污染水体原位就地修复技术的研究以及在温榆河污染治理上的应用

摘要  污染水体原位就地修复技术，是我国研究开发的新型污水处理工艺，是一种节能、高效、简便、无二次污染的技术。采用污染水体原位就地修复技术处理温榆河支流二道沟河水，试验结果表明当水与载体的有效接触时间为1.25小时，进水CODcr55.4-180.5mg/L，出水CODcr28.15mg/L，进水氨氮18.26-30.81mg/L，出水氨氮 6.31mg/L，各项水质指标除总氮外都能达到应有的设计水质标准。
关键词  污染水体的原位就地修复技术  微生物、酶与载体自固定化技术

我国是一个水资源缺乏的国家，水资源的短缺并日渐污染，已经成为制约国民和社会的重要因素。面对水环境大面积的恶化污染，对于如何有效的解决污染水体成为我国乃至世界上的一个课题。目前对水体污染采取的方法也有很多，最常见的有：
建设污水处理厂，采用普通活性污泥法、氧化沟法、间歇式活性污泥法等技术对城市、等生产的污水进行处理，但建设污水处理所需的设备昂贵，管理人员又多，成本很高，而且该工艺对氮、磷的去除效果差，容易发生污泥膨胀现象。考虑到我国的水体污染面积大，污染程度深，我国的治理污染投资规模有限等情况，在我国建设众多大型的污水处理厂在经济上是不可行的。
依靠河流和湖泊自身净化能力来处理污水，所需的时间较长，针对我国的水体大面积、深层次污染的现状，是不现实的。
污染水体原位就地修复技术，是在我国研究开发的新型污水处理工艺，为被污染的河道水体修复提供了一个可靠的、卓有成效的方法。具有治理费用低、环境无影响、最大程度降解污染等特点。
1、    &污染水体原位就地修复技术的研究
1.1、污染水体原位就地修复技术
污染水体原位就地修复技术是在原有河床不变的基础上，直接采用微生物、酶与载体的自固定化技术对污染水体就地处理的河水净化处理工艺。该技术在保证原有河道排污、泻洪等功能的同时实现了河水水质的净化处理。在原有河道一侧开辟一个生化处理区，并在其进水端设置一道挡水墙，其上堆放大小不同的卵石格栅。同时在原有河道上设置一座截水坝，根据水位要求使河道上的截水坝高于一定量的挡水墙，使河水自流通过布有卵石格栅的挡水墙，先去除较大颗粒的固体漂浮物后流入前端的沉淀池，沉淀池中布有自然山石景观，污水经过在此循环沉淀后进入生化处理区前端的进水池，最后污水通过设置在生化处理区前端拦水墙底部的洞口，从进水池的池底均匀地自下而上进入生化处理区。生化处理区的上、下各设置一层JW型拦截网，在上下网之间投放JHE型高效微生物载体，同时在下网底部设置JADS曝气系统。生化处理区顶部两侧的出水端分设通长三角形溢流堰，通过其可调节出水的均匀性。这样使河水从生化处理区的底部自下而上、均匀的穿过载体层后通过三角堰进入两侧的流水槽，流入原河道的下端，达到净化水质的目的。

1.2、微生物、酶与载体的自固定化技术
微生物、酶与载体的自固定化技木是借助由高分子材料合成的载体上带有氨基、羧基、环氧基等活性基团与微生物肽链氨基酸残基作用，形成离子键结合或共价键结合，从而将微生物和酶固定在载体上，同时载体上“空间悬臂”的引入，旨在减少载体背景对所固定微生物代谢增殖形成的空间障碍，为其提供了代谢增殖的生存空间。
1.3、 高效微生物载体
高效微生物载体是一种具有空间网状结构的高分子合成材料，这种材料带有氨基、羧基、环氧基等活性基团，在污水中具有良好的稳定性和物化性能，其空隙率为96%以上，固定微生物后的载体密度接近于水的密度，微生物负载量大，高达18-40g/L，容积负荷可高达16kgBOD5/m3.d，比表面积为23.3m2/g。这种载体，由于其结构的特点，可使污水、空气和生物膜得到充分掺混接触交换，生物膜不仅能大量地在微生物载体内坐床，保持良好的活性和空隙可变性，而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下，互相碰撞并被处于蠕动状态的微生物载体不断切割成更小的气泡，增加了氧的利用率，可减小曝气量。因此它具有切割气泡能力强、空间体积利用率大、无死区等特点，是当前微生物载体的更新换代产品。
1.4、 高效微生物
污染水体的原位就地修复技术中所采用的J系列微生物菌种由多种高效微生物菌群组成，其为高活性、高浓度、高组合的微生物菌群。它是针对不同的污水污染因子的种类和浓度，研制出不同的微生物菌群。此菌群是高浓度（10亿-60亿个/克）高组合（几种-几百种/剂）的粉状固体制剂，常温常压常湿下，可保存6年。当使用时，微生物菌群制剂投入水中被“激活”，激活后的微生物依靠一种特殊技术（微生物、酶与载体的自固定化技术）生存在生化反应池内，使生化反应池中始终存有大量而丰富高活性的微生物菌群，保证其处理速率和效率，并能随时根据水体中污染物种类和总量变化及时调节微生物种类和投加量。保证运行效果高效稳定，实现处理后尾水达标排放。且根据处理水质的不同，使用不同的专用特效菌种。产品中菌的数量极高，繁殖速度极快，正常运转时不再补充菌种，可节省高效微生物的用量。2、    &污染水体原位就地修复技术的应用
温榆河作为京城四大河流之一，源于昌平沙河坝水库，它的上游具有绿色生态走廊之称，是首都的一大天然水系。然而河水中氮、磷及有机物含量相对较高，远远超出了河道本身的自净化功能，使原有水生生态系统遭到严重破坏，藻类死亡后散发出的腥臭味及其底泥厌氧后产生的恶臭味，不仅严重损害了首都市民的生活质量和身体健康、而且与北京国际大都市的形象格格不入，也严重的破坏了河道的生态环境，同时给首都风景区的事业也造成了很大的影响。其根本原因是温榆河沿岸各支流、排污口中的氮、磷等污染指标的含量相对较高，从温榆河上游至下游，河道内水体中的氮、磷含量逐渐升高，氮、磷等污染指标的含量接近生活污水，严重影响了温榆河的水质，为了达到水质的要求， 污染水体原位就地修复技术在温榆河支流二道沟上得到应用。温榆河支流河道二道沟水质状况见表2。
表2   2003年11月份二道沟水质监测情况                单位：mg/L
   &监    测     项     目    &　
   &DO    &NH3-N    &CODcr    &BOD5    &SS    &T-N    &T-P
平均值    &0.00     &24.54    &79.46    &28.07     &21.00     &18.39     &2.89

2.1、设计水质指标
根据对二道沟河水污染治理的要求，在不增加药剂费用的基础上， 水中主要污染物的消减量按原水水质的60%设计（N、P等污染指标接近城镇生活污水，若不增加药剂费用，用生化法最高能达到60%的去除效果）：T-N≤3.38mg/L、NH3-N≤9.82mg/L、CODcr≤31.78mg/L、T-P≤1.16mg/L 、DO≥5 ppm。
2.2、实验装置 
针对二道沟河水污染状况，本次试验采用兰州捷晖生物环境工程有限公司自行研制、并拥有知识产权的模拟河道治理试验装置，该试验装置有效容积为0.8m3，内装有60%的JHE型高效生物载体和JADS高效曝气系统。为了更精确地测定该状态下，生化系统进出水端的液位差的大小，生化系统共设四级，并在其前端还设置了前置库和转子流量计，河水中纸张等较大颗粒的固体漂浮物、SS等在前置库内得到去除。试验过程中直接用污水泵将河水提升至试验装置进行生化处理，出水直接排入河道。
2.3、工艺流程


                 2.4、 试验结果与分析
2.4.1、据现场试验对进出水进行了一个多月的跟踪检测，检测数据见表4，CODcr、NH3-N的去除效果。
表4  跟踪监测数据
取
样    &项目    &CODcr(mg/L)    &总氮(mg/L)    &氨氮(mg/L)    &总磷(mg/L)
进
水    &最大值
最小值
平均值    &180.5
55.4
79.46    &14.18
2.701
8.44    &30.81
18.26
24.54    &4.56
1.22
2.89
出
水    &最大值
最小值
平均值    &47.50
19.50
28.15    &6.625
0.822
3.72    &9.05
3. 56
6.31    &0.52
0.18
0.35
平均去除率%    &63.95    &55.92    &74.29    &75.78
    
 
 
2.4.2、其它污染物的去除
污染水体的原位就地修复技术除了对该河水中的COD、氨氮等污染物有很好的去除效果外，还对河水中悬浮物SS、石油类等污染物质都有较高的去除效果，均能达到设计的排放要求，但总氮的去除受温度影响较大（试验研究时水温在6-8℃），未能达到设计的排放要求。
从生化反应时间与各污染物的去除关系可以看出，再延长反应时间，各污染物的去除率曲线变缓， COD、NH3-N等的去除效果变化不大。生物载体在流化过程中得以固、气、液三相充分接触与混合，强化了生物膜表面流体的紊乱程度，加快了传质速度，有效提高处理效能。在载体投加率为60%、气水比（3.5-4）：1,水与载体的有效接触时间为1.25 h工况条件下，对CODcr、NH3-N等污染指标均有良好的去除性能，在适宜温度的条件下，对石油类也有较好的去除效果。
2.4.3、出水水质评价
经采用污染水体的原位就地修复技术处理后的水质清澈透明，在没有增加药剂费用的基础上，除总氮外基本上达到了应有的设计要求。
2.4.4、运行成本
运行费用主要包括人工费，动力费。通过近2个月（2003年10月~2003年12月）的现场试验，对运行费用进行初步核算，平均运行成本为0.05元/m3水（包括电耗和人工管理费），大大低于污水处理厂对污水处理的费用。 
2.5、 工程设计与河道环境相结合
工程设计中结合河道的景观，在不破坏河岸生态的前提下，运用河道生态景观的设计新理念，对工程的周围进行了生态景观的设计，自然的生态砖护堤、鹅卵石及湿生、沉淀池中的自然景石、水生植物的种植及生化处理区出水端湿地的设计，无不体现着一种生态与自然，使工程设计和环境完美的结合在一起。
3、 结论
3.1、采用污染水体的原位就地修复技术对河水的污染治理是可行的， 该技术采用生物方法和化学方法将游离细胞和生物酶固定在生物载体上，使其保持活性并可反复利用，该技术具有生物密度高、反应迅速、生物流失量少、反应控制容易的特点，是一种实用的新型高效河水净化处理工艺，日处理量为1.7万 m3/d的河道污染治理工程将于2004年6月份竣工并投入使用。
3.2、采用污染水体原位就地修复技术的新型河水净化工艺，是一种高科技多学科的组合工艺，无二次污染[1]，属绿色清洁工艺。
3.2、采用污染水体原位就地修复技术是一种节能、高效、简易、方便的技术，不仅运行成本低，而且在工程设计中可结合河道景观进行一起的生态河道设计，属绿色环保生态工艺。
污染水体的原位就地修复技术，是目前正在兴起的突破性的一种水体修复新技术，该技术可以应用于内陆河流、城市河段、湖泊、生活污水等范围的水体修复。该技术的应用成功，将会给我国水体污染的治理带来一大福音，给国家社会与城市带来无限的生机，它将成为生物技术治理污水的又一示范。


[]
[1] 张蔚文，张灼. 固定化微生物在废水中的应用与前景[J].上海环境，1991，10（10）：20.