（市政工程专业论文）人工强化河道生态处理技术的试验研究.pdf

i v - 独创性声明及关于论文使用授权 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：磕链吼 v 1 摘要 摘要 在人类活动的影响下，河流污染愈演愈烈，我国的很多重要干流和支流均 遭受严重污染。治理河道污染有多种技术手段，包括异地处理技术、原位处理 技术和旁位处理技术。这些技术分别涵盖了生物膜法、活性污泥法和强化复氧 等水处理技术。针对辽河的重污染二级支流条子河的水文水质特征，研究拟采 用一种兼具原位和旁路处理特征，采用生物膜法和人工强化曝气技术的平流式 滤床作为核心处理工艺开展系列试验，确定滤池去除c o d 和氨氮等污染物的 能效。 试验研究分为挂膜试运行阶段、c o d 污染去除研究阶段和氨氮污染去除研 究阶段。在试验中，通过改变滤池c o d 容积负荷和曝气方案，研究影响c o d 和氨氮去除效能的影响因素。同时，试验还通过数组平行试验，研究分析火山 岩和砾石滤料对污染去除效能影响。 研究发现，在溶解氧利用效率和抗堵塞性能方面，火山岩滤料比砾石滤料 更具有优势，且火山岩滤料中的微生物也具有较高的活性，单位质量的微生物 去除的污染物比砾石滤料中的微生物去除的污染物更多。在c o d 去除方面， 平流式曝气接触氧化滤池在c o d 容积负荷为0 8 1 8k gc o d ( m 3m 时，c o d 去除率可达5 0 以上，出水c o d 浓度被控制在5 0 0 0m g l 左右，接近城市生 活污水排放的一级a 标准。 在氨氮去除试验阶段，氨氮的去除率随c o d 容积负荷的降低和曝气强度的 升高而逐步增加，在进水氨氮浓度为2 5 0 0 - - , 3 5 0 0m g l 时，出水氨氮浓度最低 可达5 0 0 6 0 0m g l ，氨氮的去除率高达7 5 8 5 。说明平流式曝气接触氧化滤 池具有较高的氨氮去除潜力。 关键词：河道治理生物膜法有机污染物氨氮天然滤料 摘要 1 1 a b s t r a c t a b s t r a c t t h er i v e rp o l l u t i o ni sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e v e r ew i t ht h eh u m a na c t i v a t i o n si n m o d e mt i m e ，m a n ym a i ns t r e a m sa n db r a n c h e si nc h i n ah a v eb e e np o l l u t e d f o r t u n a t e l y , t h e r ea r ev a r i o u sr i v e rr e g u l a t i o nt e c h n o l o g i e s ，s u c ha si n t e r c e p t i o na n d d i v e r s i o nt r e a t m e n t , i ns i t ut r e a t m e n ta n db y - p a s st r e a t m e n t t h o s et e c h n o l o g i e s u t i l i z em a n yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tm e t h o d s , i n c l u d ea t t a c hg r o w t hb i o l o g i c a l t e c h n o l o g y , s u s p e n d e d g r o w t hb i o l o g i c a lt e c h n o l o g y a n di n t e n s i f i e da e r o b i c t e c h n o l o g y , t op u r i f yp o l l u t e dr i v e rw a t e ca f t e rc o n s i d e r i n gt h ew a t e rq u a l i t ya n d h y d r o l o g yc o n d i t i o n so ft h es e c o n d - c l a s sb r a n c ho f l i a or i v e r , t h et i a oz ir i v e r , t h e r i v e rr e g u l a t i o np l a nh a db e e ne s t a b l i s h e d ，w h i c hh a v et h ef e a t u r e sb o t l lo fi ns i t u t r e a t m e n ta n db y - p a s st r e a t m e n t ，t h eh i e f i l mt e c h n o l o g ya n di n t e n s i f i e da e r o b i ca l s o h a v eb e e ni n t r o d u c e dt or i v e rr e g u l a t i o na st h ec o r et r e a t m e n tt e c h n o l o g y r e s e a r c hh a db e e nd i v i d e dt os e v e r ep a r t s ，b i o m a s sa t t a c h e dt om e d i u mp r o g r e s s ， c o dr e m o v a lr a t er e s e a r c hp r o g r e s s , a m m o n i ap o l l u t i o nr e m o v a lp r o g r e s s t h e o p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，s u c ha sv o l u m e t r i cc o dl o a d i n g ，a e r o b i cp l a na n do t h e r c o n d i t i o n sw e r ec h a n g e di no r d e rt of i g u r eo u tt h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n sf o r c o da n da m m o n i ar e m o v e m e a n w h i l e ，b yt h ep a r a l l e lt e s t s ，t h ed i f f e r e n te f f e c t so f f i l t e rm a t e r i a l s ，g r a v e la n de f f u s i v er o c k s ，h a db e e nc o m p a r e d f o ro x y g e nd i f f u s i o na n da n t i - p l u g g i n gp e r f o r m a n c e ，t h ee f f u s i v er o c k ss h o w e d m u c hb e t t e rr e s u l t st h a nt h eg r a v e l ，w h a ti sm o r e ，t h eb i o m a s si ne f f u s i v er o c k sw e r e m o r ea c t i v i t yt h a nb i o m a s si ng r a v e l m o r ep o l l u t i o nr e m o v a lr a t ep e rb i o m a s si n e f f u s i v er o c k st h a nb i o m a s si ng r a v e l w h e nt h ev o l u m e t r i cc o dl o a d i n gb e t w e e n o 8 - 1 8k gc o d ( m 3d ) ，t h ee f f l u e n tw a t e rc o df l u c t u a t e da t5 0 0 0m g l ，w h i c hi s c l o s et h eg b l 8 9 1 8 - 2 0 0 21 ad i s c h a r g es t a n d a r d c o dr e m o v a lr a t ei sh i i g h e rt h a n 5 0 f o ra n u n o m ar e m o v ee x p e r i m e n t s ，t h er e m o v a lr a t e sh a v ed i r e c tr e l a t i o n sw i t h v o l u m e t r i cc o dl o a d i n ga n da e r o b i cp l a n a tt h ei n f l u e n ta m m o m ac o n c e n t r a t i o n a b o v e2 5 0 0m g l ，t h ee f f l u e n ta m m o m ac o n c e n t r a t i o nc o u l db ec o n t r o l l e dt o 5 0 0 - 一6 o om e g l ，r e m o v a lr a t ei sh i g h e rt h a n7 5 w h i c hs h o w st h er e a c t o rh a v e h i 曲p o t e n t i a l i t i e so na m m o m a t r e a t m e n t i i i a b s t r a c t k e yw o r d s ：r i v e rr e g u l a t i o n a t t a c h e dg r o w t ht e c h n o l o g y o r g a n i c p o l l u t i o na m m o n i a n a t u r a lf i l t e rm a t e r i a l s i v - a b s t r a c t iii 第1 章绪论1 1 1 河流污染状况综述1 1 1 1 人类活动对河流环境的影响l 1 1 2 地表水的污染物类别、来源和特征一2 1 1 3 我国地表水体污染现状与分析3 1 1 4 辽河流域地表水污染概述。3 1 2 河流污染的治理技术介绍8 1 2 1 河流的异地处理技术8 1 2 2 河流的原位处理法9 1 2 3 河流的旁路处理法1 2 1 3 河道人工强化生态治理技术概述1 3 1 3 1 研发治理方案的原则1 3 1 3 2 平流式接触氧化滤池介绍1 4 1 3 3 试验研究内容1 5 1 4 课题来源和意义1 5 第2 章试验反应器和试验方法设计1 7 2 1 试验反应器设计1 7 2 1 1 反应器的组成和结构1 7 2 1 2 试验滤料的选择18 2 1 3 反应器的曝气系统设计1 9 2 1 4 平流式曝气接触氧化滤池试验反应器的启动2 0 2 1 5 平流式曝气接触氧化滤池试验反应器的运行参数2 l 2 2 试验用水2 3 2 3 试验分析方法2 3 2 3 1 物理指标2 3 2 3 2 常规指标2 3 2 3 3 微生物理化分析2 4 第3 章滤料对平流式曝气接触氧化滤池效能的影响2 5 北京工业大学工学硕。f ：学何论文 3 1 试验目的和试验设计2 5 3 2 试验结果和分析2 6 3 2 1 试验反应器可置信的c o d 去除率分析2 6 3 2 2 试验反应器的单因素方差检验2 7 3 3 本章小结3 2 第4 章工况对平流式曝气接触氧化滤池效能的影响3 3 4 1 试验目的和试验设计3 3 4 2 试验结果和分析3 4 4 2 1 火山岩滤料试验反应器3 4 4 2 2 砾石滤料试验反应器3 7 4 3 本章小结：3 9 第5 章平流式接触氧化滤池脱氮除磷性能的研究4 1 5 1 试验内容和试验目的4 l 5 2 试验结果和分析4 2 5 2 1 磷的去除效果和分析4 2 5 2 2 氨氮的处理效果和分析4 2 5 3 本章小结4 7 第6 章平流式生物接触氧化滤池的其他特性研究4 9 6 1 试验内容和试验目的4 9 6 2 试验结果和分析：4 9 6 2 1 溶解氧的消耗和利用4 9 6 2 2c o d 去除速率的研究和分析5 l 6 2 3 滤池生物膜表观特征5 3 6 2 4 生物膜镜检分析5 4 6 2 5 滤料长期运行的抗堵塞能力研究5 4 6 3 本章小结5 5 结论和建议5 7 1 结论一5 7 2 建议5 8 参考文献5 9 攻读硕士学位期间所发表的学术论文6 3 致谢6 5 第l 章绪论 1 1 河流污染状况综述 第1 章绪论 1 1 1 人类活动对河流环境的影响 河流是陆地可利用淡水资源的最重要组成部分。河流系统是地球表面水循 环、碳循环、营养循环及能量循环的主要通道，是陆地生物赖以存在的重要资 源。大小河流遍布陆地上的每一片区域，是离人们居住点和工作点最近的水体， 是最容易为人们获取的资源，同时也是最容易受到人类活动影响和最容易遭受 污染的水体【。 目前，地球上未受到人类活动影响的原始天然河流已经不复存在。地球上 可能只有不到1 7 的领域尚未被人类涉足。这些地区主要是加拿大北部和阿拉 斯加的某些地区，亚马逊河流域、刚果河流域和西伯利亚某些地区，以及撒哈 拉沙漠和澳大利亚中部沙漠的某些地区。在人类活动的强大影响下，河流在陆 地生态系统中的重要功能( 如作为大气圈、土壤圈、生物圈和海洋的链接功能 和作为主体水资源对人类社会的服务功能等) 正在失衡。人类对地球的压力已 经使目前的河流生态系统不再仅仅受地球系统控制。在很多地区，人口增长、 城市化进程、工业化和水利工程等对河流系统影响已经大大超过自然作用力的 。 影响【1 1 。 鉴于这一情况，地球科学家把地球目前所处的时期称为“人类世” ( a n t h r o p o c e n e ) ( 第四纪中的一个时期) ，把现代地球上出现的不利于生态系统 和人类社会的环境症状称为“人类世综合症”( a n t h r o p o c e n es y n d r o m e ) 或现代 地球综合症( g l o b a ls y n d r o m e ) 。地球综合症的概念是由德国全球变化研究顾问 委员会( t h eg e r m a na d v i s o r yc o u n c i lo i lg l o b a lc h a n g e ，g a c g c ) 于2 0 0 0 年提 出的，是指“由人与环境相互作用导致的全球性生态系统损害”【2 】。m e y b e c k 于2 0 0 3 年将此概念延伸于河流系统，指出了当前全球范围内出现的河流系统综 合症主要有：大型水库的综合后遗症、大坝引发的河道破碎过程、泥沙失衡过 程、无径流区扩展过程、河流盐渍化过程、河流酸化过程、河流富营养化过程 和化学与微生物污染过程等【3 1 。在这些综合症中，与河流水质有关的占了一半 以匕。 北京工业大学工学硕l ：学何论文 表1 1人类活动对河流系统的影响嘲 t a b l e1 - 1t h ee f f e c t so f h u m a na c t i o n so nr i v e rs y s t e m 人类活动 项目 土地利用采矿冶炼工业交通城市化水库建设灌溉其它活动 易降解有机质 + - i - -+ + + + + 盐类 + + + + + 直接输入 + + 水 酸类 大气输入 + + + + 直接输入 + + + + 金属大气输入 + + + + + + 污 历史污染 + + + t s s+ + + + 营养元素 + + + + + + r b d + + - t - +4 + 染 直接输入 + + + + p o p s 大气输入 + 历史输入 + + + + + 径流量改变 + + 水流状况改变 事 水生生物栖息地改变 奎 注释： + + 幸表示影响程度；+ 为正面影响；一为负面影响。 自2 0 世纪五六十年代起，陆续在世界各地相当一部分湖泊和水库中观察到 富营养化现象。7 0 年代以后，不少发展中国家的流动水体( 河流) 中也可观察 到这一现象。河流富营养化过程主要发生在流速缓慢的某些中小河流中，特别 是发生在市政污水汇入后的河段中。大量的氮、磷营养物质向水体排放和大气 中的n o 。的沉降，使得从五六十年代起水体富营养化问题成为全球性问题【4 l 。 1 1 2 地表水的污染物类别、来源和特征 造成水域环境污染的物质主要包括物理、化学和生物三大类。其中化学污 染物种类多，数量大，范围广，是防治地表水污染的重点对象【5 1 。 化学污染物主要分为重金属污染、一般好氧有机物和营养盐类污染【8 l 。 重金属污染主要包含h g 、c d 、c u 、p b 、a s 、c r 、s n 、z n 、f e 、n i 、c e 、 m n 、m o 、c o 等元素的离子。汞是一种最容易在地表水体中见到的污染物，因 为汞在工业生产中有着广泛用途，随着社会的发展，汞的提取、加工和生产日 益壮大，从而导致环境中的汞离子数量逐年累积。每年排入水体中的汞约为1 0 - 2 0 x1 0 3 吨。 第l 章绪论 水体中的一般性好氧有机物主要指可被微生物降解的溶解性或颗粒型碳水 化合物、蛋白质等。由于细菌等微生物在分解过程中消耗水中大量的氧气，所 以称之为好氧有机物污染。通常用2 0 时5 日生化需氧量( b o d 5 ) 来表示他 们在水中的浓度。或者在测定不方便的情况下用c o d 指代。主要来源于屠宰 场、食品加工厂、酿酒厂、皮革厂、城镇居民的生活污水等。 氮和磷是生物必须的营养物质，但若地表水中累积过多就会产生富营养化 【1 1 。主要来源于化肥厂、合成洗涤剂的生产和排放、城镇居民生活污水的排 放。生活污水中氮一般为1 8 - - , 2 0 m g l 。在农业生产中大量使用化肥，而化肥的 利用率，氮为3 0 - 6 0 ，磷仅为3 2 5 ，钾为3 0 6 0 ，大量化肥流失进 入地表水中，造成污染。 1 1 3 我国地表水体污染现状与分析 我国水域污染比较严重。根据历史调查资料，我国5 3 2 个地表水域( 包括 河流和湖泊) 中受到污染的占8 2 1 4 。在监测的5 00 0 0k m 的河段中，严重污 染不能用于灌溉的河段长1 26 0 0k m ，约占监测河段的1 4 。长江、黄河、淮河 等不同程度受到污染。淮河流域越5 0 的河段逝去了使用价值，污染事故频繁。 不少城市的河流污染甚为严重，实际上成为了城市的露天排水沟。 随着社会经济程度的发展和城市化进程，我国的污水排放量迅速增加，从 1 9 8 0 的2 3 4 1 0 9 吨，增加到2 0 0 8 年的5 7 2 1 0 9 吨，其中工业废水约占2 3 ， 许多污水未经充分处理就直接排入地表水域，造成大规模污染。同时，随着农 业生产的发展，农药、化肥用量大大增加。经雨水冲刷和水土流失，氨、磷和 农药等污染物随径流进入地表水体，造成水体污染和水土流失。 而围湖造田、建设大坝水闸等人为活动，虽然不属于污染范畴，但对某些 水域生态环境造成的影响和破坏也是很大的。除直接影响外，还可能加重污染 的程度，有时这种影响甚至超过了污水排放造成的影响。 1 1 4 辽河流域地表水污染概述 1 1 4 1 辽河流域自然和社会经济概况 辽河流域是我国重要的经济区，辽河平原人口密集、社会和经济发达，同 时也是我国水资源最为短缺、水污染最严重的地区之一【1 6 1 。 1 ) 自然概况 北京工业大学工学硕士学位论文 表l - 2 辽河流域主要河流的流域面积和河流长度 t a b l e l 2d r a i n a g ea r e aa n dr i v e rl e n g t ho fl i a or i v e r sm a j o rr i v e r 流域( 水系)河流名称流域面积k m 2 河流长度k m备注 辽河2 1 9 0 0 013 9 0 ( 全河含浑、太水系) 6 92 0 04 8 0 ( 省内含浑、太水系) 老哈河 34 9 4 ( 省内) 东辽河1 05 7 9( 全河) 4 1 5 ( 省内) 招苏台河45 8 32 1 2 5 二道河l5 8 91 1 8 9 亮子河10 4 69 3 8 辽河 清河 48 4 61 7 0 7 寇河 21 9 31 1 7 4 柴河l5 0 l1 4 2 8 沉河10 0 01 0 8 1 秀水河30 0 21 8 4 3( 全河) 21 5 9 ( 省内) 养息牧河l8 6 l1 0 6 7 柳河 57 9 l2 9 7 ( 全河) 2 6 9 81 7 6 ( 省内) 绕阳河 99 4 62 8 1 3 绕阳河东沙河 l9 3 4 1 2 7 0 羊肠河l2 4 26 7 2 大辽河大辽河2 7 3 2 7 浑河 1 14 8 1 4 1 5 4 浑河 苏子河 21 4 71 4 7 7 蒲河 21 6 92 0 4 9 太子河1 38 8 34 1 2 9 细河l “31 1 9 5 太子河汤河l4 6 09 0 9 北沙河l5 3 41 1 7 o 海城河 12 7 49 6 2 辽河是我国七大江河之一【1 7 1 。位于我国东北地区南部( 北纬4 0 0 3 1 - 4 5 0 1 7 ， 东经1 1 6 0 5 4 一1 2 5 0 3 2 ) 。流域东以长白山脉与第二松花江、鸭绿江两江流域分 界；西接兴安岭之南端，与内蒙古内陆诸河相邻：南以七老图、凌源山脉与滦 河，大小凌河流域毗连；北以辽松分水岭和松花江流域相连。全流域面积2 1 9 6 万m 2 ，地跨吉林、内蒙古和辽宁两省一区。本流域山地主要分布在流域的东西 两侧。地势自北向南，由东、西向中部倾斜。东、西的山地高程在5 0 0 - 2 0 0 0m ； 双辽、四平的地高程仔1 5 0 - - 2 0 0m ；铁岭、沈阳一带地面高程为4 0 - 6 0m ；营 4 第l 覃绪论 口、盘山一带地面高程只有和7m 。 辽河流域在辽宁省境内由辽河和大辽河两大水系组成，流域面积6 9 万 k m 2 。其中，耕地面积1 9 7 万k m 2 ，占流域土地面积的2 9 3 1 ；森林面积2 5 6 万k l l l 2 ，其中天然林占2 3 。 2 ) 河流状况 辽河发源于河北省七老图山脉光头山，流经内蒙古、吉林的西辽河与发源 于吉林省萨哈岭的东辽河，与辽宁省昌图县福德店相汇合，东、西辽河汇合后 称辽河。辽河在辽宁省盘锦市盘山县注入渤海，全长13 9 0k m 。辽河在辽宁省 境内流经铁岭、沈阳、鞍山、盘锦四市。 辽河干流共有大小支流2 0 余条，主要支流有绕阳河、清河、柴河、柳河、 招苏台河、秀水河、养息牧河。其中，流域50 0 0k m 2 以上的有3 条，流域面 积在10 0 0 - , 50 0 0k m 2 的有3 条。石佛寺上游左侧汇入的主要支流有清河、柴河、 招苏台河等，是辽河干流洪水的主要来源；在右侧汇入的主要有秀水河、养息 牧河、柳河、绕阳河等，属于多泥沙河流，是辽河干流的主要泥沙来源。因此 有“东水西沙”之说。主要河流流域面积与河流长度见表l - 2 。 3 ) 水库概况 辽河流域共有大型水库( 设计库容在l 亿m 3 以上的) 一共1 0 座，总库容 8 2 7 亿m 3 。设计容量在l0 0 0 万1 亿m 3 的中型水库2 7 座，设计总库容8 42 4 0 万m 3 。其中辽河流域1 6 座，设计总库容6 14 7 9 万m 3 ；浑河流域6 座，设计总 库容1 87 2 6 万m 3 ；太子河流域3 座，设计总库容60 2 0 万m 3 ；大辽河流域2 座，设计总库容40 3 5 万m 3 。 小型水库( 库容l o 万一l0 0 0 万m 3 ) 2 7 8 座，设计总库容3 66 8 0 万m 3 。其 中库容在1 0 0 万10 0 0 万m 3 的9 6 座，设计库容3 07 2 4 万m ? ；库容在1 0 万1 0 0 万m 3 的1 8 2 座，设计总库容59 5 6 万m 3 。 4 ) 降水 辽河流域降水量自西北向东南递增，多年平均降水量在3 5 0 , - - 12 0 01 3 a l n 之 间。太子河上游，因离黄海较近，降水量较大，多年平均降水量在9 0 0m m 左 右。往西北因受长白山西南延续部分阻隔，年降水量逐渐减少，本溪、抚顺一 带年均降水量在8 0 0m i l l 左右，沈阳、铁岭一带约为7 0 0l m ，法库、新民和盘 山一带约为6 0 01 i l l 1 。再往西随着水汽来源减少，年均降水量逐渐减少，至老 哈河一带只有3 8 0 4 0 0m i l l 。 受季风气候影响，辽河流域各地降水变化很大，年年分布很不均匀。全年 降水主要集中在汛期6 9 月。冬季寒冷雪少，每年1 1 月至次年3 月，5 个月降 水量仅占全年降水的4 0 o - , 1 0 。春季4 - 5 月降雨很少，一般为5 0 1 2 0 m m ，正 1 1 4 2 辽河流域水环境治理现状 辽河流域水环境污染严重，污染持续，历史长久。二十余年水质监测数据 表明，辽河流域的辽河水系和大辽河水系主要干流约8 0 断面水质劣于国家地 表水v 类标准。辽河上游地区地质抗蚀能力弱，土壤水蚀风蚀严重，造成水土 流失，是全国少数高输沙量河流。辽河化学需氧量持续多年超过国家地表水v 类水质标准，化学需氧量与含沙量悬浮物有显著相关关系。浑河由于接纳沈阳、 抚顺两大城市大量工业和生活污水，污染态势严峻，沈阳南部、西部河段氨氮 污染突出，氨氮污染愈来愈重。太子河本溪下游段、鞍山段由于冶金选矿生产 废水污染，水质污染依然较重。大辽河受上游浑太两河流来水水质影响，及处 于潮汐界内，水场往复运动，污染物迁移下泄效果差，入海水质难以改善。2 0 世纪8 0 年代初期，全省河流水环境质量连续常规监测工作局面逐渐形成。辽河 流域4 条主要河流干流上布设了2 6 个监测断面、4 2 个支流断面【1 8 l 。 锄 靠衡 # 女 m #舞 麟赢 鲤 磊# 壤目齄 歹 群 图1 - 1 辽河水系水质状况 f i g1 - 1w a t e rq u a l i t yo f l i a or i v e r 辽河在辽宁省内长5 2 3k m ，由上游至下游分为铁岭段、沈阳段和盘锦段等 三段河流【1 9 l 。 辽河铁岭段长1 4 3 5k m 。根据1 9 9 4 - - - 2 0 0 4 年连续监测表明，铁岭段水质为 劣v 类，化学需氧量为6 0 2 1 4 4m g l ，其中2 0 0 3 年化学需氧量1 4 4m g l ，超 过v 类标准2 6 倍。2 0 0 2 年以后的氮浓度开始超过v 类，2 0 0 2 。2 0 0 4 年浓度分 别为3 4 9m g l 、4 4 8m g l 、3 8 8m g l 。 辽河沈阳段长2 2 3 5k m 。1 9 9 5 2 0 0 4 年辽河沈阳段化学需氧量为3 7 7 6 3 4 第l 章绪论 m g l ，2 0 0 1 2 0 0 4 年化学需氧量全部超过v 类水质标准，且成升高趋势；氨氮 浓度变化较大，有时超过v 类标准。 辽河盘锦段长1 5 6k m 。盘锦段水质与上游铁岭段、沈阳段污染程度及变化 趋势基本一致。1 9 9 4 年后，化学需氧量多数年份超过v 类标准；氨氮2 0 0 0 - - , 2 0 0 4 年味4 6 0 , - , 5 。8 7m g l 。 2 0 0 4 年，辽河水系监测的1 8 条一级支流中柳河、养息牧河、螃蟹沟、王 河4 条河流全年断流，西辽河部分月份断流。左小河、八家子河、清河、长沟 河、招苏台河、长河、一统河、绕阳河、清水河、小柳河等1 0 条河流为劣v 类水质；左小河、八家子河、长河等河流为排污河流，污染严重。张家沟、太 平河、况河3 条河流为v 类水质；拉马河、柴河水质较好，可达类水质标 准。 总体来看，辽河流域主要河流的主要支流水质污染较为严重。 1 1 4 3 辽河支流招苏台河的污染状况 2 0 0 8 年期间辽宁省环保局对招苏台河及其支流条子河的监测数据，见图 1 2 和图1 3 。两河流的主要超标因子为化学需氧量和氨氮。数据表明，条子河 是招苏台河的主要污染物贡献者【1 6 1 。 4 0 0 0 0 3 5 0 0 0 ，、3 0 0 0 0 一 箸2 5 0 0 0 2 0 0 0 0 醚 聪 1 5 0 0 0 叫 岖 1 0 0 - 0 0 5 0 0 0 0 0 0 $审拳窜每窜 署s晋詈答粤 , - - t 一 图1 2 招苏台河及其支流条子河的化学需氧量( c o d ) 月际变化 f i g1 - 2t h ec o dc h a n g eo f z h a os ut a ir i v e ra n dt i a oz ir i v e rp e rm o n t h 喜鼢 拳吸_积吸n拳叹n皋畎【 北京丁业大学工学硕士学位论文 o 旨 、_ ， 憾 捌 蟋 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 ， 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 0 0 枣寝审审枣 s 答晋晋署 图1 - 3 招苏台河及其支流条子河的氨氮( n h 。) 月际变化 f i g1 - 3t h en h xc h a n g eo f z h a os ut a ir i v e ra n dt i a oz ir i v e rp e rm o n t h 综上所述，辽河的主要污染来源于其众多的支流，若能控制辽河支流的水 质必然能削减进入辽河的污染物数量。招苏台河作为辽河的第二大支流，其治 理任务对辽河流域的整体治理有重要意义。 由图1 2 和图1 3 可知，治理的招苏台河的关键在于控制其支流条子河的污 染物数量。因此，最终根据条子河的水质和水文条件开展系列研究和试验工作， 通过治理条子河从而达到削减进入辽河干流污染物的目的。 - 1 2 河流污染的治理技术介绍 目前我国河流有机物污染严重，主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量、 高锰酸盐指数和石油判1 1 7 1 ，一些城市的河流完全沦为排污沟或纳污河流。国内 外治理此类河流污染的试验研究和工程实践，主要采用一些处理效果稳定、经 济性好的污水处理法，从空间分布来看，可分为异地处理技术、原位处理技术 和旁路处理技术。具体的实施方案要综合河流的地形条件、水文特征、污染程 度和河流的使用功能等多种因素确定。 1 2 1 河流的异地处理技术 以往治理以有机物污染为主的河流时，二级生物处理法通常是最经济有效 的治理方法之一。对于受污严重或流量较大的河流，在河道附近设置拦截管线 和泵站，将高污染的河水引入附近的污水处理厂进行集中处理，再将处理后水 排入河道或回用于生产和生活之中。这种异地处理法由于拦截了河道上游的污 8 枣吣_ 【h豁吣o h 啦吣。拳吸奄双_ 枣暑份月 第1 苹绪论 染物，从而大幅削减河道下游的污染物数量，可有效改善下游的水质状况。 1 9 世纪的泰晤士河，在工业革命期间接纳了大量有机污染物，为了治理泰 晤士河，英国沿河建设了b c c k t o n 、c r o s s n e s s 、r i v e r s i d e 和m o g d f i l l 等污水处理 厂，并将泰晤士河水和将要汇入泰晤士河的污水拦截至辖区的污水处理厂，经 处理后在排入泰晤士河，这些污水处理厂在治理泰晤士河水的过程中发挥了重 要作用【l 引。 我国的一些城市污水处理厂也从地形和取水、排水便宜条件等角度考虑， 将城市污水处理厂建设在河流附近，如昆明市的第二污水处理厂建设于大清河 附近，部分水源为大清河河水，对净化河流起到一定的作用。河流的异地处理 法的效果完全取决于污水处理厂的工艺水平和运行情况，本文不再赘述。 1 2 2 河流的原位处理法 污染河流的异地处理法虽然得到广泛应用，也取得了较好的处理效果，但 工程建设投资较高，对污染程度较轻或者流量较小的河流来说，直接在河道内 进行原位治理的方法更为经济。原位处理法包括河道曝气法、投菌法、生物膜 法和其他物理或化学处理法。 1 2 2 1 河道曝气技术 有机污染物较多的河流，由于其微生物分界污染物消耗水中的溶解氧，引 起河水缺氧或厌氧，河流自净能力下降，水质恶化，水生生态系统遭到破坏。 因此，向污染河流进行人工曝气，可以及时补充水中的溶解氧，加快水中微生 物对污染物的分解和利用，帮助河流生态系统恢复到健康的状况。从技术上看， 河道曝气法综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理，即采用推流式和利用曝气充氧 方式实现溶解氧的扩散，有利于克服河水的短流和提高缓冲能力，也有利于污 泥的絮蒯例。 从2 0 世纪6 0 年代起，很多国家都将河道曝气法用于污染河流的治理工程 中。根据河道条件，如水深、流速和断面形状，水质状况，地质条件，河流功 能和污染源分布等要素，河道曝气复氧的措施一般有固定式充氧站和移动式充 氧平台两种形式。 固定式曝气有鼓风曝气和机械曝气两种形式。河流鼓风曝气的结构和设备 和一般的污水处理厂的鼓风系统类似，常用于水深较大，需要持续曝气，且有 航运功能或景观需求的河段。2 0 0 1 年福州白马支河完成底泥的疏浚工作之后， 北泵工业大学工学硕士学何论文 在河底设置一套穿孔曝气管，由鼓风机供气，为河水补充溶解氧，经过一个月 的运行之后，该河流消除了黑臭，运行一年的水质监测数据表明河水水质达到 了景观用水标准【2 0 】。 机械曝气则是直接将曝气机安装在需要曝气的河段上，适用于水深较小， 没有航运和景观要求的河流。美国为了改善c h e s a p e a k e 河湾的h a m e w o o d 运河 水质，于1 9 8 9 年在河口安装了曝气设备，使底层水温和溶解氧得以增加，并使 河道内的生物开始增加【2 1 1 ，1 9 9 0 年北京清河曾在3 5 k m 的严重污染河段安装曝 气机进行人工复氧试验，处理河水b o d 5 去除率7 4 7 8 8 2 ，c o d 盯的去除 率7 9 9 8 4 4 ，氨氮去除率1 5 8 4 5 o f 2 2 】。 移动式曝气则是采用可以快速灵活移动的曝气船，这种曝气方式的优点是 可以根据曝气河段的水质变化和航运要求，灵活调整曝气强度和曝气位置，使 曝气过程更为经济了；通常为了提高传质效率还可以在船中安装纯氧制备设备 和微气泡曝气设备，为河水供给高浓度、气泡小的曝气。在1 9 7 7 年和1 9 8 5 的 英国泰晤士河中，分别运行了充氧能力为1 0 们和3 0 们的曝气复氧船，极大 的改善了暴雨期间地面径流、污水处理厂排水和混合污水溢流等冲击负荷【2 3 】。 1 9 9 4 年德国柏林河上运行了一条充氧能力为5 抛的曝气复氧船，对保持河流 水质和净化功能起到了重要作用【2 3 1 。我国近年来在上海的苏州河 1 3 j 5 和张佳滨 【l6 】都采用了曝气复氧船进行黑臭河流的治理，取得了显著效果，且不产生二次 污染。 1 2 2 2 投菌净化技术 无论是污水处理厂净化生活污水中的污染物，还是河流自净河水中的污染 物，主要依靠的都是微生物的降解作用，当河流污染严重且丧失有效的微生物 净化作用时，直接向河道内投加微生物菌剂，可以促进有机物污染降解。投菌 净化技术常作为一种水质改善的应急处理技术，在短时间内发挥净化效果，改 善水质，适合于河流净化的微生物主要有硝化菌、自养菌等。 具有光合作用的兼性菌在天然河道中，能在厌氧条件下，利用光照作用， 利用低分子有机物和二氧化碳作为光合作用的电子供体进行生长，并且能在无 光照条件下，以上述有机物为呼吸基质，进行好氧异养生长。此外，光合细菌 还能分解和利用亚硝胺及其衍生物，消耗水体中的“三致”污染物【2 7 】。 1 9 9 7 年昆明大观河和1 9 9 8 年成都府南河的光合细菌净化河水试验均表明， 投菌净化技术对水中主要污染物去除率较高，水体透明度增加，水生生物多样 性得以改掣2 8 j 。除直接向水体中投加菌剂外，在1 9 9 9 年的上海上澳塘河道内， 第l 章绪论 投加了一种水体净化促生液( b i o - e n e r g i n z e r ) ，其含有降解微生物的多种酶，以 及促进微生物生长的有机酸、微量元素和维生素等物质。试验结果表明投加水 体净化促进液之后，可消除水体黑臭，改善水质，并且加速河水中原有微生物 的生长速度【2 8 】。 1 2 2 3 生物膜净化技术 河水净化的生物膜净化技术是指在污染河道中放置能附着大量微生物的填 料，在其表面形成生物膜，通过生物膜中微生物对污染物的降解从而达到净化 河水的目的。常用于净化河流的生物膜法有砾间接触氧化法、沟渠内接触氧化 法、薄层流法和伏流净化法 2 9 3 0 】。 砾间接触氧化法通过在河道内人工填充砾石，使河水与生物膜的接触面积 提高数十倍以上，强化自然状态下河流中沉淀、吸附和氧化分解作用。在2 0 世纪的9 0 年代，日本和韩国的很多受污染河流采用了砾间接触氧化法净化河道， 最具代表性的是日本野川1 2 9 】和韩国的良才川【3 1 1 。 受砾间接触氧化法启发，沟渠内接触氧化法是在单一排水功能的河道内填 充各类性质各异、大小迥异和材质的材料，如乱石、木炭、沸石、建筑废料、 废陶、石灰石以及波板、纤维或塑料材质的填料等，提高生物膜面积，强化河 流的自净功能【2 9 l ，填料的选择主要依靠河流的水质和工程选址来确定。 薄层流法是使河面加宽，水流形成水深数厘米的薄层流通过生物膜，使河 流的自净作用增强数十倍；伏流净化法主要利用了河床向地下渗透作用和伏流 水的稀释作用来净化河流，污染河流通过河床上的生物膜缓慢向地下扩散，成 为清洁水