第十一章低污染水治理技术

第十一章低污染水治理技术城市化的发展进程导致人们对饮用水的需求不断增长，而随着城市河道污染的不断扩散，饮用水水源地的水质也开始承受一定程度的污染，对于这种受到轻度污染的水体，由于很多水处理技术的技术局限，要保证出水水质达标存在一定困难。目前，国内外采用的低污染河道治理技术主要包括物理法(如清淤、机械除藻、引水稀释、人工造流、曝气等)、化学法(如化学试剂除藻，加入铁盐促进磷的沉淀，加入石灰脱氮等)和生物法(如人工湿地处理、水生植物恢复、微生物修复和生态浮床等)。11.1低污染水的概念11.1.1低污染水体特点低污染水体是指受到有机物污染，部分水质指标超过《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)Ⅲ类水体标准的水体。水质污染指标主要有高锰酸盐指数和氨氮浓度，污染水体的物理、化学和微生物指标不能达到相关标准，具有有机物综合指标值较高、嗅味明显和氨氮浓度较高的特点。低污染水源水经过常规工艺处理之后出厂的水质依旧难以达到国家饮用水标准，其水质问题主要表现为以下几个方面：（1）嗅阈值高，但色、味、嗅感官的性状有待提高；（2）污染水中的污染指标较高，而常规工艺去除氨氮和高锰酸盐的能力有限；（3）药和氯消耗较高，容易在混凝工艺的过程中产生副产物，如铝、丙烯酰胺等，且氯单耗较高导致微污染水中的有机物含量增高，进而提升出厂水产生副产物的风险；（4）全国很多地区出厂水的富集提取物的致突试验结果多呈阳性，水质的安全性较差。11.1.2低污染水体治理难点一般来说，受污染江河水体中主要包括石油烃、挥发酚、氯氮、农药、COD、重金属、砷、氰化物等，这些污染物种类较多，性质较复杂，但浓度比较低微，尤其是那些难于降解、易于生物积累和具有三致作用的优先控制有毒有机污染物，对人体健康毒害很大。近年来随着工业的发展、城市化进程的加速及农用化学品种类和数量的增加，许多水源已受到不同程度的污染；并随着经济的发展，水质分析手段的进步，以及人类对饮用水水质的更高要求，低污染受到的关注也越来越高。然而，现有常规的处理微污染水工艺(混凝→沉淀→过滤→消毒)不能有效去除微污染水源水中的有机物、氨氮等污染物，同时液氯很容易与原水中的腐殖质结合产生消毒副产物(DBPs)，直接威胁饮用者的身体健康，无法满足人们对饮用水安全性的需要;同时随着生活饮用水水质标准的日益严格，低污染水源水处理不断出现新的问题。因此，选择适合我国国情的低污染水体处理技术方案已经引起了人们的高度重视。11.2人工湿地技术11.2.1人工湿地技术概述人工湿地是一种由人工建造和调控的湿地系统，通过其生态系统中物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水处理。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物（如芦苇、香蒲、苦草等）组成，形成基质—植物—微生物生态系统。当污水通过该系统时，污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解，从而使水体得到净化。人工湿地是一种开放、发展、自我设计的生态系统，涉及多级食物链，形成了内部良好的物质循环和能量传递。人类利用自然沼泽即自然湿地处理污染已有很长的历史，但作为一种人工生态工程，人工湿地是近30年才发展起来的技术。用湿地处理污染最早源于欧洲，当时称作“根区法”和“植物床”，在20世纪70年代后期，人工湿地工艺首次出现在德国，然后从欧洲发展到美国、加拿大、澳大利亚等国。在30多年的时间里，在欧洲和北美地区分别建造了500多座和600多座人工湿地处理系统。我国开始研究和发展人工湿地始于80年代末，至今已在我国各地建立了多座示范工程。人工湿地具有投资低、运营维护简单和美化景观等优点，具有较好的经济效益和生态效益，具有广阔的推广应用前景。11.2.1.1人工湿地水质净化原理基质、植物、微生物与多湿的环境共同构成了人工湿地的基本要素，形成了湿地特有的生态系统。基质为微生物的生长提供稳定的附着表面，为湿地植物提供载体和营养物质；湿地植物除直接吸收营养物质、富集污染物外，还为根区微生物的生长、繁殖和降解污染物提供氧气，植物根系维持湿地水力传输；附着在基质和植物根系的微生物的活动降解污染物，并为植物提供养分，人工湿地净化原理示意图见图11-2-1-1。11.2.1.2人工湿地类型1.表面流人工湿地2.潜流人工湿地3.复合流人工湿地11.2.1.3人工湿地技术特点11.2.2人工湿地设计1.设计原则2.场地的选择3.进水水质要求与预处理4.进水方式5.基本设计参数的确定6.湿地床7.植物选择8.布水与集水系统9.防渗处理11.2.2人工湿地应用典型案例11.2.3人工湿地在低污染水体治理中的应用11.3生态砾石床技术11.3.1生态砾石床技术原理11.3.1.1生态砾石床技术原理11.3.1.2生态砾石床技术特点11.3.2生态砾石床设计11.3.3生态砾石床应用典型案例11.3.4生态砾石床在低污染水体治理中的应用