（模式识别与智能系统专业论文）城市景观水体的污染防治技术研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 随着城镇化发展的加快，生活水平的提高，现代城市规划设计中已经少不了水景设计， 亲水景观越来越受到人们的喜爱。但是，由于城市景观水体多为静止或流动性差的封闭缓 流水体，一般具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力低等特点，加上居 民生活和水系中鱼类的影响，极易造成景观水中悬浮物增多、浊度增大，有机物、细菌和 大肠杆菌的含量增高。在气温较高时，富含n 、p 等营养元素的水体中迅速滋长藻类，藻 类的异常繁殖破坏了景观水环境的生态平衡，景观水体呈现明显的绿色，水体色度异常， 一般可达几十度甚至上百度，并伴有明显的鱼腥味，甚至造成水体发黑发臭，严重影响景 观水体的美观。因此，研究城市景观水体的污染防治技术显的十分重要。 本论文针对我国城市景观水体特点和防治现状，对城市景观水体污染防治技术进行了 研究。分析了城市景观水体的特点及其水质污染状况表明景观水体处理的必要性和迫切 性。综述了景观水体的污染控制和修复技术及其机理，结合实际工程，采用“生物净化+ 高效过滤+ 曝气”生物净化和物理化学处理有机结合的技术，工程实践证明，该技术对广 东科学中心景观水体的防治取得了明显的效果。也为防治其他城市景观水体污染提供了可 供参考的技术支持。 关键词：城市景观水体污染防治技术 研究 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eu r b a n i z a t i o ns p e e du pt h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s ， m o d e r nu r b a np l a n n i n ga n dd e s i g nh a sb e e nd e s i g n e du l t i m a t e l y , w a t e rf e a t u r e s ，w a t e rm o r ea n d m o r ep o p u l a r h o w e v e r , t h eu r b a nl a n d s c a p ef o rm o r et h a nas t a t i cb o d yo fw a t e ro rp o o r m o b i l i t yo ft h ec l o s u r eo fs l o w - f l o ww a t e rb o d i e s ，t h eg e n e r a la r e ao fw a t e rw i t has m a l l ，e a s yt o p o l l u t i o n ，w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fs m a l lw a t e rb o d i e sa n dl o ws e l f - p u r i f i c a t i o na b i l i t y , t o g e t h e rw i t ht h er e s i d e n t sl i v i n gi nw a t e ra n df i s hi m p a c to nt h el a n d s c a p ev u l n e r a b l et o s u s p e n d e ds o l i d si nt h ew a t e ri n c r e a s e d ，i n c r e a s e dt u r b i d i t y , o r g a n i cm a t t e r , b a c t e r i aa n de c o l i l e v e l si n c r e a s e d a th i g ht e m p e r a t u r e s ，h i g hn ，p ，a n do t h e rn u t r i t i o n a le l e m e n t so ft h er a p i d g r o w t ho fa l g a ei nw a t e r , t h ea b n o r m a lr e p r o d u c t i o no fa l g a ed e s t r o y e dt h ew a t e re n v i r o n m e n t ， t h ee c o l o g i c a lb a l a n c eo fl a n d s c a p e ，w a t e rl a n d s c a p es h o w nc l e a rs i g n so fg r e e n ，w a t e r - c o l o r a b n o r m a l ，u s u a l l yr a n g i n gf r o maf e w10d e g r e e se v e na tb a i d u ，a n dw i t ho b v i o u ss m e l lo ff i s h a n de v e ns m e l l yb l a c kw a t e rh a ss e r i o u s l ya f f e c t e dw a t e rb o d i e sb e a u t i f u ll a n d s c a p e a sar e s u l t ， t h eu r b a nl a n d s c a p eo fw a t e rp o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fs i g n i f i c a n tt e c h n o l o g yi sv e r y i m p o r t a n t i nt h i sp a p e rf o rc h i n a su r b a nl a n d s c a p ew a t e rf e a t u r e sa n dc o n t r o lt h es t a t u sq u oo nt h e u r b a nl a n d s c a p ew a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yi ss t u d i e d a n a l y s i so ft h eu r b a nl a n d s c a p e w a t e rf e a t u r e sa n dl a n d s c a p es h o wt h a tt h es i t u a t i o no fw a t e r p o l l u t i o no f w a t e rb o d i e st oa d d r e s s t h en e c e s s i t ya n du r g e n c y o v e r v i e wo ft h el a n d s c a p eo fw a t e ra n d p o l l u t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g y a n di t sr e p a i rm e c h a n i s m ，i nl i g h to ft h ea c t u a lp r o j e c t ，a ”p u r i f i c a t i o no fb i o l o g i c a lf i l t e r + + e f f i c i e n ta e r a t i o n b i o p u r i f i c a t i o nt r e a t m e n to fo r g a n i ca n dp h y s i c a lc h e m i s t r yc o m b i n a t i o no f t e c h n o l o g y , e n g i n e e r i n gp r a c t i c eh a sp r o v e dt h a tt h et e c h n o l o g yo ft h eg u a n g d o n gs c i e n c e c e n t e rl a n d s c a p eo fw a t e rc o n t r o la n da c h i e v e dr e m a r k a b l er e s u l t s f o rt h ep r e v e n t i o na n d t r e a t m e n to fo t h e rb o d yo fw a t e rp o l l u t i o ni nt h eu r b a nl a n d s c a p et op r o v i d ear e f e r e n c ef o r t e c h n i c a ls u p p o r t k e yw o r d s ： u r b a n l a n d s c a p ew a t e rp o l l u t i o np r e v e n t i o na n dt r e a m e n t r e s e a r c h 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究 所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 垒臣墨 日期： 盈立墨车1 2 目参日 研究生学位论文版权使用授权书 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的 名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作 的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意 学校将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。 论文作者签名：兰臣墨 指导教师签名：堡至盥 日 期：上划弘吐l 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 前言 水是构成自然界生态环境的物质要素，为人类提供了生活资源。水又是人们的 实践对象。人类从古文明的发源地到对水的盲目崇拜；从对驾驭自然的奢望到水域开 发的创举；从水资源的危机到重返大自然的呼唤，人类为了生存和生活的发展，与水 发生了多种多样的水事关系：水与生命，水与经济，水与地球，水与资源。 但是，纵观水科学领域，便可发现，时至今日，人们对水的研究，主要着眼于 水的自然属性以及水作为物质的主要作用灌溉、发电、供水、航运等，而对与水 的社会属性，特别是水在社会精神文化领域的利用，缺乏系统的科学研究。水影响和 丰富人类精神领域的最突出表现是其景观效应，或者说水除了作为物质资源外，还有 一种刺激感观、活跃情操、平心静气的精神资源，是分布广泛而又作用突出的“景观 资源 。 随着社会的进步和发展，人类除了对物质产生不断增长的需求外，对精神世界 的需求迅速增长。在自然构景主体资源中，水扮演着重要的角色。在城市建设中，更 加需要这种具有景观效应的水体。 所谓的景观水体是指天然形成的或人工建造的，给人以美感的城市、乡村及旅 游景点的水体。如大小湖泊、人工湖、城市河道、护城河以及住宅小区的小池塘等等。 随着城镇化发展的加快，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。 景观水体已成为城市景观多样性的重要组成部分，无论是在中国还是在欧美， 无论是现代花园还是古典园林，水景都占据着举足轻重的地位。城市建设从单纯的追 求建筑的容积率，解决功能上的满足，过渡到对城市环境的高标准的建设。水景已经 越来越贴近人们的现实生活。 随着人们对周围环境的日益重视和环境保护意识的不断增强，对于城市景观水 处理的重要性及必要性将有更深入的认识，景观水处理也必将成为继生活用水处理、 工业用水处理后的又一给水处理新领域，其市场前景和发展空间巨大。 1 2 景观水体的污染现状 随着我国城市经济与社会的发展，环境污染问题日益突出。各类污水及地表径 流的流入，造成许多城市河流、湖泊等景观水体受到不同程度的污染。 景观水体多为静止或流动性差的封闭缓流水体，一般具有水域面积小、易污染、 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 水环境容量小、水体白净能力低等特点，加上居民生活和水系中鱼类的影响，极易造 成水中悬浮物增多、浊度增人，有机物、细菌和大肠杆菌的含量都增高。在温度较高 时，富含n 、p 等营养元素的水体中还会滋长藻类，藻类的异常繁殖会破坏环境的 生态平衡，湖水呈现明显的绿色，水体色度较高，一般可达几十度甚至上百度，并伴 有明显的鱼腥味，有时甚至造成水体发黑发臭，严重影响景观水体的美观。由于人类 活动的影响，加上缺乏统一规划、管理不善和维护改造资金不足等因素，全国有9 3 的公园水体遭到不同程度的污染，水体黑臭及富营养化现象比较严重n 1 。 城市景观水体的水体污染有三点共同之处，即污染源类似、污染物基本相同、 都缺乏综合防治措施。水体污染主要来自以下几个方面： ( 一) j 临近水体的居民生活污水； ( 二) 植物代谢残留物； ( 三) 人为丢弃的垃圾杂物； ( 四) 久旱初雨携带的空气中的尘埃和植物表面的尘埃； ( 五) 水上娱乐设施污染； ( 六) 城市排污处理不当造成的污染。 1 3 选题科学依据 1 3 1 课题所属研究领域 本课题属于水处理研究领域，研究对象为城市景观水体。对城市景观水体 的污染防治技术进行研究，并结合具体的工程实例，对城市景观水体的污染防 治技术提供一套可行的、可靠的方案。 1 3 2 课题的理论意义 ( 1 ) 城市景观水体的大规模兴起使得水景的防治有其必要性： 近年来，随着社会各界对水环境的重视，各类人造水景观在城市不同区域和地块 中应运而生。水景是城市的重要组成部分，“水”是城市的眼睛，城市因为有了水才 显得更有灵性和活力。随和城镇化发展的加快，和谐社会的构建，公园、绿地和小区 内的景观水体越来越多，也越来越受到人们的喜爱。据不完全统计，至2 0 0 3 年底， 仅武汉市市区的水景住宅面积就达到了2 0 0 万r i l 2 。在现代房屋规划设计中已经少不 了水景设计，“依山傍水”似乎是人的天性，亲水景观越来越受到人们的喜爱。城市 景观水体的处理既要达到净化的效果，又不能对环境造成二次污染。 但由于景观水体自身的特性，使得其容易受到污染。因此，对景观水体污染防治 技术的研究与应用就十分必要。 ( 2 ) 水资源的严重匮乏：( 迫切性) 然而今时不与往日，今人与水，因城市文明与工业文明的飞速膨胀，水已成为奢 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 侈的享受。一方面工业文明给生态环境带来的负面影响日益加剧，人们赖以生存的水 源不断受到污染和破坏，至今日，全球已有至少8 0 个国家，或占全球4 5 的人口严 重缺水，如果这一趋势得不到遏制，今后3 0 年内，全球6 0 以上的人口将面临水荒； 而另一方面，城市建设的发展，填了不少河道、湖泊，其中对于改善生态环境、调节 小气候作用显著的水面积大量减少；同时，由于人造水景大都使用自来水或地下水， 水景的大规模兴起，也加剧了淡水源的消耗。 我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资 源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米， 仅为世界平均水平的l 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，全国有3 0 0 座城市 缺水，因缺水全国城市工业每年损失1 2 0 0 亿元。是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国 家之一。 扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的 淡水资源量则更少，仅为11 0 0 0 亿立方米左右，人均可利用水资源量约为9 0 0 立方米， 并且其分布极不均衡。到2 0 世纪末，全国6 0 0 多座城市中，已有4 0 0 多个城市存在 供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达l l o 个，全国城市缺水总量为6 0 亿立方 米。 ( 3 ) 水资源的优化配置和可持续发展的要求： 日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛 盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民 的饮水安全和人民群众的健康。 人们对经济增长和生活质量提高的片面追求，留给后代持续发展的空间越来越 小。面对这种人们精神层面的亲水需求与人类可持续发展之间的矛盾，景观水的来源 与处理就成了关键。如何在满足环境需求的同时，科学的将水资源优化配置，达到节 水、节能、节省一次性投资是一个系统工程。因此，进行此项研究具有十分重要的现 实意义。 1 3 3 课题研究内容 本研究以城市景观水体为主要研究对象，结合广州市“广东科学中心”具体的工 程实例，分析了城市景观水体污染防治方案的比较与选择，采用“生物净化+ 高效过 滤+ 曝气 生物净化和物理化学处理有机结合的方案。并确定了这一处理方法城市景 观水体进行污染防治的效果，为今后的工程设计和运营操作提供了参考。通过此项技 术的推广可有效的提高水资源利用效率，解决城市水危机，保障水资源的良性循环， 对推动我国城市景观水事业的发展具有重要的现实意义。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 第二章国内外景观水体污染防治技术的研究现状 2 1 城市景观水体的分类 城市景观水体大致可以分为以下几类晗1 ： ( 1 ) 公园、风景点等的大小湖泊、河道 其大多为静止或流动性差的封闭缓流水体。水体周围的污染物和尘土等由于风 力、雨水或人为因素会大量进入，污染物经长时间的累积，导致这些水体混浊，藻类 大量繁殖，水质较差，水色深绿。 ( 2 ) 城市河道、护城河等 这些水体有一定的流动性，许多河道长期以来作为城市生活用水以及工业废水 的排污渠道，污染严重，水质差，水色发黑。随着城市建设中环保意识的加强，排污 口的改道、废水的处理等，一些河道的水质得到一定程度的改善，但要实现水体的清 澈、洁净仍需做大量的工作。 ( 3 ) 城市绿地、住宅小区中的小池塘等 开始建成注入新水时，池水清澈见底由于较少考虑到在水体内建立生态系统， 使其具有自净能力随着污染物的进入，几年以后，水体变得浑浊，大量藻类滋生，水 色变绿由于这些水体水容量小，如不加以管理改善，水质恶化的速度很快。 ( 4 ) 城市周边的河道、池塘 由于工业废水、生活污水流入其中，水体内富营养化速度加快水体中过度的营养 使得河道两边水生植物长势迅速，水葫芦、水花生等在水体中大量繁殖，呈现出明显 的沼泽化趋势，一些池塘和小的河道已经变成沼泽。 2 2 城市景观水体污染的危害 城市景观水体污染的危害主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 受植物性营养类有机物污染的景观水体 植物性营养类有机物即易于降解的耗氧有机污染物。生活污水等携带的有机质， 过量的排入水体时，能使水体的生化需氧量( b o d ) 升高，增加水中总氮( t n ) 和总 磷( t p ) 水平，最终导致水体的富营养化。氮磷的增加，将促进水生生物的活性，刺 激它们异常繁殖。特别是藻类的过度繁殖，具有更大的危害性。这种危害性表现在三 个方面：首先，藻类等水生生物的增加将超负荷消耗水中的氧气，占据生存空间，使 鱼类等其它需氧生物处于严重的缺氧状态。正常状态下，藻类可以作为鱼类良好的饲 料，但当有机物的浓度超过一定限度后，有毒的蓝藻将大量繁殖，抑制硅藻的生长。 正常的食物链遭到破坏，最终也将使鱼类遭受灭顶之灾。同时，有机物的增加和藻类 的滋生，将改变水体的感官性能：使水质浑浊，水的色味发生变化，呈黄绿或红色， 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 并带有令人作呕的腐臭味，当藻类将水中氧气消耗殆尽，厌氧生物便会大量繁殖，厌 氧生物在分解有机物时会产生c h 4 、s 0 2 、h 。s 等气体，也会放出恶臭味。 ( 2 ) 受油脂石油类有机物污染的景观水体 这类污染物漂浮于水面，使大气与水体隔绝，破坏水体正常的呼吸过程，降低水 体的溶解氧水平。一滴油可在水面上形成o 2 5 平方米的油膜，可污染9 0 平方米水面， 危害时间可持续3 个月；一些难于降解的油污，随后被吸附于水生动植物表面或在水 中乳化，继续在鱼类体内集聚，对鱼和人类造成损害。 ( 3 ) 受人工合成且难降解的有机物污染的景观水体 人工合成且难于降解的有机污染物包括有机氯类农药、非离子氨及聚氯连苯类化 合物。这类化合物具有很强的化学稳定性，对于水生物的生长繁殖有很大的危害性。 ( 4 ) 受重金属类污染的景观水体 重金属类主要是铜离子和高锰酸根离子污染，这与铜盐杀藻剂的使用有关。重金 属的危害性主要表现在对水生动植物的危害。 2 3 国内景观水体污染防治技术的研究现状 2 3 1 景观水体的污染预防技术 景观水体的规模大小不一，小型的有喷泉、冰塔、涌泉、水雾等；中型的有叠流、 瀑布、溪流、镜池等：大型的有天然和人工湖泊、景观池塘、景观河道等。水景一般 都位于人口密度较大的居住小区和公共场所，由于人类的活动及部分景观水体的封密 性特点，部分地区景观水体的水质污染比较严重。如果在景观水体管理维护过程中， 我们能防患于未然，有效控制污染，将大大降低后续治理难度。 景观水体的污染预防主要遵循以下五方面： ( 1 ) 避免外源污染物的直接污染。 对大型景观水体( 如景观河道) 首先考虑的是控制外源污染物的进入，对其进 行截污。将造成水体污染的各个污染源除去，使水体不再受到进一步的污染。因为如 果大量未经处理或深度处理的工业废水、生活污水、农业废水等直接排入水体，将会 使水体因污染物过多而得不到有效的降解。 ( 2 ) 选择好的景观水水源。 选择好的水源，如果水源的水质不能达标，则应对水源进行适当的处理后，方 可引入水体。一般来讲，以自来水作为景观水体的初期注入水和后期补充水时可将其 直接用于景观水体；若利用的是天然河水则需根据河水的水质情况决定是否需对其进 行特别处理，同时也要考虑水资源费用的付出；若利用的是再生水则再生水的水质需 满足城市污水再生利用景观环境用水水质( g b t 1 8 9 2 1 - - 2 0 0 2 ) 中的有关规定。 ( 3 ) 防止尘土、落叶、垃圾的侵入。 随着景观水搁置时间的延长，外界对它的污染逐渐加重，表现为池底被浮土覆 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 盖，池水逐渐变得浑浊，水面悬浮垃圾和水底沉积物增多。应定期打捞漂浮在水体中 的树叶、枯草等杂物，以防止它们向水中释放营养物质。 ( 4 ) 加强对池底、护坡及周围环境的维护。 受环境、温度、日照、水深等因素的影响，池底及护坡容易滋生青苔，周围环 境也易遭到破坏。因此加强对池底、护坡及周围环境的维护十分必要。 ( 5 ) 优化景观水体的设计。 对于人工水景则应优化水景的设计。如果设计的不科学，景观水体中常常会出 现死角，而死角中的水由于缺乏流动，往往最容易恶化。各种污染物将会沉积在死角 处，并慢慢地污染整个水体，死角越多，水质恶化得越快。 2 3 2 景观水体的污染治理技术 1 物理法 ( 1 ) 引水换水法口1 氮磷营养盐是造成水体富营养化的元凶，而磷则是其罪魁祸首。向景观水体中 引人一定量的水来降低水体磷浓度，可以控制藻类的生长。当水体中的悬浮物( 如泥、 沙) 增多，水体的透明度下降，水质发浑。可以通过引水、换水的方式，稀释水中的 杂质浓度，以此来降低杂质的浓度。但是需要更换大量的水，并且必须有足够的干净 水源作为保证。此法成本比较高，又要浪费宝贵的水资源，在小水量的情况下才考虑 该法。 ( 2 ) 循环过滤法 在水景设计的初期，根据水体的大小，设计配套的过滤沙缸和循环用的水泵， 并且埋设循环用的管路，用于以后日常的水质保养。如果水体面积较大，必定延长循 环过滤的周期，使水质不能达到预期的效果。和引水、换水相比较，虽然减少了用水 量，但日常的电能耗费增加了，同时也增加了设备的日常维护保养的费用。 ( 3 ) 人工曝气复氧和水力循环法h 吲 水体的曝气复氧是指对水体进行人工曝气复氧以提高水中的溶解氧的含量，使 其保持好氧状态，防止水体黑臭现象的发生。在景观水体底部曝气，使水体在复氧的 同时循环流动，消除或防止热分层，使水体充分混合，抑制水华发生。曝气的作用还 表现在：翻动景观水体，增加上层水体藻细胞处于黑暗的时间，减少藻类光合作用， 使藻类生长受到抑制；增加水底溶解氧，钝化底泥，阻止底泥中磷释放；增加水 体c 0 2 的含量，提高水体的p h 值，促进蓝绿藻向毒性小的绿藻转化。 ( 4 ) 疏浚底泥法 根据不同条件，选用不同的挖泥设备进行疏浚，国内外常选用的是带有切割头 的水力挖泥船设备。这种挖泥船的切割头将水体底泥疏松，然后与8 0 一9 0 的水混合 成泥浆，通过一横穿水体的管道将泥输送至水岸。返回池内的脱水用明矾处理，以去 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 除其中的磷。 ( 5 ) 机械除藻法 机械收藻利用机械收藻设备( 由收藻船、吸水泵、储存装置、脱水装置、自动 清洗过滤器、进出水管路、供电系统及控制系统组成) 收集水面浮藻，经泵输送到旋 转筛过滤器进行初步脱水，浓缩藻浆入集藻槽内存储，达到从水体中分离藻的目的。 董悦安等在密云水库机械除藻试验中，发现机械除藻后水中的叶绿素含量比除藻前的 都下降了，最大降幅达1 0 0 ，最小降幅6 0 3 。 2 化学法 ( 1 ) 混凝沉淀法 混凝沉淀法的处理对象是水中的悬浮物和胶体杂质，也能除藻。例如用静沉池处 理泰晤士河水时，平均除藻率为5 9 。混凝沉淀法具有投资少、操作和维修方便、 效果好等特点，可用于含大量悬浮物、藻类水的处理，对受污染的水体可取得较好的 净化效果。沉淀或澄清构筑物的类型很多，可除藻率却不相同，设计处理工艺前要针 对不同景观水质做好混凝实验。在藻类繁殖的季节，在反应沉淀池的适当位置投加粉 末活性炭作为助凝剂，可强化反应沉淀池对藻类的去除。 ( 2 ) 加药气浮法 加药气浮除藻气浮净水工艺处理效果显著而且稳定，并能大大降低能耗，其对藻 类的去除率能达8 0 以上。气浮净水工艺具有如下主要优点：可有效去除水中的 细小悬浮颗粒、藻类、固体杂质和磷酸盐等污染物；气浮可大幅度增加水中的溶解 氧；易操作和维护，可实现全自动控制；抗冲击负荷能力强。上海盛大花园人工 湖的处理中，通过对水进行不断地流动循环曝气、喷泉曝气充氧以及采用化学加药气 浮工艺来去除水中滋生的藻类、其他固体杂质和磷酸盐，从而使整个水体保持良好的 状态口1 。工艺流程见图2 1 。 加药 浮渣外运人：】：湖 图2 1 气浮法工艺流程图 ( 3 ) 投加杀藻剂 用杀藻剂灭活藻类，这是最简便的解决方法目前己合成和筛选出的杀藻剂有： 松香胺类、三连氮衍生物、有机酸、醛、酮以及季胺化合物等有机物，铜盐( 硫酸铜、 氧化铜) 、高锰酸钾、磷的沉淀剂等无机物。无毒、高效、经济的杀藻剂的开发仍处 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 干探索发展之中。应用最广泛的是硫酸铜，美国、澳大利亚的饮用水源水体中常用。 一般地，单独使用硫酸铜，须l o m g l 以上才能有效控制藻类生长。另外大麦杆的 好氧降解产物也是效果较好的广谱杀藻剂，它能在保持蓝藻、绿藻细胞形态下杀死细 胞，对较复杂、大型的高等植物的抑制很小。但是投加化学灭藻剂，杀死藻类。久而 久之，水中会出现耐药的藻类，灭藻剂的效能会逐渐下降，投药的间隔会越来越短， 而投加的量会越来越多，灭藻剂的品种也要频繁的更换，对环境的污染也在不断地增 加，而这种污染会影响我们的下一代。 所以说用化学的方式处理水质，虽然是立竿见影的，但它的危害也是显而易见 的。 3 生化处理法 若景观水体的初期注入水和后期补充水中的有机物含量较高，则可利用生化处 理工艺去除此类污染物。 ( 1 ) 膜生物反应器 在反应器中，用微滤膜或超滤膜处理进水并曝气，其出水水质可去除n h 。一n ，削 减藻类耐以生存的氮源，中科院上海应用物理研究所即采用此法处理其院内的景观 水。 ( 2 ) p b b 法 p b b 法是原位物理、生物、生化修复技术，主要是向水体中增氧与定期接种有 净水作用的复合微生物。p b b 法可以有效去除硝酸盐，这主要是通过有益微生物、藻 类、水草等的吸附，在底泥深处厌氧环境下将硝酸盐反硝化成气态氮，再上升至水面 返还大气。p b b 法采用叶轮式增氧机，具有很好的景观水体治理功能。 ( 3 ) 生物滤沟法 生物滤沟法是将传统的砂石过滤与湿地塘床相结合的组合处理方法，它采用多 级跌水曝气方式，能有效地控制出水氨氮值。此方法的工艺流程：原水经过带格栅的 吸水井除去大的漂浮物后通过水泵提升，然后经三级跌水盘跌水充氧后由跌水槽进入 生物滤沟好氧段。生物滤沟好氧段根据填料的不同又分为卵石段和炭渣段两段，之后 是植物床和生态净化沟，出水流入清水槽，最后外排。肖海文等在成都市进行了生物 滤沟试验表明，受污染溪渠的c o d 和s s 的去除率分别达到6 0 8 9 和7 9 6 6 ，对氮、 磷也有一定程度的去除，出水清澈透明训。 4 生物法 ( 1 ) 生物接触氧化法 生物接触氧化法是将细菌和真菌类的微生物和原生动物、后生动物等附着在填 料或某些载体上生长繁殖，形成生物膜，污水与生物膜接触时，污水中的有机物、氮磷 等作为营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，使微污染水得到净化，微生物自身也得 到繁殖。它具有处理效率高、水力停留时间短、占地面积小、容积负荷大、耐冲击负 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 荷、不产生污泥膨胀、污泥产率低、无需污泥回流、管理方便、运行稳定等特点。根 据国内外报道，生物接触氧化法对微污染水体的c o d ，n h 。_ n 的去除率可分别达到 2 0 - - - 3 0 和8 0 9 6 - - 9 0 ，是一种行之有效的处理方法。 ( 2 ) 生物激活法 生物激活法是通过向水体中投加生物促生剂来刺激土著微生物的迅速繁殖，增 强水体的自净能力。有研究表明，对受污染含水层中降解d c a 的微生物投入营养物 和0 2 ，两周后d c a 降解率达到9 5 。该法具有易于操作、成本低、无二次污染等优 点，所用生物刺激剂不含外来微生物，对人体和鱼类无毒性。因此，在园林池塘、住 宅小区的人工湖以及其它景观水体修复方面，有良好的推广前景。 ( 3 ) 水生生态修复法 水生生态修复法是以生态学原理为指导，将植物生态系统结构与功能应用于水 质净化。具体做法是人工养殖抗污染和强净化功能的水生动、植物，利用食物链关系 有效的回收和利用资源，取得水质的净化、资源化和景观效果等综合效益。生态修复 技术适合按自然界自身规律恢复自然界本来面貌的修复理念，在现有的修复技术中具 有独到的优势。水体的生态修复包括植物修复和动物修复两大类。植物修复具有成本 低、对环境扰动少、有较高的美化环境价值，易被社会所接受等优点。动物修复是在 水体中适当放养原生动物、后生动物、鱼等进行动物修复，可有效去除水体中的污染 物，控制藻类和其他水生植物繁殖。南京莫愁湖通过种植莲藕，年产莲藕2 5 万k g ， 带出的氮有6 0 多吨，磷达1 吨多，浮萍在1 个月内能将污水中的磷去除9 0 n 钔。 ( 4 ) 生态综合法 i 自然生态护岸 自然生态护岸是模拟自然驳岸建造出的多功能生态护岸，它有利于生物生长栖 息、水陆交流，有助于生态系统自净能力的恢复，且通过设置亲水河谷与平台，为居 民提供休闲游憩空间。护岸技术主要实施于水系坡面和水体的消落区。在水系坡面主 要采用“植被法 和“阶梯法”。“植被法 是尽量采用以植物代替石块或混凝土护岸， 使其在沿岸形成水体过滤带，对地表径流流入湖中的水起过滤作用；岸边植物还可吸 收、转化、积累部分有机质及营养盐，有利于水体自净。我国护岸技术尚处于发展过 程，而国外对河流的治理研究较早，很多新材料新技术得到广泛应用n 钔。 1 1 人工湿地 在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料混合组成填料床，污染水 可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动，在床体的表面种植具有处 理性能好、成活率高的水生植物，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处 理。其具有投资运行费用低、效果理想、有景观效应和旅游休闲功能等优点，具有很 好的应用前景。 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 2 3 3 景观水治理新技术 ( 1 ) 生物沸石技术 沸石是一族含水铝硅酸盐矿物，在水污染防治中有着良好的应用前景啪】。生物 沸石反应器是以通过特定处理的颗粒沸石作为生物载体的一种固定生物膜处理装置。 沸石生物膜能高效去除水中氨氮、亚硝酸盐氮、m n 、有机物、嗅和味，改善色度等。 常见的生物沸石处理景观水工艺流程见图2 2 。同济大学张玉先利用颗粒生物沸石技 术净化景观水的中试试验研究已经取得初步成果。 鼓风机反冲洗水 图2 2 生物沸石处理景观水工艺流程 ( 2 ) 电磁脉冲高压离子景观水处理技术乜订 高压静电场具有杀菌灭藻的作用。其机理有三点：水在高压静电场作用下产 生活性氧，这些活性氧能破坏生物细胞的离子通道并改变菌藻生存的生物场；氧离 子的生成使水中溶解氧减少，过氧化氢的生成以及碳酸根离子、碳酸氢根离子在电极 放电使二氧化碳减少，二氧化碳降低将改变藻类生存条件，使藻类丧失光合能力； 在高压静电场作用下，会改变和影响水中菌群的生理代谢，如基因表达、酶活性等， 从而影响细菌生长代谢，达到杀菌目的。高压离子处理技术可大大减少菌藻数量，能 有效的抑制菌藻的繁衍，是一种清洁绿色的环保方法。另外，电磁法处理景观用水还 具有过程安全，设备使用寿命长等优点，能在实际中广泛运用。 ( 3 ) 微生物絮凝剂技术 微生物絮凝剂是指微生物自身产生的具有絮凝活性的次生代谢产物。絮凝性微 生物能使离散颗粒( 包括菌体细胞自身) 之间相互粘附，形成絮状沉淀而从反应体系 中分离出去。有报道国外用微生物絮凝剂处理景观河道水达到较好的效果，但目前微 生物絮凝剂的应用还大多处于菌种的筛选阶段。 2 4 国外的景观水体污染防治技术 2 4 1 湿地处理系统 湿地处理系统作为一种土壤一植物一微生物组成的人工生态系统，是自然水陆生 态系统功能的人工强化。通过过滤、沉淀、生物降解能有效减少s s 、b o d 。、n 、p 和 重会属的废水处理系统。 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 美国佛罗里达州大型浅水湖a p o p k a 湖，利用人工湿地去除湖中的悬浮物、 氮、磷等，取得了很好的效果。经过2 9 个月的运行，主要污染物的去除率分别是： 总悬浮物8 9 9 9 ，总磷3 0 6 7 ，总氮3 0 5 2 乜2 啦! 。 2 4 2 曝气复氧法 曝气复氧是景观水体常见的水质维护方法，充氧方式有直接底部布管曝气方式 和机械搅拌曝气方式，如瀑布、跌水、喷水等，可以和景观结合起来运行。研究表明 纯氧曝气能在较短时间内，降低水体的有机污染，提高水体溶解氧浓度和增加水体自 净能力，达到改善环境质量的积极效果。 对河流和景观水体进行人工曝气复氧研究在国外已经开展了2 0 多年，在水质净 化工作中占重要位置。部分欧美国家的成功经验和一些试验结果表明：人工曝气复氧 是治理河流污染的一种有效的工程措施。 2 4 3 微生物修复法 景观水体一般都以自来水作为原水，水体中的污染物高效降解菌很少，补充有 益微生物和促进其生长的营养剂可加速水中污染物的降解，也有助于加快底泥中污染 物的分解转化。采用投加菌种方法进行景观水体的生物修复近年来称为国内外研究的 热点，日本、韩国、澳大利亚等国家采用定期向水中投放光合细菌。 光合细菌是一种在水系中生长的微生物，纯光合细菌菌体含有6 0 ( 质量分数) 的蛋白质，含量相当于酵母蛋白与鱼粉蛋白，同时还含有丰富的维生素和叶酸等。由 于光合细菌能利用光能和氧将微污染水或废水中的无机和有机碳源及其它营养物质 转化为菌体，从而能起到净化水质的作用。 国外在这方面的研究已经取得了一些成果，如美国的c l e a r f l o 系列微生物制 剂，利蒙l l m o 以及日本的e m 制剂等。 用这种方法净化水体具有工艺简单、无需建构筑物、基建省等特点。结果表明： 施用生物激活剂对水体c o d c ，、b o d 。、t p 、浊度等均有显著的去除效果，并可显著提升 水体溶解氧。在园林池塘、住宅小区的人工湖以及其它相对封闭或半封闭的水体修复 方面，具有良好的推广应用前景。 但投放菌种这种生物修复法存在如下问题：菌种所需费用较高；由于光合细菌 不含硝化及反硝化菌种，解决不了水体富营养化的问题；由于水体中土著微生物与外 来菌种进行生存竞争，导致外来菌种生物量和生物活性下降，影响水体净化效果；投 加菌种方法的生物安全性问题等等。 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 第三章生态化景观水体水质控制技术 3 1 概述 传统的物化法、生化法等景观水体水质控制技术，不仅能耗高，操作管理要求严 格，而且在处理过程中所产生的臭气、污泥与噪声等问题极易给环境带来二次污染。 城市景观水体规划、设计的初衷在于美化环境，提升城市整体形象。因此在景观水体 水质控制技术的选择上，污染控制与景观效应兼备的生态化水质控制技术成为首选。 3 2 充氧曝气技术 充氧曝气技术就是根据水体受到污染后缺氧的特点，通过人工方法实现水域曝 气，让富氧水与贫氧水进行交换，使整个水体由死水变为富含氧气的流动水，以恢复 和增强好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得以净化，从而改善景观水体的水质。 水体曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式，固定式充氧站 是在需要曝气增氧的水体上安装固定的曝气装置，一般由机房( 内置鼓风机或纯氧设 备) 、空气或( 氧气) 扩散器和相关管道组成。移动式充氧平台就是在需要曝气增氧 的水体上设置可以自由移动的曝气增氧设施，其突出优点是可以根据曝气河道水质情 况，灵活调整运行，达到经济、高效的目的。 2 0 0 0 年插1 ，在上海浦东新区利用多功能水质净化船，对河床断面为9 6m 2 ，长达 3k m 的张家浜河段进行大面积、大幅度的地毯式河道曝气复氧，处理水体总容量约 2 3 3 3 1 0 4 m 3 。曝气4 5 天后基本消除了张家浜河道的黑臭，水体中溶解氧浓度达到 7 m g l ，水体中c o d 伢、b o o 。、n h 。一n 、t p 浓度分别维持在2 5 m g l ，7 m g l ，l m g l ， 0 1 m g l 左右，水体主要水质指标基本达到地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 类水质标准。 3 3 人工湿地技术 人工湿地作为一种新型的生态污水处理技术，具有较好的生态效益和经济效益。 通过种植景观植物，可以实现净化污水与增强景观的双重目的，构筑集观赏、娱乐、 污水净化于一体的人文环境，近年来在城市河湖等景观水体的治理中逐渐得到应用。 人工湿地系统利用微生物、植物、填料之间一系列物理、化学以及生物过程达到 水质净化的目的，具有能耗低、效率高；耐冲击负荷能力强；运行维护简便；脱氮、 除磷功能兼备并且生态景观效益明显等特点。其去除污染物的机理包括：有机物 去除：需氧过程、兼气性分解和缺氧作用；脱氮：植物吸收和生物转化过程；除 磷：沉淀、微生物固化作用；重金属去除：沉淀和吸附作用。 况琪军嘞1 等进行中试试验表明，人工湿地系统的除藻效果可达9 7 9 6 ( 9 月份) ， 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 最低时亦可达7 2 6 9 ( 3 月份) ，春、夏、秋季的除藻率基本相近，分别为8 6 8 3 、 8 9 1 8 、8 5 0 8 、7 4 。 人工湿地处理技术作为一种兼具环境与景观效应的生态化水质净化技术在景观 水体水质净化领域应用前景广泛。上海梦清园人工湿地水质净化示范工程是一个成功 的典型m 3 ，其净化源水为苏州河水，工艺流程如图3 1 所示。 悃 j 图3 1 上海梦清园人工湿地水质净化工艺流程图 该示范工程自2 0 0 4 年7 月起试运行，整个系统对c o d 。，、b o d 。、n h 。一n 、t p 的去除 率分别达到2 5 ，2 3 、7 4 、4 3 ，水体中的污染物质得到有效去除，出水c o d c ，达到 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 类水质标准，n h 。一n 接近类标准。 3 4 曝气生物滤池技术 曝气生物滤池是在生物反应器内装填高比表面积的颗粒滤料，以提供微生物膜生 长的载体，并根据水体的不同流向分为下向流或上向流，水体由上向下或由下向上流 过滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，空气与水体逆向或同向接触，使水中的有机物和 填料表面生物膜通过生化反应得到去除，滤料同时起到物理过滤的作用。曝气生物滤 池最大的特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池和污泥回 流，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。选择适当的填料对于提高曝气生物滤 池的效率具有重要作用。在城市景观水体的处理中适用的填料主要有沸石、陶粒、活 性炭等。 陆洪宇h 2 1 等人运用以悬浮填料为滤料的曝气生物滤池对苏州拙政园内花园景观 水体进行处理研究。研究表明，该技术能够有效地去除景观水中的c o d ，氨氮、浊度， 对c o d 去除率为4 0 - 6 0 ，n h 。- n 去除率高达9 0 左右，出水浊度低于5 n t u ，同时对 水体中的t n 也有一定的去除效果，平均去除率约2 0 左右。 3 5 生态化水质控制新技术 充氧曝气、人工湿地、曝气生物滤池等常用的生态化处理工艺势必将成为景观 水体处理技术的发展主流。目前，在这些技术成熟的生态化处理工艺上进行改革与创 新，形成处理效果更好，运行更为稳定的新技术正成为景观水体水质控制技术的研究 热点。 第1 4 页武汉科技大学硕士学位论文 3 5 1 高强磁化曝气技术研究 在水体曝气充氧的过程中，利用磁化技术在高磁场的作用下可达到杀菌抑藻的作 用。其主要原理为：一是在磁场的直接作用下，引起b