CN107777769A - 一种生物强化型河道湖泊原位生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明充分利用固定化微生物技术单位体积有效菌浓度高、截留微生物效果好、微生物抗毒害能力强、污泥产生量少的优势，结合相匹配的反应装置型式、曝气充氧手段以及水生植物，能够有效地解决常规污染河道湖泊修复方法的不足，较大程度地提高系统处理效果，因此，具有明显的技术优势及应用前景。

Description

一种生物强化型河道湖泊原位生态修复方法

技术领域

本发明属于环境保护领域。具体涉及一种生物强化型河道湖泊原位生态修复方法。

背景技术

近年来，随着我国社会经济的发展，污染物排放逐年增加，导致水体污染和富营养化现象日趋严重。城市河流水质的优劣对城市社会、经济与环境能否协调健康发展有至关重要的意义。随着我国经济的发展和城市化进程的加快，工业用水和城市居民生活用水急剧增加，排污量也随之增加。流域开发的加剧，给许多地区的水环境造成了不良的影响，水体富营养化、水生态系统破坏以及水质恶化等环境问题不断出现和发生，致使水生态系统遭到严重破坏，污染河水失去了资源功能和使用价值，而且严重破坏周围的生态景观，造成重大经济损失，甚至危害人们身体健康。因此污染河水的治理势在必行，刻不容缓。

河道湖泊污染治理方法主要分为物理措施、化学措施、植物措施、微生物措施、生态措施5类治理手段。

物理修复是指利用阻隔物、过滤机、过滤池或大型沉淀池等方式去除水体中污染物的技术修复对象的主要特征是悬浮物，经常采取疏挖底泥、机械除藻、引水淸淤等措施，物理方法简单有效，但作用时限较短，对后续污染的控制作用极为有限，往往与其他修复技术配合应用。

化学修复的实质是利用化学药剂复杂的化学及物化作用(包括中和、络合、生成气体或沉淀、破乳化、胶体失稳、萃取、凝聚与絮凝等)，将污染物从水相转移到另一种物相，具备奇效快等特点，多在应急条件下采用较多。该方法并未从根本上消灭污染物，且投加化学药剂易产生二次污染。

植物修复主要是利用植物移除、转移、固定和消纳污染物方法，原理包括根系生物降解、植物富集、植物降解和植物固定途径，通过植物根系的吸附也能将水体中营养物质转移至植物体内，通过人工收割手段将河道营养元素移出河道。具有成本低廉，无任何附加污染风险等优点。但植物措施作为一种长期治理措施，在一些污染较为严重水域其效果并不显著，且在缺乏人工管理条件下，残体将会直接落入河道湖泊中，亦会成为有机物污染来源。目前大多采用生物浮岛或生物浮床措施治理河道湖泊，其作用范围主要集中于根系附近，而根系一般分布于水体表层，因此对底层水体影响较小，在较深河道作用受限制。

微生物修复指利用微生物对环境中的污染物进行吸收或氧化降解，从而减少或最终消除环境污染的受控制或自发的过程。目前所有采取生化工艺其核心都是利用微生物作为主要污染物消纳者。具有设施简单，运行费用省，操作简单，环境影响小，不会导致污染物转移或形成二次污染等优点。但如何维持微生物在河道湖泊治理过程中长期有效作用，是微生物修复技术的关键。

生态修复是一种综合性治理措施，其核心在于人工构建立完整生态系统（生态塘、人工湿地、土壤过滤生态系统），通过自然生态系统自身物质、能量流动将污水中污染物固定于生态系统不同营养级中。生态措施是最为环境友好的污水治理措施，且运行成本较低。但其处理速率慢，生态系统对污染源（营养）的接纳都存在上线，大多生态系统在短时间内接纳过量营养输入都会发生生态系统崩溃。因此在处理河道湖泊污水中，生态措施一般需要巨大工程面积（处理面积和缓冲面积），在城乡区域极难实现。

微生物-生态修复技术具有良好的运用前景，但仍需要解决以下几个关键问题：

（1）如何充分提高各单体方法修复能力。比如，对于微生修复技术而言，需要寻找一种方法来提高单位体积有效菌浓度，尽量避免菌种流失并提高优势菌种竞争力及抗毒害能力等。

（2）如何将多种修复方法有机地组合起来，充分发挥各自最佳修复能力。

发明内容

本发明的目的是针对单一修复方法无法从根本上解决河道湖泊污染问题的不足，重点将固定化微生物技术、组合填料、曝气充氧与水生植物进行耦合，建立处理效果好、环境友好、经济廉价、集成度高、应急能力强的污染水体有效治理设施及手段，为今后污染河道湖泊的修复提供一条新的、有效的解决途径。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种生物强化型河道湖泊原位生态修复方法，其技术解决方案为：污染河水首先经过生物接触氧化单元去除大部分有机污染物及部分氨氮，处理后的污染水经由一级生态单元，利用植物根系吸附或吸收水中污染物后，进入生物流化床单元去除水中的氨氮、T-N以及进一步去除有机污染物，接着，生物流化床单元处理后的污染水经由二级生态单元，利用植物根系进一步吸附或吸收水中污染物后，经由泥水分离单元将生物接触氧化的剩余污泥及悬浮物与水体分离，最后，污染水经由过滤吸附单元去除水中的总磷及悬浮物指标后经由三级生态单元，利用植物根系深度吸附或吸收水中污染物后排出系统。

上述生物接触氧化单元内设置表面吸附型微生物填料，依靠曝气或搅拌实现充分混合及充氧，停留时间15min-180min。

上述生物流化床单元内投加包埋法固定化微生物载体，设置载体拦截措施以及曝气或搅拌措施，停留时间15min-180min。

上述包埋法固定化微生物载体，由有机高分子材料制备而成，将微生物尤其是高效微生物限制在载体内部，载体粒径0.5-50mm，载体投加量根据污染水水质及水量确定，一般在2%-50%。

上述高效菌种包含但不限于脱氮效果及去除有机物能力强的菌种，比如硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属以及反硝化细菌等微生物中的一种或多种的组合。

上述泥水分离单元，在过水断面设置可抽插细格网，网孔径选用0.1-5mm，将生物接触氧化的剩余污泥拦截，定期离线清洗细格网实现剩余污泥的去除。

上述过滤吸附单元，内部填充除磷填料，除磷填料包括但不限于活性炭、沸石、火山岩等大比表面积材料，以及煤矸石等含钙或铝成分的材料中的一种或多种的组合。

上述生态单元，种植除磷脱氮效果好的生态植物，包括但不限于美人蕉、旱伞草、芦苇、香蒲、苦草、金鱼藻、坦克草、香根草中的一种或多种组合。

有益效果：

本发明采用的生物强化型河道湖泊原位生态修复集成装置及技术，技术核心是采用强化生化处理技术，主要包括固定化微生物技术与微生物填料挂膜。

本发明采用的固定化微生物技术采用环境友好型材料，无毒无害，采用前期研究的低浓度胶体制备而成固定化微生物载体不仅能够降低制备成本与载体制备难度，还具有传质性能好的优点，其中特殊添加剂的添加，能够进一步地改善固定化微生物载体的强度、孔结构、传质性能及密度，为包埋其中的微生物创造良好的生长环境。此外，本发明固定化微生物技术还具有以下优点：包菌量大（可达到50mg菌种（绝干重量）/g固定化微生物载体），处理效率高； 截留微生物效果好。本项目通过配比优化，能形成特定微孔尺寸的固定化微生物载体，并将微生物固定在载体内部，能够有效避免微生物的流失，尤其对于类似硝化细菌等世代周期长的微生物，固定化微生物技术能充分提高系统固体停留时间，实现硝化细菌在载体内不断增殖和富集，避免常规河道湖泊修复技术因硝化细菌易流失、易被淘汰而造成氨氮处理效果不佳的不足； 固定化微生物抗冲击能力强。固定化微生物载体的特殊结构能够减缓废水中毒害物质对载体内部微生物的毒害，此外，微环境有利于屏蔽土著菌、噬菌体和毒性物质对微生物体的恶性竞争、吞噬和毒害，使其中的微生物在复杂环境中和激烈的操作条件下也可稳定地发挥高效能。 产泥量少。固定化微生物技术的产泥量仅为常规生化技术产泥量的10%～15%。 在治理过程中，由于传质影响，固定化微生物载体表面溶解氧浓度高、内部溶解氧浓度低的特点，通过运行参数优化，可以在系统内实现同步硝化-反硝化过程，提高治理水质。

本发明采用的生物填料，根据实际项目水质和净化目标进行选择，针对大分子和悬浮性有机物、溶解性有机氮等不同的治理目标采用不同类型的生物填料，提高系统处理效率，实现污染水的高效治理。

此外，发明设置新型的生态浮床，在水生植物的选择上采用对总氮、总磷有明显去除效果的挺水植物，并针对水质特点进行搭配。实现污染水的进一步净化，提高治理水质。

相比于常规污染河道湖泊修复方法而言，本项目充分利用固定化微生物技术单位体积有效菌浓度高、截留微生物效果好、微生物抗毒害能力强、污泥产生量少的优势，结合相匹配的反应装置型式、曝气充氧手段以及水生植物，能够有效地解决常规污染河道湖泊修复方法的不足，较大程度地提高系统处理效果，因此，具有明显的技术优势及应用前景。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例

采用本发明方法处理某河道污染水，水质如下: CODcr=80-180mg/L， 氨氮=5-25mg/L，T-P=0.4-2mg/L。污染水首先经过生物接触氧化单元，在停留时间为120min的条件下，处理后的污染水经由一级生态单元，其中种植菖蒲及美人蕉，利用植物根系吸附或吸收水中污染物后，进入生物流化床单元，生物流化床单元采用的包埋法固定化载体由聚乙烯醇、海藻酸钠等制备而成，载体粒径3-5mm，载体投加量30%，生物流化床单元停留时间90min，处理后的污染水经由二级生态单元，其中种植芦苇，利用芦苇根系进一步吸附或吸收水中污染物后，出水经由0.5mm细格栅将泥水进行分离，最后，污染水经由煤矸石与活性炭的复合除磷填料进行悬浮物过滤及除磷处理，最终出水经由三级生态单元，其中种植苦草，利用植物根系进一步吸附或吸收水中污染物后，水质达到地表四类水标准：COD≤26mg/L，氨氮≤0.8mg/L，T-P≤0.2mg/L。。

对比例

某河道污染水，水质如下: CODcr=80-180mg/L， 氨氮=5-25mg/L，T-P=0.4-2mg/L。处理工艺为“高效菌种+填料”，即在河道中设置吸附型生物填料，污染水在填料区停留时间=210min，在运行初期，向填料区按照5ppm投加量投加高效菌剂，此外，由于高效菌种仍易流失，还需按照0.5-1ppm的投加量连续向水体中投加高效菌剂，污染水经过对比例工艺处理后水质指标如下：COD=50-55mg/L，氨氮≤6mg/L，T-P=0.4-1.8mg/L。

Claims (8)

1.一种生物强化型河道湖泊原位生态修复方法，其特征在于污染河水首先经过生物接触氧化单元去除大部分有机污染物及部分氨氮，处理后的污染水经由一级生态单元，利用植物根系吸附或吸收水中污染物后，进入生物流化床单元去除水中的氨氮、T-N以及进一步去除有机污染物，接着，生物流化床单元处理后的污染水经由二级生态单元，利用植物根系进一步吸附或吸收水中污染物后，经由泥水分离单元将生物接触氧化的剩余污泥及悬浮物与水体分离，最后，污染水经由过滤吸附单元去除水中的总磷及悬浮物指标后经由三级生态单元，利用植物根系深度吸附或吸收水中污染物后排出系统。

2.如权利要求1所述的生物接触氧化单元，其特征在于内部设置表面吸附型微生物填料，依靠曝气或搅拌实现充分混合及充氧，停留时间15min-180min。

3.如权利要求1所述的生物流化床单元，其特征在于内部投加包埋法固定化微生物载体，设置载体拦截措施以及曝气或搅拌措施，停留时间15min-180min。

4.如权利要求3所述的包埋法固定化微生物载体，其特征在于载体由有机高分子材料制备而成，将微生物尤其是高效微生物限制在载体内部，载体粒径0.5-50mm，载体投加量根据污染水水质及水量确定，一般在2%-50%。

5.如权利要求4所述的高效菌种，其特征在于包含但不限于脱氮效果及去除有机物能力强的菌种，比如硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属以及反硝化细菌等微生物中的一种或多种的组合。

6.如权利要求1所述的泥水分离单元，其特征在于在过水断面设置可抽插细格网，网孔径选用0.1-5mm，将生物接触氧化的剩余污泥拦截，定期离线清洗细格网实现剩余污泥的去除。

7.如权利要求1所述的过滤吸附单元，其特征在于内部填充除磷填料，除磷填料包括但不限于活性炭、沸石、火山岩等大比表面积材料，以及煤矸石等含钙或铝成分的材料中的一种或多种的组合。

8.如权利要求1所述的生态单元，其特征在于种植除磷脱氮效果好的生态植物，包括但不限于美人蕉、旱伞草、芦苇、香蒲、苦草、金鱼藻、坦克草、香根草中的一种或多种组合。