类摄食，一般每次沉水植物打捞量不应超过塘内现存生物量的50％。沉水植物塘主要用于复氧和对溶解态氮磷的进一步去除，同时也可以接纳漂浮植物塘和水生动物塘底部清出的淤泥。
实施例1
本实施例中，该装置处理对象为平原地区流经某中小城镇的一条重有机污染河道，河道面宽15m，平均水深0.8m，河道水体最终流入一淡水浅水湖泊。
所述的溢流堰为混凝土结构，长度为15m，其靠近下游一侧设有跌水平台；溢流堰顶部宽度0.3m，底部宽度1.2m，底部至顶部总高度2.5m。所述的水闸设置在靠近溢流堰上游一侧。所述的导流渠一端与水闸相连，另一端与漂浮植物塘相连。沉水植物塘水体通过水泵排入受纳湖泊。本实施例中，河道水体流至沉水植物塘是在重力压差作用下自然进行的，仅沉水植物塘排水需要动力消耗。所选水泵为250ZL-100轴流泵，流量为570m3/h，扬程为1.56m，数量3台(2用1备)，每天运行时间为8：00-18：00。
所述的漂浮植物塘尺寸为90m长×74m宽，水深1.5-2.0m，塘内接种凤眼莲，初始接种密度约5-10株/m2。于漂浮植物塘中心处用聚乙烯网片围住一块占全塘水面40％的空白区域。定期将漂浮植物塘内过度繁殖的凤眼莲打捞至随后的水生动物塘内供混养鱼类摄食。漂浮植物塘内投放鲢2400kg，鳙600kg，鲢、鳙的苗种规格为50-300g/尾。定期移出塘内的上市规格鲢、鳙售出。凤眼莲下方均匀布置70个纳米微孔曝气盘，每个纳米微孔曝气盘缠绕的纳米微孔曝气管长度为5m，纳米微孔曝气管通过聚乙烯软管与高压鼓风机12相连，高压鼓风机的型号为2BH710-H06，功率为1.6kW。漂浮植物塘进、出水口处设置防逃网，塘底定期进行清淤，清出的淤泥移至挺水植物塘或沉水植物塘。漂浮植物塘的理论水力停留时间为0.88-1.17d。
所述的水生动物塘尺寸为110m长×60m宽，水深1.5-2.0m，塘内混养青鱼、草鱼、鲢、鳙、鲤、鲫、鲂等多种食性鱼类，鱼苗投放情况如下：50-300g/尾的草鱼3200kg，50-100g/尾的鲂362kg，50-300g/尾的鲢1187kg、鳙297kg，50-100g/尾的鲤150kg，50-100g/尾的鲫700kg，50-300g/尾的青鱼41kg。定期移出塘内的上市规格成鱼售出。水生动物塘进、出水口处设置防逃网。水生动物塘内纳米微孔曝气盘的布置同漂浮植物塘，所用高压鼓风机型号和功率同漂浮植物塘。水生动物塘内底部淤泥处置方式同漂浮植物塘。水生动物塘的理论水力停留时间为0.87-1.16d。
所述的挺水植物塘尺寸为80m长×60m宽，水深0.3-0.8m，塘内栽种水生经济植物莲，莲种植方式如下：株距1-1.5m，行距1.5-2.0m，250-300穴/亩，每穴1-2支，每支2-4节藕。塘内水深随莲的生长高度适当调整。挺水植物塘3的理论水力停留时间为0.13-0.34d。
所述的沉水植物塘尺寸为70m长×50m宽，水深0.5-1.0m，塘内混栽菹草、狐尾藻、伊乐藻、黑藻、苦草等多种沉水植物，所有沉水植物的初始栽种密度为5-10株/m2，塘内水深随沉水植物生长高度适当调整。塘内沉水植物盖度应控制在70％以下，将塘内过度繁殖(盖度>70％)的沉水植物定期打捞至水生动物塘内供混养鱼类摄食，一般每次沉水植物打捞量不应超过塘内现存生物量的50％。沉水植物塘的理论水力停留时间为0.15-0.31d。
一系列试验证明该装置适用于人口稠密的平原地区农村和中小城镇入湖径流的生态修复和治理，以生活污水污染为主的重有机污染河道，经该装置处理后，水体中总悬浮固体、COD、氨氮、总氮、总磷等指标分别降低72.5-91.4％、67.3-78.7％、63.8-74.5％、68.5-79.4％和58.9-68.1％，河道水体由治理前的劣五类改善为地表水三至四类，大幅削减了入湖径流营养负荷，延缓了受纳湖泊富营养化进程。

Claims (10)

1.一种削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
在有机污染径流入湖口路径上设置四级生物塘，有机污染径流水体通过溢流堰、水闸和导流渠导入生物塘内；所述四级生物塘通过涵管依次串联，即漂浮植物塘与水生动物塘相连，水生动物塘与挺水植物塘相连，挺水植物塘与沉水植物塘相连，沉水植物塘出水通过水泵最终流入受纳湖泊；
所述漂浮植物塘水深1.5-2.0m，塘内种植生长迅速、生物量大的漂浮植物，同时放养滤食性鱼类；
所述水生动物塘水深1.5-2.0m，塘内混养多种食性鱼类，初始投放量按300-800kg/亩设计；
所述挺水植物塘水深0.3-0.8m，塘内混栽水生经济植物；
所述沉水植物塘水深0.5-1.0m，塘内混栽多种沉水植物。
2.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于还包括在漂浮植物塘中心处用聚乙烯网片围住形成空白区域，空白区域占全塘水面的比例为30％-50％；定期将漂浮植物塘内过度繁殖的漂浮植物打捞至水生动物塘内供食性鱼类摄食，一次打捞的漂浮植物生物量不超过塘内现存生物量的50wt％。
3.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于还包括在漂浮植物塘、水生动物塘下方布置纳米微孔曝气盘，纳米微孔曝气盘的布置密度为5-8个/亩，每个纳米微孔曝气盘缠绕的纳米微孔曝气管长度为5m，纳米微孔曝气管通过聚乙烯软管与高压鼓风机相连，高压鼓风机的能耗选择0.1-0.3kW/亩。
4.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于漂浮植物塘内的滤食性鱼类初始投放量100-300kg/亩；滤食性鱼类为鲢和鳙，且鲢、鳙的生物量配比为8：2。
5.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于水生动物塘多种食性鱼类包含草食性鱼类，其占所有鱼类生物量的比例为50％-60％；还包括滤食性鱼类鲢、鳙占所有鱼类生物量的比例为20％-30％，鲢、鳙的生物量配比为8：2。
6.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于沉水植物塘中沉水植物盖度控制在70％以下。
7.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于所述的漂浮植物为凤眼莲、水雍菜。
8.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于所述多种食性鱼类包括动物食性鱼类、草食性鱼类、滤食性鱼类以及杂食性鱼类。
9.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于所述水生经济植物包括茭白、慈姑、荸荠、莲、水芹。
10.如权利要求1所述削减入湖径流营养负荷的综合水处理方法，其特征在于所述沉水植物包括狐尾藻、伊乐藻、金鱼藻、菹草、黑藻、苦草。
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