景观水体污染处理工艺研究及工程应用
更新时间:2014-06-29 17:55:40 来源: 作者: 浏览:759次 评论:0条
导读：0 前言 随着生活水平的提高，人们越来越向往小桥流水如诗如画般的生活环境，向往碧波荡漾，鱼鸟成群的自然美景。在城市绿地、公园建设和大型标志性建筑中，人工湖泊、人工河道及景观水池不断涌现，房地产开发中水景住宅也成为一大热点。景观水体中氮、磷等营养物..
0 前言
随着生活水平的提高，人们越来越向往小桥流水如诗如画般的生活环境，向往碧波荡漾，鱼鸟成群的自然美景。在城市绿地、公园建设和大型标志性建筑中，人工湖泊、人工河道及景观水池不断涌现，房地产开发中水景住宅也成为一大热点。景观水体中氮、磷等营养物质的富集，使藻类异常增殖，产生水华或湖靛，水体透明度下降，溶解氧降低，水质严重恶化，这就是水体的富营养化。
水质富营养化，不仅在湖泊、水库和海湾这些封闭或半封闭性水体中发生，而且也可能在河流、河口水域发生。因此应当避免出现新的死水湖、臭河浜，加强景观水体环境治理工艺研究是一项紧迫而艰巨的课题。本论文结合上海浦东国际机场景观水池这一实际工程对景观水体环境治理工艺进行讨论。
1 工程概况
上海浦东国际机场作为上海市的窗口和标志性建筑之一，受到国内外广泛关注，其景观水池的水质直接影响到浦东国际机场的总体形象。按照蓝天碧水的总体构思，浦东国际机场设置了大小不一的7个景观水池，占地总面积约17 hm2，池深4 m，设计常水位为3 m ，极限低水位为2.5 m，整个水池有池中地面道路匝道，7个水池各自独立，但池与池之间由DN400 PVC管道连通，总蓄水量为51万m3。
由于没有考虑水体的富营养化问题，因此设计上亦没有考虑对水池水进行必要的处理，致使景观水池水体逐年变差。为防止池水的水质变坏，浦东国际机场一直委托一家水处理公司进行一般的日常维护。该公司通过投加杀藻剂的方法来控制水体的藻类大量繁殖。近年来，随着水体水质的恶化，药剂的投加量也逐年上升，由原来5 t/月增至10 t/月，但水体水质仍有变坏趋势。
2 景观水体富营养化的成因
根据藻类的经验分子式C106H263O110N16P，我们可以推算出，水体每生成1 g藻，需供给0.009 g的磷和0.063 g的氮。早在20世纪40～ 50年代，科学家们发现当水环境中总磷浓度超过0.015 mg/L，TN超过0.3 mg/L 时，藻类就出现恶性繁殖，藻类的繁殖量与外界输入的P与N浓度值成正比。
由于蓝藻、绿藻具有固氮能力，能够把大气中的氮转化为能被水生植物吸收和利用的硝酸盐形式，因而使得藻类能够获得充足的氮营养物质。即使在向水体排放的污水中的氮受到了控制，这些藻类仍然可以从大气中进行固氮作用而源源不断地供给硝酸盐，以此继续满足自身合成的需要。因此，控制氮供给源，对富营养化水体来说，是非常困难的。另外，从藻类经验公式不难看出，藻类的生产量主要取决于水环境中磷的供应量，当水环境中磷的供应量充足时，藻类可以得到充分增殖，而且当磷的浓度超过藻类的直接需要时，磷便在藻类的细胞中储存起来。
浦东国际机场景观水池容积达51万m3，水体主要来源补充水(自来水)、雨水和部分地下水。从水体水源水质来看，均为洁净水，水源中的N和P指标均很低。但从水体水质采样监测数据来看，水体存在着高锰酸盐指数总体呈上升的趋势，溶解氧指标较低，透明度有下降的趋势，景观水池池底有沉积的淤泥，水体中Cu，Fe离子浓度日趋升高，pH偏高。所有这些均反应水体有变坏的迹象。
产生这些迹象的主要原因有：①水池面积约17 hm2，水体的自然蒸发使得原本洁净的水体中N和P累积，致使藻类以及其他水生生物过量繁殖，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水体水质的恶化；②水体不具备流动性，几乎完全是一潭死水；③复合杀藻剂的大量使用，不仅增加了水池的淤泥沉积，而且使得水池水颜色变绿，透明度下降。
3 处理工艺选择
对景观水体通常采用的处理方法的优缺点比较见表1。
表1 不同处理方法比较
方 法优 点缺 点曝气法复氧效果显著耗电，占地大石床法*去除藻类、浊度有反冲洗水砂滤法去除浊度有反冲洗水生物防治法效果显著、价廉生态系统池内循环法辅助效果耗电、有死角加自来水/地下水法有效、增加流动性耗水/耗电投加化学药剂法杀藻类有积累紫外线杀藻法杀藻、消毒耗电臭氧杀藻法效果显著耗电季节性切换法适应不同情况不确定性注：*一种多层滤池，因含有一层较大的鹅卵石滤层而命名。针对浦东国际机场景观水池的实际情况，我们结合多年来水处理工程的实践经验，考虑上述不同方法的优缺点，我们将其中的几种方法进行组合，形成以下三组方案：
方案一：曝气，外循环加石床或砂滤组合，考虑结合池内循环，添加部分自来水/地下水和季节性切换。
方案二：生物防治和曝气组合，考虑结合石床或砂滤、池内循环、添加自来水/地下水和季节性切换。
方案三：曝气和添加自来水或地下水组合，考虑结合池内循环和季节性切换(夏季增用石床或砂滤)。
上述三组方案均考虑曝气法，这种方法是必要的。通过曝气，可提高水体中溶解氧浓度，使好氧微生物通过自身的新陈代谢作用把水中的有机污染物分解成简单的无机物，达到水体的净化作用。方案二中的生物防治是效果显著而且价廉的方法，但其受环境温度的影响较大。方案三中添加自来水或地下水的方法，牵涉耗水、耗电等费用。综合以上三组方案，方案一较为符合实际情况。
4 工艺讨论
4.1 外循环系统
外循环水处理工艺流程见图1。外循环水处理系统是将7#水池的水经过提升泵提升，通过砂滤池过滤处理，过滤后的水通过投加杀藻剂进行灭藻杀菌处理，并在静态混合器中进行反应，最后出水由管道引至1#水池。通过外循环处理，可去除水中的悬浮物、色度、藻类及细菌，减缓水体自然蒸发所造成的N，P累积。砂滤池自动反冲洗，反冲洗排水排至景观水池附近的明渠排放，整个系统呈连续运行状态。
图1 外循环水处理系统工艺流程
4.2 内循环系统
浦东国际机场景观水池内循环布置见图2。
图2 内循环系统示意
景观水池占地面积大，池与池之间被立交道路分割。各池之间虽有管道相连，但由于未设置推动池水流动的装置，故池水基本处于死水的状态。特别是在标高为±0.00的高架道路挡土墙附近的区域，这是造成池水水质日趋下降的主要原因之一。因此，为了进一步达到水体净化和水质混合的均匀性，在7个水池中分别增设液下推进装置，推动池水循环流动，达到流水不腐的目的。
4.3 曝气系统(见图3)
图3 曝气系统示意
水体中溶解氧的存在，可以使好氧微生物通过自身的新陈代谢把水中的有机污染物降解成简单的无机物，起到水体的自净作用。另外水体中藻类的繁殖会引起水体中溶解氧的消耗，导致水体缺氧并滋生厌氧微生物，造成水体发黑发臭。因此，水体中应维持一定的溶解氧水平。为了增加水中的溶解氧(DO)，同时也可避免池水因液下推进装置推流过程中形成死角，进一步加强池水的流动性，因此对水池采取液下曝气措施。
根据水池造型特点，在4个大池子中各设1台曝气装置，每台曝气装置连接2个曝气盘，分置于4个水池的池底，电缆线从池底沿池壁引至水池附近的配电柜，可控制开停。
4.4 补充水系统
水池面积达17 hm2，由于受自然蒸发和外循环系统过程反冲洗水的消耗，景观水池必须适当增加补充水。补充水水源近期可考虑来自部分自来水，另外从长远运行的角度也可考虑采用深井水。根据计算，补充自然蒸发年水量为5.95 万m3，约占总水量的12%。因此，预计每年补充水总量为6.12万m3。
5 结语
景观水体富营养化治理是一个极为困难的过程。本文依据上海浦东国际机场实际工程，分析了景观水体富营养化的成因，并提出了一套可行的处理工艺。目前，该项目正处于实施阶段，相信该工艺一定具有应用前景。
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