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    河道治理技术

    生态技术简介

    1.工艺技术选择原则

    1适应性强:利用现有的资源,结合当地的自然地理条件合理规划,避免占地拆迁,技术选择应适应当地的环境、气候等相关因素,保障技术的可实施性。

    2低投入、低能耗:因地制宜,充分考虑所选工艺的合理性,有效控制工艺造价。应选择高效节能的治理工艺,节能节耗,最大限度地降低运行费用。

    3具备长效性、技术稳定可靠:选择的设计工艺应具备长期稳定性和有效性的特点,避免出现晒太阳工程。

    4操作管理简便,易维护:选择的设计工艺应结合项目特点具备运行操作简单,易维护等特点。

    2.技术简介  

    针对项目特点,本工程主要采用微纳米气泡曝气技术、高效河道曝气增氧技术、高效生态浮床技术、沉水植物净化技术、水生动物多样性调控技术。

    2.1高效微生物菌剂投加技术

    1)技术组成及特点

    高效微生物菌剂投加技术是采用微生物强化降解技术对水体进行生态修复。通过投加有益微生物功能菌,在水体中迅速形成优势菌群共同作用,见效快,净化效果显著持久。与物理和化学法相比,微生物强化降解有助于生态系统的恢复,快速消除黑臭,改善河道感观效果。

    1)微生物工作过程


    1.1 废物/臭味有氧分解流程

    Ø  有氧分解过程

    1.2 废物/臭味有氧分解流程

    Ø  无氧分解过程

    1.3 废物/臭味无氧分解流程

    2)水中污染指标的去除期限及效率

    1-1 水中污染指标的去除期限及效率表

    水质指标

    处理期限

    去除效率

    硫化物

    1-2个月

    95%以上

    PH

    1-2个月

    维持在6-9之间

    COD

    1-2个月

    50-80%

    总磷

    1-2个月

    50-85%

    恶臭

    调试后1个月

    90%以上









    备注:根据原水污染情况不同,水温、PH值等边界条件不同,污染物的去除效率不同。


    1.4 处理水样过程照片

    3)微生物菌种分类

    Ø  河湖治理缓释生物制剂

    适用范围:河流、港湾、湖泊、池塘等

    特点功效:有效抑制藻类的生成,分解污泥,去除异味,改善水生态环境,恢复原生态。本制剂沉淀于水底,并缓慢散发微生物对周围的污泥进行分解处理。

    Ø  河湖治理速效生物制剂

    适用范围:河流、港湾、湖泊、池塘等

    特点功效:有效抑制藻类的生成,分解污泥,去除异味,改善水生态环境,恢复原生态。本制剂生效迅速,附着在载体上的微生物可即可对水中的污物处理,促进和恢复水中的生态平衡。

    Ø  污水处理厂全流程生物制剂

    适用范围:排水沟 水渠 污水处理厂 垃圾厂等污水集中或排放的地方等

    特点功效:此制剂有较强的稳定性和持续性,对产生恶臭的硫醇、硫化物等有机物有很强的分解能力。减少恶臭气体产生。

    Ø  净化槽及排污用生物制剂

    适用范围:排水管,水沟,阴沟,吸收式马桶等狭小的污水排放区

    特点功效:具有超强的附着力和持续性对污水中的氨,硫化氢,硫醇等有机物进行分解去除,使水得到净化。

    2.2微纳米气泡曝气技术

    1)技术组成及特点

    增氧曝气技术是人工向水体中充入空气或氧气,加速水体复氧过程,以提高水体的溶解氧水平,修复和增强水体中好氧微生物的活力,促进有机污染物的降解速度,从而改善受污染水体的水质,进而修复水体的生态系统。

    根据治理黑臭水体条件(包括水深、水量、流速、周边环境条件等)和污染源特征(如长期污染负荷、冲击污染负荷等)的不同,河道曝气复氧的主要方式有鼓风扩散曝气增氧、射流曝气增氧和船载移动曝气、微纳米气泡曝气等。相对与前几种传统的曝气增氧技术,微纳米气泡曝气技术具有效率高、见效快、易维护、低能耗等特点。

    微纳米气泡曝气技术是一种新型的人工曝气技术,由于具有气泡尺寸小(100-300nm的气泡浓度是4×108/ml)、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点,在气浮净水、水体增氧、农业灌溉、污泥降解等领域有重要应用价值。

    对比1mm10um的气泡特性如下:

    1)        上升速度慢

    直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min,而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min,后者是前者的1/2000

    1.5 气泡上升示意图

    1.6 气泡粒径与上升速度关系

    2)        自身增压溶解

    微纳米气泡内部的压力远远大于外界液体的压力,可以将更多的气泡内的气体溶解到水中,并伴随有自身溶解消失的现象。



    1.7气泡溶解变化

    3)        比表面积非常大

    相对于微纳米气泡的体积,其比表面积非常大,具有超常的气体溶解能力。直径10微米的气泡同直径1毫米的气泡相比,考虑气泡内部压力及比表面积的效果,前者的气体溶解能力为后者的1万倍,如果考虑气泡的上升速度的影响,理论上有20万倍的气体溶解能力,极大促进气液之间的反应速度。

    1.8 气泡比表面积

    4)        表面带电

    微纳米气泡的表面带有负电荷,对水中微小粒子具有增强吸附的作用。并随微纳米气泡收缩、溶解的过程产生表面电荷浓缩、电离,产生氢氧自由基等现象。

    2)技术优势

    曝气效率高,氧气利用率高。本曝气装置产生的气泡粒径属于微纳米级别,产生100nm-300nm的气泡浓度是4×108/ml,在水体中的上升速度将更慢、停留时间更长、比表面积更大,由于气泡自身带电性能更强,在水体净化过程中,能够显著提升生态系统的水体自净化能力。

    本技术主体设备完全放置在水面之上,后期设备被人为破坏的可能性极小,设备能耗很低,单设备功率只有0.75kw,后期运行费用低。

    横一港水体富营养化程度高,溶解氧含量低,设置高效曝气装置,为水体整个健康生态系统的建立和完善提供基础条件

    1.9 高效曝气装置

     

    1.10 宁波护城河共青桥段及北斗河白鹭园段(2017年)

    2.3生物碳纤维浮床技术

    针对横一港河底硬化的特点,可以采用将生态浮床与生物填料结合的高效生态浮床技术,克服了传统水生植物对种植土的需求条件

    1)技术组成及特点

    生物碳纤维浮床技术是生态浮床技术与生态碳纤维接触氧化技术的组合技术,该技术充分结合两者的优势,达到水质净化和景观美化的双重效果。

    其中浮岛采用沿湖岸摆设的布局方式,旨在美化景观和保持水面干净,生态碳纤维接触氧化采用尼龙绳悬挂方式,总体布局采用生态浮岛与生态碳纤维接触氧化工艺交替安装的方式。

    Ø  生物碳纤维浮床结构

    新型人工浮岛装置具有双层填料结构,由浮岛框架、填料、植物、浮子、固定装置等几部分组成。为营造不同溶解氧区域,新型人工浮岛采用透水性相差较大的填料进行填充,上层填充颗粒状填料,如生物陶粒、沸石等。下层填充过水性好的新型生物碳纤维填料,如图所示。

    1.11 生物碳纤维浮床侧面示意图

    生态碳纤维是一种与生物有着良好兼容性的新型填料,由腈纶、丙纶和经表面修饰后的活性碳纤维复合而成。活性碳纤维,与普通活性碳纤维相比,它经过表面修饰后,具有更好的生物亲和性、具有高达1000 m2/g以上的比表面积。结合了活性碳纤维、腈纶和丙纶三者的优点,具有化学稳定性能好、不易老化、高吸附性能、生物亲和力强的特点,优越性显著。

    生态碳纤维具有极高的吸附性与生物亲和性,是良好的微生物挂膜填料,在生物法污水处理领域具有明显的竞争优势。该材料已成功应用于水产养殖水体净化与污水处理、印染废水与再生水净化处理。

    Ø  生物碳纤维填料技术原理

    生物碳纤维填料技术原理为生物接触氧化法,生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法,即在生物接触氧化池内装填一定数量的填料,利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气,通过生物氧化作用,将废水中的有机物氧化分解,达到净化目的。

    该工艺净化效率高,处理所需时间短,对进水有机负荷的变动适应性较强。生物接触氧化法的核心是填料,填料的性能对废水处理有直接的影响,需要使用比表面积大、水力阻力小、空隙率高、能经久耐用、生物及化学稳定性好的填料。常见生物填料除了改性填料,还有分散式、悬挂式、固定式等填料。

    Ø  生物碳纤维填料结构

    生物碳纤维草由圆环串联而成,圆环直径Φ100mm,单个圆环上材料含量为2.0g,圆环间距为200mm。中心由塑料绳或纤维绳连接。本设计中用到的填料长度为1m

    填料用防水尼龙绳串成一挂。按照所选渠段长度方向均匀排列,充分发挥填料的净化作用。每根生态纤维的底部可填充少量小石块等负重物,或者每根碳纤维底部悬挂一个外径2.5cm,内径1.5cm的螺母。以增加重量使填料在水中可自然下垂。填料成品如图所示。

    1.12 浮床构造及生物碳纤维材料

    2)技术优势

    生态浮床技术是一种低成本、能持续去除水体中氮磷等污染物的原位生态修复技术,具有净化水质、提升景观、提供生物的生长繁殖空间等综合功能,在富营养化的湖泊、水库、城市景观河道等水体的修复治理中具有良好的推广应用前景。

         

    1.13 生物碳纤维水处理三小时后效果对比

     

    1.14 南明河水生态整治工程浮床配置图(2014

    4.15 北京植物园池塘水质修复工程治理前后效果对比(2007年)

    2.4沉水植物水质净化技术

    1)技术组成及特点

    在合适的水深范围内,进入水体的营养物质可通过构建多种类型的水生植被进行有效的水质净化。水生植物经过自身直接吸收、附着微生物转化、物理吸附及沉降,可遏制底泥营养盐的释放,抑制藻类生长,起到降低营养盐负荷的作用。

    本工程采用优选和培育的沉水植物,主要选择净水能力强,景观效果好,能够有效控制、不会恣意泛滥生长的种类,包括苦草、轮叶黑藻、伊乐藻、金鱼藻、菹草等。通过种植轮叶黑藻、伊乐藻等构建沉水植物净化系统,栽植方式以群落形式,以实现水体的自净,提升水域景观效果。

    沉水植物主要作用包括:

    Ø  物理作用:沉水植物减小风浪扰动,降低水流速度,促进悬浮物沉降,抑制再悬浮。

    Ø  植物的吸收作用:沉水植物可通过根、茎、叶直接吸收利用污水中的营养物质,供其生长发育,并把大量营养盐物质固定在其生物体内。

    Ø  植物的富集作用:许多的沉水植物有较高的耐污能力,能吸附、富集一些有毒有害物质,如重金属铅、镉、汞、砷、钙、铬、镍、铜等,其吸收积累能力为:沉水植物>漂浮植物>挺水植物,不同部位浓缩作用也不同,一般为:根>>叶,各器官的累积系数随污水浓度的上升而下降。

    Ø  氧的传输作用:水体中的污染物降解需要的氧主要来自大气自然复氧和植物输氧。有研究表明,水生植物的输氧速率远比依靠空气向液面扩散速率大,特别是沉水植物,其在水体中可释放大量的原生氧,保持水体高溶氧状态,提高水质净化效果。

    Ø  为微生物提供栖息地:微生物是水体净化污水的主要执行者,水体中微生物的种类和数量很丰富,因为水生植物的根系常形成一个网络状的结构,并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境,为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境,也为水体污水处理系统提供了足够的分解者。研究表明,有植物的水体系统,细菌数量显著高于无植物系统,且植物根部的分泌物还可促进某些嗜磷、氮细菌的生长,促进氮以气态形式释放,磷向无机状态转化、从而间接提高净化率。

    2)技术优势:

    Ø  自然生态:通过水生植物构建为水体生态环境构建提供基础,为微生物提供附着基质,有利于快速恢复健康水体生态系统,促进水体自净能力。

    Ø  效果稳定可控:水生植物种类为乡土物种,具有成活率高、净化效果明显、景观效果好、易于管理控制、不会造成物种入侵危害等优点。

    2.5水生动物多样性构建技术

    1)技术原组成及特点

    在保护水生植物净水功能的前提下,完善人工生态系统食物链和食物网结构,在水体中放养一定种类和数量杂食性鱼类和底栖动物,提高水生生态系统的稳定性。

    自然水生生态系统通常由以下两条食物链构成:

     

    A 、牧食链:

               


    B、腐食链:


     


     

     

     

     



    1.16 河道生态系统食物链示意图

    通过人工放养鱼、虾、底栖动物等水生动物,增加食物链顶级消费者,可将水体中的营养盐等转化为人类可以利用的鱼类等产品进行收获,与此同时使水质得到净化。

    水生动物的放养将充分考虑水生动物物种的配置结构(时空结构和营养结构),科学合理地设计水生动物的放养模式(种类、数量、个体大小、食性、生活习性、放养季节、放养顺序等)

    Ø  鱼类

    黑鱼生性凶猛,繁殖力强,胃口奇大,中地区为5~7月,以6月较为集中。繁殖水温为18~30℃,最适水温为20~25℃。乌鳢有极强的生命力和对环境的适应能力,无论是湖泊、水库、河川、溪沟、塘堰还是水田、渠道,甚至连一般鱼类难以生存的沼泽、积水潭、洼凼等都能生长、繁衍。

    Ø  虾类

    岸边落叶、河中水草等形成的有机碎屑以及水生动物粪便、尸体等形成的有机物质易污染景观水体,在河中放养一定数量和青虾以摄食有机碎屑,起到净化水质作用。

    Ø  底栖动物

    底栖动物根据摄食习性选择螺、贝类作为群落调控主要种类。

    2)技术优势

    人工放养适宜生境的水生动物,不仅不会破坏原有水生生态系统,反而会增加生态系统生产力、增加水体生机活力。同时通过人工干预促进食物链的完善,可快速恢复并加长食物链,加快水体中污染物的去除速率,生态、有机的消除水体污染。

    2.6水生态系统集成技术

    健康水生态系统各成分是个完整的有机体,除了必要的非生命类物质基础(阳光、水、空气和土壤等),还需有处于生态平衡状态下的生产者、消费者和分解者。因此,健康水生态系统中有各类水生植物(包括沉水、浮叶和挺水植物等)、浮游动物、底栖动物及鱼类、微生物和少量的藻类,从而维持了水生态系统正常的结构和功能,使得水体产生自我净化能力,同时顺利完成物质循环和能量流动,水体也可长久保持清澈状态,并且具备一定抗干扰能力。

    水生态系统集成技术,就是通过完善整个生物群落组成、形成生物群落与水体环境的双向反馈协调,其中水生植物、水生动物、底栖动物、浮游动物、微生物等各种类数量均衡协调,同时充分利用水生植物的净化效果,从而来重建健康的水生态系统,实现水环境治理和水生态恢复的目的。


     

     

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