CN106430526A

CN106430526A - 河道污水处理工艺

Info

Publication number: CN106430526A
Application number: CN201610894922.0A
Authority: CN
Inventors: 叶金正; 金兆旺
Original assignee: Taizhou Lvye Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Taizhou Lvye Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2036-10-14
Also published as: CN106430526B

Abstract

本发明公开了一种河道污水处理工艺，采用了生物‑生态河道水质集成净化的方式，并结合截污预处理、人工水体增氧技术与有益菌种微生物、水生沉水植物修复技术方式，构建河道水体的水生态系统，不仅能够促进河道中的整个水体的新陈代谢，提升自净能力，并将污染物转化为无害物，还无需改变河道的外部构造，同时施工成本低、周期短，适于推广。

Description

河道污水处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理工艺，更具体地说，涉及一种河道污水处理工艺。

背景技术

河道，尤其是城中区的河道，通常河域面积小，河体自净能力差，大量居民生活污水和沿岸餐饮废水直接排入，特点是氮磷含量高、以有机污染物为主，污染物中其他重金属污染物、有毒制剂等含量较少。在温度较高时，内源性污染物释放大量的氮和磷，造成水体富营养化。底泥中的大量有机物好氧微生物分解时，以较快的速度将水中的溶解氧消耗殆尽，水中的厌氧和兼性微生物分解有机物产生大量的硫化氢和氨，使水体产生臭味。由于水中溶解氧含量低，水生植物、后生动物、鱼虾类及两栖动物较少，无良性的食物链，水体生态环境破坏，水体自净能力较小，河面景观较差。

目前，常用的河道污水处理方法，有以下几种方式：

1.引流冲污和综合调水，引流冲污实质上是对水体污染物和浮游藻类的稀释扩散，就局部而言常被视为解决水体富营养化相对简单、易行和代价较低的办法，实为污染转移，特别是枯水期，山间溪水流量少，引水冲污不明显；综合调水不同于引流冲污，主要解决水资源的再分配，利用一定的水利设施合理调活河网水系，达到“以动制静、以清稀污、以丰补枯、改善水质”的目的，尤其对提高水体的自净能力能发挥较好的作用；

2.曝气复氧，其原理是进入水体的溶解氧与黑臭物质(H₂S，FeS等还原物质)之间发生了氧化还原反应，对于长期处于缺氧状态的黑臭河流，要使水生态系统恢复到正常状态一般需要一个长期的过程，水体曝气复氧有助于加快这一过程；

3.底泥疏浚，底泥为水体污染的主要来源，疏浚技术通常是决定疏浚效果好坏的关键，从最早的人工挖泥到现在的精确水下吸泥，疏浚过程对环境的影响正在变得越来越小，疏浚作为水利工程和航道工程措施有重要效用，但作为水质治理目前还存在一些难于克服的问题，如一定程度上引起上覆水污染物浓度增加，疏浚后淤泥以其量大、污染物成分复杂、含水量高而难以处理等等。

这些处理废水的方法在实际应用过程中都是单一的，优缺点都非常明显。

此外，公开号为CN103882828A的中国发明专利公开了一种城市河道的生态修复方法，其特征是结合物理、生物及生态技术构建和恢复完整的河道水体生态系统，提高水体生态系统自我净化及抗外界干扰的能力，且能够可持续运行与自我调节，其主要内容如下：(1)截断流域内污染源，提高植被覆盖率；(2)河岸改造：修建集雨排水渠、较少或改良固化堤岸，进行生态护坡建设、亲水性设施构建；(3)河底改造：疏浚、河道微环境复杂化构造、生石灰消毒预处理污染底泥；(4)河道改造：修建溢流坝，条件合适区域将笔直河道改成曲折河道，增加河道生境多样性；(5)安放曝气装置，改善河道水体条件；(6)沉水植物、挺水植物种植；(7)鱼类、底栖动物及浮游动物投放。

上述技术方案，第一步就是截断流域污染源，但城中河道的污染源基本是来自居民生活污水和沿岸餐饮废水，想要截断流域污染源明显比较难以实施；而在此之后还需要修建集雨排水渠、较少或改良固化堤岸，进行生态护坡建设、亲水性设施构建，整个工作量过大，工程时间较长，投入成本太大；还需要将笔直河道改成曲折河道，改变河道景观，工程浩荡，且在施工过程中难以获得政府和附近居民的同意。总之，该方案过于理想化，难以投入实际施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种河道污水处理工艺，不仅能够促进河道中的整个水体的新陈代谢，提升自净能力，并将污染物转化为无害物，还无需改变河道的外部构造，同时施工成本低、周期短，适于推广。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种河道污水处理工艺，具体步骤如下：

一、修复前期，河道底部进行清淤，并对河道两岸的排污口进行管道输送纳管；

二、源头强化，在排污口附近，设置生物滤料围堰，在围堰内安装电污水处理设备，再在排污口四周铺设生物净化物质，在河道的支流入口处的河底设置生物填料以及微生物，同时设置微纳米曝气机；

三、曝气复氧，先用曝气系统向水体充氧，然后投加益菌群；

四、水下森林系统建设，在河底投放挺水植物、浮水植物和沉水植物。

通过采用上述技术方案，采用了生物-生态河道水质集成净化的方式，并结合截污预处理、人工水体增氧技术与有益菌种微生物、水生沉水植物修复技术方式，构建河道水体的水生态系统，不仅能够促进河道中的整个水体的新陈代谢，提升自净能力，并将污染物转化为无害物，还无需改变河道的外部构造，同时施工成本低、周期短，适于推广。

优选的，在修复前期的步骤中，还往河道中投入大型蚤，然后在水下森林系统建设过程中，待沉水植物覆盖率达到50％时，大型蚤退出污水处理工作。

通过采用上述技术方案，单细胞藻类实际上包括蓝藻、绿藻、硅藻、黄藻、隐藻、甲藻等几大门类。其中蓝藻(特别是铜绿微囊藻)具有特殊的蓝藻胶和多糖类物质，一般难以被鱼类所消化、吸收、利用。滤食性鱼类的摄食行为是被动性的，随水体所有藻类吃进，首先消化掉绿藻、硅藻、黄藻、隐藻、甲藻；对于蓝藻，滤食性鱼类只能消化部分单细胞状态的铜绿微囊藻，留下消化不掉的团块状蓝藻排出，蓝藻经过鱼肠可能还会出现休眠性再暴长；而且经过鱼类肠道的选择，蓝藻更容易在重污染水体成为优势种。

大型蚤是一种低等咸淡水甲壳浮游动物，生存周期为45天，经驯化后，这种大型蚤不仅喜欢吃蓝藻，而且还能转化蓝藻毒素，产生抑藻生态因子控制蓝藻的再生长，利用放养这种生物可以很好的预防藻类爆发，并引导沉水植物生长，促进良好的生态环境的形成。

优选的，所述生物净化物质为纤维生态草。

通过采用上述技术方案，附着在生态草上的生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，能吸收、吸附、截留水中溶解态和悬浮套污染物，为各类微生物、藻类和微生动的生长、繁殖提供良好的着生、附着或穴居条件，当生物膜增厚到一定程度时，由于受到水力冲刷而发生剥落，适当的剥落可使生物膜得到更新。

优选的，所述益菌群至少包括硝化细菌、反硝化菌、光合细菌、硫化细菌其中的一种或至少两种的组合。

通过采用上述技术方案，这些菌种均来源于自然界，具有较强的降解能力，作用机理是以光合菌群和酵母菌群为主导，协同其它有益微生物共同作用，产生抗氧化物质，通过氧化还原发酵等途径，分解氧化有机物，把有害有毒转化为无害无毒，变有害为有用，同时光合菌可利用太阳光和热能进行光合作用产生氧气，供其他生物利用，利用CO₂和氮等物质合成糖类、氨基酸、维生素和生物活性物质等，促进其他生物的生长繁殖。菌群在一定条件下快速繁殖、扩大，菌群形成团，大量吞食水中的污染物，使C源转化为CO₂、N源转化为N₂，水体变清。利用此类菌，在生态填料上形成一定的生物膜，水流通过由生态草形成的生物膜时，经过生物膜上特效菌的层层处理，使水质达到预期的目标。

优选的，所述沉水植物为轮叶黑藻、金鱼藻、红线草、苦草、狐尾藻、马来眼子菜、菹草、伊乐藻、睡莲的其中一种或至少两种的组合。

通过采用上述技术方案，这些沉水植物可以从根系和浮叶背面吸收水体和淤泥中营养物质，碳源也主要来自空气，产生具备净化力的氧气通过浮叶背部分进入水体；是水域生态恢复自净能力的最优物种。

优选的，挺水植物为西伯利亚鸢尾、美人蕉、梭鱼草的其中一种或至少两种的组合。

通过采用上述技术方案，挺水植物的根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面；其常分布于0-1.5米的浅水处，其中有的种类生长于潮湿的岸边，这类植物在空气中的部分，具有陆生植物的特征；生长在水中的部分(根或地下茎)，具有水生植物的特征，在净化水底的同时，还能够有茎、叶挺出水面，一定程度上可以使得城市居民不会随意排放生活污水，有意识地对河道进行保护。

优选的，浮水植物为睡莲或/和荇菜。

通过采用上述技术方案，浮叶植物根一般因为缺乏氧气，所以由于无氧呼吸可以产生醇类物质；此外，通过叶柄也能由叶供给氧气，不会消耗水中的氧气，提升自净能力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明结合截污预处理、人工水体增氧技术与有益菌种微生物、水生沉水植物修复技术方式，构建河道水体的水生态系统，不仅能够促进河道中的整个水体的新陈代谢，提升自净能力，并将污染物转化为无害物，整个施工过程无需改变河道的外部构造，同时施工成本低、周期短，适于推广；

2.在施工过程中，辅助以微生物、大型蚤、沉水植物、浮水植物、挺水植物来净化河道环境，完全采用自然界的生物，不会产生任何副作用；先是对河底污泥进行清除，然后河中藻类由大型蚤控制藻类生长，并引导沉水植物生长，否则藻类滋长过剩，则会导致沉水植物难以生长；接着由浮水植物、挺水植物来美化环境，不单单简单地净化河水，而是形成一个了一个可提升后续自我净化能力的河道生态环境。

具体实施方式

一种河道污水处理工艺，包括如下步骤：

修复前期：河道底部进行清淤，并对河道两岸的排污口进行管道输送纳管，然后往河道中投入大型蚤；

源头强化：在排污口附近，设置生物滤料围堰，在围堰内安装电污水处理设备，污染物经电絮集、气浮、生物滤料截留、吸附等作用，浓度大大降低，然后再排入河道，从而减少排污口对河道的影响；再在排污口四周铺设纤维生态草，在河道的支流入口处的河底设置生物填料以及微生物，同时设置固定式微纳米曝气机；

曝气复氧：先用曝气系统向水体充氧，然后投加益菌群，所述益菌群至少包括硝化细菌、反硝化菌、光合细菌、硫化细菌其中的一种或至少两种的组合，有益生物菌在消减表层的浮泥后，还能持续消解底泥层中的有机质，使底泥层中的有机质逐步减少，底泥由黑变黄褐色，河底淤泥的厚度明显降低。

水下森林系统建设：在河底投放挺水植物、浮水植物和沉水植物，挺水植物为西伯利亚鸢尾、美人蕉、梭鱼草的其中一种或至少两种的组合；沉水植物为轮叶黑藻、金鱼藻、红线草、苦草、狐尾藻、马来眼子菜、菹草、伊乐藻、睡莲的其中一种或至少两种的组合；浮水植物为睡莲或/和荇菜。待沉水植物覆盖率达到40％-50％时，大型蚤退出污水处理工作(优选沉水植物覆盖率达到50％，型蚤退出污水处理工作，因为此时，沉水植物覆盖率到达了足够大的时候，水中的污染物及藻类植物难以破坏沉水植物的生长，反而沉水植物一定程度上还能够抑制水体内的藻类过渡生长，如果沉水植物覆盖率只有40％，大型蚤就退出，有可能导致后期藻类重新大量繁殖)。

具有以下特点优势：

(1)电离现象：气体在水中的溶解度受气压影响较大，但电解质的离子化水，让溶入的微纳米气泡表面形成双层电离子，并随着表面积的不断减少而急剧收缩，让气泡内的气体散逸得以控制，从而大大提高了溶解度；

(2)超声波性：微纳米气泡由于高能破裂而产生超声波，这种超声波具有较强的杀菌作用。

(3)带电性：微纳米气泡表面带有负电荷，所以气泡间很难合为一体，在水体中能产生非常浓密而细腻的气泡，不会像常规气泡一样融合增大而破裂。通常纳米微纳米表面气泡的表面电位为-30～50mv，可以吸附水体中带正电的物质。利用表面电荷对水体微粒的吸附性，可以把水体中的有机悬浮固体和分离，因此，该技术在提高溶解氧的同时，也具有一定的水质净化效果。

(4)滞留性：微纳米气泡在水体中上升速度非常缓慢，似细雾在水中弥漫，如10μm的气泡，以100μm/S的速度上升，在水体中上升1m，需要3h，所以微纳米气泡会长时间的逗留在水中，该特性也是具有高度溶解效率的核心所在。

微纳米气泡对水质改善的作用：

(1)消除有机物污染和黑臭：由于微纳米气泡具有很强的滞留性，能够提供更加充足的氧气，在好氧微生物丰富的条件，有机污染指标COD和BOD明显下降，黑臭现象消失。水体底部的有机物降解所产生的甲烷、硫化氢等有毒和有害气体被去除；

(2)减少水体营养盐含量：由于微纳米气泡具有很强的气浮性、滞留性和扩散性，其气泡上升作用弱，水体重氧后，可有效抑制湖底厌氧菌的有机质分解过程，减少水底氮、磷营养盐的释放量；

(3)消除藻类水华：微纳米曝气具有较强的复氧功能，可提高水生动物的生存环境，从而抑制藻类的生长；

(4)改善水色和透明度：污染水体中的多种无机和有机悬浮物、活的浮游植物及死亡的残骸、大型水生植物碎屑、分解的有机体碎屑等，是影响水体颜色和透明度的主要物质。微纳米曝气能够更加有效地促进水生生物的生长，从而减少水中有机质，使水体透明度明显提高，改善水色；

(5)减少底泥内源污染：微纳米曝气增氧后，河湖底质表层含氧量增加，好氧微生物活动趋强，基于微生物的代谢过程促进底泥有机污染物的降解，逐步形成无机化底质覆盖层，阻断内源污染。

在对支流入口进行强化处理时，可以在河底设置生态基，即一种用于生态性水处理的高科技材料，从美国梅瑞地安水生科技公司采购。每平方米生态基可以为水中微生物的生长、繁殖最高能提供约250平方米的生物附着表面积，为繁殖数量巨大的微生物群落(生物膜)提供了基础条件。

表1：生态基与其他载体附着表面积的比较

载体	生物附着表面积
		湿地与天然植物	5m²m²
蜂巢型人工载体	88m²/m²
		生态基(BDF型)	200m²/m²

表2：生态基(水立方模式)与其他载体附着表面积的比较

以治理清淤河道长度为0.8km、建筑垃圾和底泥约30cm、清淤面积为1920平方米的城中河道为例，来对本发明进行解释说明。

沉水植物种植区覆土约5公分，挺水植物、浮叶植物覆土约15公分。水生植物覆盖率为80-90％，其中配置沉水植物约4000平方米(可纵向配置)；挺水植物约200平方米，浮叶植物约200平方米。

表3：植物种类的种植清单

植物种类	品种	面积(平方)
			挺水植物	西伯利亚鸢尾	50
	美人蕉	80
				梭鱼草	70
浮水植物	睡莲	120
				荇菜	80
沉水植物	矮苦草	2000
				马来眼子菜	400
	轮叶黑藻	500
				金鱼藻	400
	狐尾藻	700
			合计		4400

表4：部分常见沉水植物的净化能力表：

表5：三种植物净化机理

由表可见沉水植物净化是水域生态恢复自净能力的最优物种。

通过相关研究单位水面生产力，将水草及水生动物的收获量换成干重，再按干重各营养成分推算出以下几种大物质能量转化关系。

1、总氮在沉水植物根、茎、叶、脉毛孔中附着的各种微生物作用下，约87％经过脱氮作用转化为N₂进入空气，约13％经光合作用同化为水草本身得蛋白质；

2、总磷在沉水植物根、茎、叶、脉吸附氧化作用下，约76％被矿化成惰性状态的磷酸钙贮存于高氧化淤泥中，约24％经光合作用同化为水草本身得有机活性物质状态；

3、总碳主要表现为化学需氧量在沉水植物根、茎、叶、脉中的叶绿体光合作用下，约60％被矿化成惰性状态的碳酸钙沉淀于高氧化淤泥中；高达40％经光合作用同化为水草本身得糖类物质(包括淀粉和纤维素)；

4、大量固体微生物繁殖的降解菌以沉水植物作为载体，停留在植被的根、茎、叶中，两者互相配合，加强了固体微生物降解污染物的能力。

Claims

1.一种河道污水处理工艺，具体步骤如下，

一、修复前期：河道底部进行清淤，并对河道两岸的排污口进行管道输送纳管；

二、源头强化：在排污口附近，设置生物滤料围堰，在围堰内安装电污水处理设备，再在排污口四周铺设生物净化物质，在河道的支流入口处的河底设置生物填料以及微生物，同时设置微纳米曝气机；

三、曝气复氧：先用曝气系统向水体充氧，然后投加益菌群；

2.根据权利要求1所述的河道污水处理工艺，其特征是：在修复前期的步骤中，还往河道中投入大型蚤，然后在水下森林系统建设过程中，待沉水植物覆盖率达到40％-50％时，大型蚤退出污水处理工作。

3.根据权利要求1所述的河道污水处理工艺，其特征是：所述生物净化物质为纤维生态草。

4.根据权利要求1所述的河道污水处理工艺，其特征是：所述益菌群至少包括硝化细菌、反硝化菌、光合细菌、硫化细菌其中的一种或或至少两种的组合。

5.根据权利要求1所述的河道污水处理工艺，其特征是：所述沉水植物为轮叶黑藻、金鱼藻、红线草、苦草、狐尾藻、马来眼子菜、菹草、伊乐藻、睡莲的其中一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1所述的河道污水处理工艺，其特征是：挺水植物为西伯利亚鸢尾、美人蕉、梭鱼草的其中一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求1所述的河道污水处理工艺，其特征是：浮水植物为睡莲或/和荇菜。