（环境工程专业论文）虎门河道污染现状调查及水污染防治对策研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着虎门工农业生产的迅速发展、人口数量的快速增长以及城市化步伐的不断 加快，人们对水的需求量急剧增加，同时也产生了大量的废水排入到珠江及城市河 道中，其中，以生活污水对水环境污染的影响最大，水污染问题f t 益严重。 本文通过污染源和水质调查评价，分析了虎门河道水体污染现状和污染发生的 主要原因，计算了主要水体的环境容量，并通过比较，计算出水污染物总量控制的 数据，以此作为城市污水处理厂建设规模的参考依据。 针对虎门水环境质量下降、污染源控制对改善水环境质量的效果不显著，本文 引入了水体修复的生物生态治理技术。生物生态处理技术在污染水体修复的各种手 段中，是一种投资省、耗能低、效果好、长期稳定的组合新技术，它在污染水体的 水质净化、污染物吸收、降解方面具有较好的处理效果，且不产生二次污染，也是 适合我国国情的水体修复的最佳途径之一。通过研究，笔者提出了采取以生物- 生态 技术为核心，结合截污一治污工程、疏浚清淤工程、河岸带整治工程的综合治理工 程方案。 针对虎门镇的具体情况，本文提出了虎门的水污染防治的目标及重点，并在节 水管理、水质管理方面提出了一些可行性的建议，以及在循环经济的理论基础上构 建了虎门水资源管理的治理模式和政策模式。 关键词：河道调查污染防治 对策虎门 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t hi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ep r o d u c t i o nr a p i dd e v e l o p m e n t , t h ep o p u l a t i o n q u a n t i t yf a s tg r o w t h , a n dt h eu r b a n i z e ds t e ps p e e du pu n c e a s i n g l yi nh u m 剐at o w n , p e o p l e a d dw a t e rt h ed e m a n ds h a r pg r o w t h , s i m u l t a n e o u s l ya l s op r o d u c e dt h em a s s i v ew a s t e w a t e rt od i s p e r s ei n t oz h u j i a n ga n dt h ec i t yr i v e r w a y s a n i t a r ys e w a g ea d d sw a t e rt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nt ob e 4 t m o s ti n f l u e n t i a l ，a n dw a t e rp o l l u t i o nq u e s t i o nw a sd a yb y d a y s e r i o u s t h i sa r t i c l et h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n da p p r a i s a lo f p o l l u t i o ns o n r c ea n dt h e w a t e rq u a l i t y ，h a sa n a l y z e dt h ep r i m a r yc a u s ew h i c ht h er i v e r w a yc o u r s ep o l l u t i o na n dt h e p o l l u t i o ns i t u a t i o n , a n dt h em a i nw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y t h r o u g hc o m p a r i s o n , w e h a v eg o tt h ed a t ao ft o t a lq u a n t i t yc o n t r o lo fw a t e rp o l l u t a n t s ，a n dt h e r e w i t ha s t h e r e f e r e n c eo f c o n s t r u c t i o ns c a l eo f u r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t i nv i e wo f t h ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yd r o p s ，a n dt h ep o l l u t i o ns o u r c ec o n t r o lt ot h e e f f e c to fi m p r o v i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yi sn o tr e m a r k a b l ei nh u m a n ，t h i sa r t i c l e h a si n t r o d u c e d t h eb i o l o g i c a l - e c o l o g yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y t h ea p p l i c a t i o no ft h e b i o l o g i c a l e c o l o g yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yt op o l l u t e dw a t e rt r e g t m e n ti ne a c hm e t h o d ，i s ac o m b i n a t i o nn e wt e c h n o l o g yw i t hl o t so fa d v a n t a g e s ，s u c ha se c o n o m i c a li n v e s t m e n t ， s a v i n ge n e r g ys o u r c e s , g o o dt r e a t m e n te f f e c t , s t e a d yf u n c t i o ne ta 1 t h eb i o l o g i c a l e c o l o g yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yh a st h eb e g - cp r o c e s s i n ge f f e c ti ns o m ea r e a s ，s u c ha st h e w a t e rq u a i i 哆p u r i f i c a t i o n ，t h ep o l l u t a n ta b s o r p t i o na n dd e g e n e r a t i o ni np o l l u t e dw a t e r , i t d o e sn o th a v et w ot i m e so f p o l l u t i o n ，a l s oo n eo f w a t e rt r e a t m e n tb e s tw a y s , w h i c hs u i t st h e n a t i o n a lc o n d i t i o no fo u rc o u n t r y t h r o u g ht h er e s e a r c h ，a u t h o rp r o p o s et h ep l a no ft h e s y n t h e s i sr e n o v a t e sp r o g r a m ，w h i c ht a k et h eb i o l o g i c a l - e c o l o g yt e c h n o l o g ya st h ec o r e ， t r u n c a t i o nd i r t a n t i - p o l l u t i o ne n g i n e e r i n g , s c o u r st h ec l e a rs i l te n g i n e e r i n g , a n dt h er i v e r c o a s t a lz o n er e n o v a t ee n g i n e e r i n ga st h ea u x i l i a r ym e t h o d i nv i e wo ft h es p e c i a ld e t a i l si nh u m a nt o w n , t h i sa r t i c l ep r o p o s e dt h ea i ma n d e m p h a s i so fw a t e rp o l l u t i o nc o n t r s l , a n dal o to ff e a s i b i l i t ya d v i c 堪o fs a v i n gw a t e r m a n a g e m e n ta n dw a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n t ，a n dc o n s t r u c t e dt h ea d m i n i s t r a t i n gm o d e l a n dt h ep o l i c yp a t t e r no ft h ew a t e rr e s o u r c em a n a g e m e n ti nt h ef o u n d a t i o no fc i r c u l a t i o n e c o n o m y k e yw o r d sr i v e r w a y m v e s t i g a t i o n c o u n t e r m e a s u r eh u m a n n 独创性声明 i 妨0 1 7 1 1 0 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：狎移荔 日期：d 6 年t 月? 护日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：卯配移 日期：铷湃1 1 月，口扫 指导教师签名： 日期：年月日 华中科技大学硕士学位论文 1 引言 我国是一个水资源短缺的国家，水资源时空分布不均。目前全国6 0 0 多个城市 中，4 0 0 多个缺水，其中1 0 0 多个严重缺水。与此同时，由于人口的增长，到2 0 3 0 年我国人均水资源占有量将从现在的2 2 0 0 立方米降至1 7 0 0 至1 8 0 0 立方米，需水量 接近水资源可开发利用量，缺水问题将更加突出。与此同时，大范围的环境退化造 成了严重的水污染问题。淮河、海河、辽河、太湖、巢湖、滇池，其主要水污染物 排放总量居高不下。海河、辽河生态用水严重缺乏，其中内蒙古的西辽河已连续五 年断流。太湖、巢湖、滇池均为劣五类水质，总氮和总磷等有机物污染严重。近年 来，伴随着虎门经济的不断发展，虎门水资源状况也出现了严重问题。 1 1 东莞虎门镇水资源概况 虎门镇面积为1 7 8 5 平方公里，人口构成以外来人口为主，根据东莞是虎门 总体规划( 2 0 0 2 2 0 2 0 ) ，粗略预测2 0 0 6 年人口为7 7 万。 虎门镇地处珠江口东岸，南部临海，是东江南支流的最下游，以东江南支流分 支东引河、太平河，东引运河全长1 0 3 公里，流经3 区1 5 镇，在虎门镇太平分成两 部分，一部分汇入太平河入海，一部分从太平进入虎门镇形成虎门镇内河，镇内主 要水道有东引河、太平水道、广济河和大沙河。虎门境内河涌纵横，交织成网，现 状水塘面积1 0 3 2 8 7 万平方米，现状水库水面1 5 5 5 1 万平方米，现状河道面积5 0 6 8 3 万平方米。 虎门河道平均宽度2 5 m ，河流流速0 0 5 - 0 1 m s 。河道受潮水影响，潮型属一日 两回潮，带有日潮不等的混合潮，历年平均高潮位0 7 6 米，低潮位一0 9 5 米，历史 最高水位2 7 4 米，最低水位- 1 9 米。 按传统的不包括生态环境用水的用水系统来统计，虎门的现状用水包括工业生 产、居民生活和农业生产用水三部分。根据资料，2 0 0 2 年虎门总用水量为7 6 1 1 万 吨，其中居民生活用水量1 1 9 1 万吨，占总用水量的1 5 6 ；工业用水1 0 5 7 万吨， 占总用水量的1 3 9 ；农业生产用水为5 3 6 3 万吨，占7 0 5 。 华中科技大学硕士学位论文 虎门镇目前没有污水管网，雨、污水河流排放，没有污水处理厂，污水未经处 理，直接排虎门内河，对水体污染严重，排水干渠建设标准偏低，管渠断面小，水 利条件差，排水渠道淤积堵塞积水严重，缺少排涝泵站，涨潮下大雨时河水水位高， 部分地区雨水排不出去，形成内涝。 1 2 课题背景 东莞市虎门镇经济发展迅速，2 0 0 5 年，全镇完成国内生产总值1 2 7 4 3 亿元，工 业总产值2 1 5 9 0 亿元，位列全国“千强镇”之首。虎门现有1 4 0 0 多家外商投资企业， 2 2 0 0 0 多家民营、个体企业，形成了以服装为龙头产业，包括物流、汽车、电子信息、 机电一体化、五金、塑料、玩具、建材、家具等3 0 多个行业的产业结构。 然而，随着工业的高速发展，环保建设及配套市政基础设施的相对滞后，长期 大量的超标污水排放进入河道，虎门内河已经形成不同程度的黑臭状态，严重影响 了周围的环境，影响了城市形象和内河涌周边各种产业的发展，使城市的吸引力大 幅度的降低，同时也影响了内河冲周围居民的正常生活，对人民的健康也产生了潜 在的危害。 1 3 研究目的及意义 根据东莞运河流域水污染控制工程规划和东莞运河流域水污染整治工程 计划的要求，为了达到“在相当长的时期内有效地控制和削减东莞运河水污染物 的排放量，恢复、改善和保持东莞市运河流域水环境质量，确保东莞运河流域经济 持续发展”的目的，东莞运河流域3 区1 5 镇必须在计划时间内完成建设城市污水处 理厂并投入使用，配套铺设污水管道全面收集市政污水，部分镇区通过工业入园规 划集中处理污染企业工业废水，各镇区长期不懈地进行养殖业清理工作，针对本镇 区实际情况对内河涌采取市政工程措旌或进行全面系统的河道治理，最终达到水环 境综合治理和水质保护的目的。 因此，通过对虎门镇污染源的调查及污染现状分析，以及对国内外现有河道污 染的生物一生态处理方案进行综合比较和评价之后，提出一个虎门内河涌污染治理 2 华中科技大学硕士学位论文 的合理化方案是十分迫切和必要的。河涌经过整治后，水体黑臭现象得以消除，具 有一定的自净能力，重新恢复其固有功能和强化内河涌在城市中的景观的地位，从 而提升整个虎门镇的吸引力和城镇的形象。另外，城市可持续发展离不开水环境的 保护，从管理角度出发进行政策性研究，建立长效可控体系也是本文另一个探索的 重点。 1 4 研究内容及技术路线 文中针对虎门河道的污染现状进行了污染源调查其污染成因分析，通过对选取 的3 个典型的河道生物一生态治理方案进行综合比较和评价后，提出了适合虎门内 河污染治理方案，并针对重要的环境工程、生态工程及生物工程措施进行详细地分 析，并对方案的综合社会效益进行了评价，明确了现阶段水环境整治的目标及重点， 阐述节水管理对水生态可持续发展的重要作用，以及水质管理中经济手段的应用， 并运用循环经济理论制定虎门水资源治理模式及政策模型。 圈1 - 1 研究路线图 华中科技大学硕士学位论文 2 河流污染治理技术及国内外研究现状 2 1 污染河流的治理技术及现状 污染河流的治理技术一般可分为物理法、化学法和生物生态法三大类，它们在选 用污染水体类型上各有不同，其作用也各有侧重，下见表2 - l ： 表2 - 1 污染水体治理技术分类及其适用范围 一般来说，河道污染治理核心技术是采用化学法或者生物生态方法，物理工程 作为辅助手段，主要用于清除内源污染、水体辅助复氧和补充河道治理的生态需水 量来使用。化学法在强化城市污水以及处理的效果方面得到广泛的应用，对严重污 染的黑臭水体的治理，化学法的快速和高效也显示其一定的优越性，但是由于化学 法的处理效果容易受到水体环境变化的影响，且必须顾及化学药剂对水生生物的毒性 及生态系统的二次污染，加上药剂的大量使用造成治理成本偏高，所以这种技术的应 用具有很大的局限性。自2 0 世纪8 0 年代以来，污染水体生物修复技术不断取得新进 展，而生态恢复在近年来也己成为全球淡水生态系统研究的前瞻性研究领域【l j ，两者 的有机结合一生物一生态修复技术作为核心技术应用到河道污染治理上，充分利用了 4 华中科技大学硕士学位论文 生物和土壤、湿地、河潮等对污染物的自然净化作用，则具有投资省、能耗低等优 点，是当今研究最多的主体修复技术。 目前，国内外对城市河流污染问题的综合治理研究与实践，取得了不少成功的经 验，一般是采取“截、疏、绿、治、引、保、管” 2 1 。英国政府从2 0 世纪6 0 年代开 始治理泰晤士河，花了近2 0 年时间，耗资2 0 亿英镑，采取截流排污、生物氧化、曝 气充氧以及微生物活性污泥等措施，终于使泰晤士河获得新生。泰晤士河治理的成功 经验最关键的在于管理，统一管理水处理、明确分工、严格执行，按自然规律保护、 合理开发利用水资源，充分调动各方面的力量，使泰晤士河不仅实现水变清，而且恢 复其多种功斛3 1 。上海市1 9 9 8 年起，用8 6 5 亿元对苏州河实施了环境整治一期工程， 采取了截污、引水、环卫码头搬迁、水域保洁、河道曝气复氧、底泥疏浚等措施【4 】。 使苏州河干流黑臭已经基本消除，逐步恢复了河流景观生态功能 5 1 。 虎门内河( 乃至东莞运河整段) ，由于城镇的人口比较集中，经济比较发达，相 对于经济落后地区，无论在污染源控制、污水处理、河道清淤，还是在污染河道的环 境治理工程措施等方面，不仅有比较充足的资金保证，而且行政区划上容易统一，因 此，城市河流的污染治理比较容易做到。但另一方面，东引运河全长1 0 3 公里，流经 东莞市1 8 个镇区，而虎门镇位于东引运河的最下游，长期以来，东莞运河虎门段受纳 了来自上游的各种污染物，本地生活污水和工业污水大量超标排放，河流本身流量小、 流速低，滞流的污水复氧困难，自净能力低下，加上累积的底泥形成的内源污染，河 道人工化导致生物多样性严重受损，河道治理的难度很大在这种情况下对受污染河 流进行综合治理，除了加强污染排放控制，减少外源污染外，还必须对河流本身进行 长效治理，所谓之“长效”，就是长期、有效，不仅要使河流本身污染现状得到消除、 内源污染得到控制，还要在经过修复后恢复和提高自净能力，以及在较长时期内逐渐 形成稳定的生物链结构，包括物种的增多与繁衍，生物链结构的平衡等等，这样才能 从根本上解决河流污染问题，改善水环境质量。 2 2 河道生物生态修复技术与实例分析 生物处理技术包括好氧处理、厌氧处理、厌氧好氧组合处理，以及利用细菌、 s 华中科技大学硕士学位论文 藻类、微型动物的生物处理，利用湿地、土壤、河湖等自然净化能力处理等。利用 细菌、藻类、微型动物的生物处理称为生物修复，用湿地、土壤、河湖等自然净化 的方法称为生态修复。后二者常在一起结合利用，因此称为生物生态修复。 生物一生态修复技术包括生物修复技术、生态修复技术和生物一生态修复复合 技术。生物修复技术主要有：( 1 ) 河涌内，包括坝、陂前的河道内增氧技术； ( 2 ) 用于改善或处理河流水质的河道傍侧工程、河道底部工程；( 3 ) 直接向河道内投放 特效菌种、高效菌种或利用特种、高效菌种直接净化河流水质的工程技术等。生态 修复技术主要包括：( 1 ) 生态护岸工程、生态堤防工程、人工湿地工程等； ( 2 ) 水生植物修复技术、水生动物修复技术，生物增殖、放流技术，人工产卵场、越冬 场、育幼场、回游通道等。生物一生态修复复合技术包括：( 1 ) 微生物修复与植物、 动物修复复合技术；( 2 ) 微生物修复与生态河岸、生态堤防复合技术； ( 3 ) 生态、 生物修复与保育、管理技术复合；( 4 ) 河道内生态修复与河道外湿地修复技术复合； ( 5 ) 陆地水土保持、生态修复与河流生态修复技术复合等等。 2 2 1 日本坂川古崎净化场 位于日本江户川支流坂川古崎净化场，是采用生态一生物方法对河道的水体进 行修复的典型工程 3 5 1 1 3 6 1 。江户川是日本东京都和千叶县附近的主要河流，从河道中 引出7 0 m 3 s 的流量为该地区城市、农工业供水，其中城市供水占6 0 。靠江户川下 游的金盯、古崎和栗山三个水厂为6 3 0 万人供水。坂川在金盯等三水厂上游附近汇 入江户j i i 。由于坂川河道治理不力，大量生活污水排入坂川，致使水质恶化，b o d 等指标严重超标，同时浮游植物繁殖迅速。坂川水质恶化，直接对金盯等三个水厂 构成威胁。 为了治理坂川，采取工程设施将坂川改道，先流入古崎净化场进行净化。经过 古崎净化场后，坂川的污染减少了6 0 7 0 ，处理过的河水流入称为松户川的新开 人工渠道，然后注入江户川。 古崎净化场是利用卵石接触氧化法对水体进行净化。古崎净化场建在江户川的 河滩地下，充分节省了土地，是地下廊道式的治污设拖。净化场结构十分简单，主 体结构是高4 5 m 、长2 8 m 的地下矩形廊道，内部放置直径1 5 4 0 e r a 不等的卵石。 6 华中科技大学硕士学位论文 用水泵将河水泵入栅形进水口，经导水结构后水流均匀平顺流入廊道。另外有若干 进气管将空气通入廊道内。净化作用主要由以下三方面组成：接触沉淀作用：污水 经过卵石与卵石间的间隙，水中的漂浮物触到卵石即沉淀；吸附作用：由于污染物 自身的电子性质，或由于卵石表面生物膜的微生物群产生的豁性而产生吸附作用； 氧化分解作用：卵石表面形成一种生物膜，生物膜的微生物把污染物作为食物吞 噬，然后分解成水和二氧化碳。 通过净化场后，水质明显提高，效果十分显著。坂川的河水经改道注入古崎净 化场后，清洁的水流入新开的人工渠道一松户川。其设计以微弯曲的河道形态，岸 坡问有大小的卵石，植有繁茂的芦苇以及其他植物，适合于螂鱼等鱼类的生长，两 岸种植树木，适合于鸟类栖息。这种环境不但可以为居民提供休闲环境，而且对水 体也能起进一步的净化作用。 2 2 2日本渡良獭蓄水池的人工湿地 渡良獭蓄水池位于1 3 本杨木县，是一座人工挖掘的平原水库，总库容2 6 4 0 万 m 3 水面面积4 5 k m 2 水深6 5 m 左右。平时为茨城县等6 县市6 4 万人口供水，日供水 量污染水体生物治理技术2 1 6 万m 。蓄水池周围是渡良獭川的滞洪区，汛期蓄水池 能提供1 0 0 0 万m 。的调洪库容。 随着近年来上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，渡良獭蓄水池出现 霉臭等水质问题。为保护蓄水池的水质，自1 9 9 3 年起在蓄水池一侧滞洪洼地上建人 工湿地，这是一座设有人工设施的芦苇荡。将蓄水池的水引到芦苇荡，通过吸附、 沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，达到对水体进行自然净化的目的。 这种净化过程循环进行，确保蓄水池水质洁净。 芦苇具有很好的净化功能，污染物与其茎部接触产生沉淀作用，芦苇的根部与 茎部吸收某些污染物，附着在茎部上的微生物可对污染物产生吸附分解作用。渡良獭 人工湿地在蓄水池出水口建高3 5 m 、宽4 0 m 的充气式橡胶坝，用以控制出水口。水 流经引水渠到达设于地下的泵站。泵站安装单机流量为1 2 5 m 3 s 的两台水泵水体加压 后流入箱形涵洞再流入芦苇荡。苇荡占地2 0 h m 2 ，最大净化水体能力为2 5 尉怡。水 7 华中科技大学硕士学位论文 流在芦苇荡中婉蜒流动，以增加净化效果，遂从出口汇入集水池，再回到蓄水池，完 成次净化循环。人工湿地内主要种植芦苇，高2 - 3 m 。此外，还种植荻，高为1 0 - 2 5 m 。 人工湿地建成后，不仅水质得到改善，动植物的生态系统也得以极大改善，生 物多样性有所恢复。为了净化渡良獭蓄水池的水体，在蓄水池中部建一批人工生态 浮岛，种植芦苇等植物，其根系附着微生物，可提供充足氧气，并通过迁移、转化 水中的氮、磷等物质，降解水中的有机质。浮岛还设置了鱼类产卵床，也为小鱼设 有栖身地，水中的浮游植物成了鱼饵。人工生态浮岛保证了蓄水池水质的洁净。 2 2 3 韩国良才川水质净化设施 良才川是汉江的一条支流，位于汉城的江南区。由于河流地处住宅区，加之治 理不善，良才川的水质受到较大污染，也影响了汉江的水质。1 9 9 5 年起主要采用生 态生物方法治理良才川。 水质净化设施主体是设于河流一侧的地下生态生物净化装置。采用卵石接触氧 化法净化水体。净化设施日处理能力为3 2 0 0 0 t 。净化的工作流程如下：拦河橡胶坝( 长 1 8 m 、高l m ) 将河水拦截后引入带拦污栅的进水口，水流经过进水自动阀，经污物滤 网进入污水管，污水管连接有4 座污水孔墙，污水孔墙两侧各有一座接触氧化槽， 共有8 座。污水从孔墙的孔中流入接触氧化槽，氧化槽中放置卵石，污水通过氧化 槽得到净化后分别流入4 座清水孔墙，再汇集到清水出水管中，由清水出口排入橡 胶坝下游。污水在接触氧化槽内被净化产生的主要作用是：接触沉淀、吸附和氧化分 解作用。该设施建成至今已6 年，治污效果显著。 除接触氧化槽以外，良才川的环境治理工程还包括恢复河流自然生态的方法， 即用石块、木桩、芦苇，柳树等天然材料进行护岸，形成类似野生的自然环境，同 时种植营蒲等植物，恢复鱼类栖息环境，适于鲤鱼等鱼类生长，也为白鹭、野鸭等 禽类群落生存创造条件，又开辟散步、骑自行车小路和木桥等，为居民提供与水亲 近的自然环境。 2 2 4 分析与比较 日本的坂川古崎净化场用作污水截流进行预处理，采用利用卵石接触氧化法进 8 华中科技大学硕士学位论文 行水质进化，它实质上是砂滤处理系统，是土地处理系统的一种，其优点在于维护 和操作非常简便，投资省，而且处理效果比较好，其中s s ，b o d , c o d 、病源微生物 的处理效果非常好，一般可达8 0 以上，氮、磷的去除效果也可达4 0 - 8 0 。缺点是 水力负荷比低，处理能力小。古崎净化场采用地下廊道式的治污设施，既节省空间， 又尽量增加处理能力，辘以曝气复氧进行水质净化，处理后的河水引道进入松户川， 并对河道进行生态改造。 渡良獭川为供水水库，有较大的空间以采用建造人工湿地进行净化水质，该湿 地系统是人工构建、地表渗流、有植物体系的的形式，湿地中种植芦苇和荻，辅以 地下加压泵的复氧供水，吸收、降解氮、磷和有机质，以达到净化水体的目的。目 前国内外对各种湿地系统研究比较多1 6 ) 7 1 1 s 1 9 1 1 1 0 1 。其优点是：处理效果高，对c o d 、 b o d 、s s 、病源微生物去除率可达8 0 - 9 0 以上，对n ，p 的去除率可达4 0 - 6 0 ；投 资少，运行管理方便，操作简便，系统所须仪器、设备简单，系统本身无需额外动 力；不存在二次污染问题。其主要问题是水力负荷不高、处理能力较低。人工湿地 采取地下渗滤的形式更具优点：不会产生渗漏，造成对地下水环境的影响；渗滤介质 可采用人工材料回填，可根据污染控制性因子做调整，提高系统对污水的净化能力； 系统表层可与绿化建设相结合，又减少地表占地。 韩国的良才川水质以地下生态生物净化装置为净化主体，采取卵石接触氧化法 净化水体，强化了自然状态下河流中的沉淀、吸附及氧化分解现象，利用微生物的 活动将污染物转化为二氧化碳和水，附以截流、孔墙引流、氧化槽氧化，充分利用 了地形和水流平流，与日本古崎净化场相比，这种净化装置的主要优点是几乎不耗 能，运行成本很低，其处理效果也显著，另外，良才川环境治理工程还包括恢复河 流自然生态的方法，以恢复河道生物链结构和营造亲水自然环境。 从上述成功案例可以看出，采用生物生态处理技术，如：卵石氧化法的生物膜 净化、人工湿地的生物修复等，都充分利用了生物对污染物的吸收、降解和固定等 特性，河道生态改造对自然环境以及生物链恢复等也具有积极作用，而且它没有大 量化学药剂方面的投入和产生二次污染的压力，只需要进行适当的供氧复氧，因此 生物生态处理技术具有投资省、能耗低的特点，、是最具有发展前景的污染水体修 9 华中科技大学硕士学位论文 复技术。 2 3 污染水体的生物学修复 2 3 1 生物学修复概况 生物学修复包括生物降解和生物积累。凡生态系统中的生物能对天然和合成的 有机质进行破坏和矿化作用的过程，称为生物降解。污染物的生物降解主要是指微 生物，其他水生生物也有微弱的降解作用。生物通过吸附、吸收吞食等各种过程， 从周围环境中摄入污染物并滞留在体内，当摄入量超过消除量时，污染物在生物体 内的浓度可比周围水中的浓度高出许多倍，这种现象称之为生物积累。 利用植物或微生物对水体中的污染物进行处理，从而使水体得到净化，这一利 用生物生态的方法来修复水体的技术，廉价实用，适用我国江河湖库大范围的污水 治理。该方法是国外近年来发展很快的一种新技术，它是按照自然界目身规律去恢 复自然界的本来面貌，强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体。 这一污水处理技术，是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对 水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术，具有处理效 果好、工程造价相对较低、不需耗能或低耗能、运行成本低廉等优点。另外，这种 处理技术不向水体投放药剂，不会形成二次污染。还可以与绿化环境及景观改善相 结合，在治理区建设休闲和体育设施，创造人与自然相融合的优美环境。所以，这 种廉价实用技术预计适用我国江河湖库大范围的污水治理。 2 3 2 生物脱氮除磷机理 2 3 2 1 生物脱氮机理 生物脱氮主要包括硝化过程和反硝化过程2 个生化过程并由有机氮氨化、硝化、 反硝化及微生物的同化作用来完成。 氨化作用是将有机氮在生物处理稳定化过程中氧化为氨氮。污水中的有机氮主 要以蛋白质和氨基酸的形式存在。蛋白质可以作为微生物的基质。它在蛋白质水解 酶的催化作用下水解为氨基酸。氨基酸在脱氨基酶作用下产生脱氨基作用使有机氮 转化为氨氮。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 硝化作用是指u h 3 被氧化成n 0 2 j 然后进一步氧化成n 0 3 的过程： n h 4 + + 3 2 0 2 趟些k n 0 2 。+ 2 h + + h 2 0 + ( 2 4 2 3 5 0 ) 1 0 ( 2 - 1 ) n 0 2 。+ 1 2 0 2 业n 0 3 一+ 哗2 8 5 9 ) 1 0 ( 2 - 2 ) 亚硝化菌和消化菌在反应中起催化作用。 反硝化是指氧化态氮，通常是n 0 2 和n 伤。被还原成气态氮( n 2 0 和n 2 ) 的过 程，作用由异养兼性微生物完成。整个过程如下： n 0 3 一+ 5 h 2 a 大漂 水花生 浮萍 风车草 宽叶香污染水体生物治理技术蒲 菱白；选用凤眼莲、金鱼藻、狐尾藻、微齿眼子菜、 马来眼子菜、苦草等6 种水生植物对养鱼池的富营养化水体进行净化，在显著提高 水体透明度的同时，对总氮、总磷的去除也有显著效果，而以狐尾藻、微齿眼子菜 2 种植物的效果最好，且去除氮、磷所化的时间也最短【1 9 1 。 ( 3 ) 吸收、富集重金属 有些植物还能吸收污水中的重金属。选用垃圾污水渗滤液浇灌植物一年后，土 壤中重金属的积累量未超过国际允许值，原液浇灌的土壤酶活性受到抑制。豆科树 种( 湾相思、海南红豆) 对重金属的吸收积累明显强于非豆科树种( 桃形芒果、人面子、 美人蕉) ，尖叶杜英对铜锌的吸收也强于香根草、狗牙根、美人蕉和膨蟆菊，但对铅、 锡的吸收则次之【2 0 1 。台湾相思、海南红豆、根草、狗牙根、膨蟆菊对渗滤液有较强 的耐性，对渗滤液污染的土壤有较好的净化修复能力，适合垃圾填埋场植被重建材 料。 2 3 4 微生物在污染水体修复中的应用 作为生物修复中的一项重要手段，微生物既可单独使用，也可作为植物修复的 配污染水体生物治理技术套技术。它还可以与其他技术相结合，成为综合技术或工 1 3 华中科技大学硕士学位论文 程的一部分，在污水净化中发挥重要作用。 2 3 4 1 投菌法修复净化水产养殖水体 华东师范大学在生产性温室育蟹池、蟹育苗池中投加光合细菌( p s s ) 硝化细菌和 玉垒菌。结果表明，投加高效有益微生物可使c o d 去除率提高1 4 以上，投加组合 菌种比投加单一菌种去除有机污染物的效果更好；投加硝化细菌对河蟹育苗池氨氮 去除转化有明显效果；此外还能有效改善养蟹池底泥的环境，有利于水质的改善， 大大减少因水质受污染而被换水的次数，缩短蟹苗幼体变态发育周期，还可避免减 少养殖污水向周围水体的排放，节省了用于换水的大量资刽2 1 1 。 2 3 4 2 固定化氮循环细菌 应用固定化氮循环细菌技术( i m m o b i l i z e dn i t r o g e nc y c l i n g b a c t c r i a ，简称i n c b ) 结合物理生态工程( p h y s i c o - e c o l o g i c a le n g i n e e r i n g ，简p e e n ) 对贵阳红枫湖进行除 氮、抑菌效果研究，使试验区总氮、非离子氨和亚硝酸盐氮分别平均降低0 5 6 8 m g 化 0 0 1 5 m g l 和0 0 1 9 m g l ，工程后排入红枫湖的非离子氨均 o 0 2 m g l ， n 0 2