复合生态滤床和光催化技术在景观水治理中的应用

复合生态滤床和光催化技术在景观水治理中的应用摘要：结合工程实例，探讨了复合生态滤床和光催化技术在景观水治理中的应用，分析了该方法的设计及运行特点，给出了景观水治理方法的一种新选择。关键词：景观水；复合生态滤床；光催化技术；应用中图分类号：TU991ApplicationofMultifunctionEcologicalFilterBedAndPhotocatalyticTechnologytoLandscapeWaterTreatmentAbstract：Onthebasisofthepracticalengineering，thepaperdiscussesthedirectapplicationofmultifunctionecologicalfilterbedandphotocatalytictechnologytolandscapewatertreatment，andanalyzesthedesignandoperationcharacteristicsofthemethod．Itmayofferanewchoiceforlandscapewatertreatment．Keywords：landscapewaterbody；multifunctionecologicalfilterbed；photocatalytictechnology；application1工程概况广州市某景观水体为广州市一涉外高级住宅小区，地处广州市中心位置，紧邻广州市未来CBD——珠江新城，座落在广州大桥西侧，东面与凯旋华美达大酒店相邻，南眺二沙岛，分别由6层、48层及52层高的三栋顶级楼宇围合而成，占地14410平方米，总建筑面积为108000平方米，小区设计有景观水体多处，其中位于小区中庭的景观水体最大，水面面积约为150m2，平均水深约为0.7m，总水量约为100m3，景观水体放养锦鲤300多尾，约100kg。每天投饵量为3kg，饵料粗蛋白含量35％以上，粗脂肪含量4％以上。该景观水池原本采用砂缸过滤的方式进行处理，共采用直径800mm砂缸2台，设计滤水流量50m3/h，2台并联设置，池水通过自流进入机房，采用29m3/h水泵加压进入砂缸过滤后，再流回水池中。砂缸运行30天后，水体水质逐渐变差，水中藻类及微生物大量繁殖，水体透明度下降到0.2m，溶解氧降低，锦鲤出现“浮头”现象，严重时，水体恶臭，锦鲤大量死亡，而且砂缸堵塞越来越频繁，以至于反冲1天即堵塞，无法正常使用，最后放弃使用。该景观水池水容量较小，处于封闭状态，无外源污染，水质污染源来自锦鲤的排泄物、剩余饵料、降尘、藻类的固氮作用以及水体自然蒸发浓缩后自来水和雨水中氮和磷的积累等。无论从观赏效果还是锦鲤饲养管理的角度来看都必须对景观水进行治理，以达到设计上的美观效果。2治理方法及设计参数2.1治理方法的选择目前景观水治理的方法有物理法、化学法及生物法，实际工程中一般为多种方法的组合和综合运用。物理法主要有砂缸过滤等方法，化学法主要为向景观水池投加化学药剂如杀藻剂等，生物法主要是向景观水池中投加微生物，利用微生物的生长繁殖去除水体中的污染物。砂缸过滤的方法在前期就证明不适合，而投加化学药剂和微生物的方法不利于水体安全和水池的景观效果，管理也不方便，故不建议采用。复合生态滤床是垂直流人工湿地的改进工艺，已多次成功应用于城市河道、湖泊等水环境治理[123]；光催化技术是一种高级氧化杀藻技术[45]，利用固载型光催化材料，制成光电杀藻设备，能有效杀灭浮游藻类，对水体中CODcr、NH3-N等指标也有一定降解作用，是一种十分有效的景观水水质净化设备[6]。经过综合考虑，本工程决定采用复合生态滤床-光催化杀藻工艺进行处理，工艺流程见图1。图1工艺流程Fig.1watertreatmentprocess该工程主要由复合生态滤床和光催化杀藻设备组成。复合生态滤床直接设置于景观水池的一端，共7m2，占景观水池总面积的4.7%，滤床依池而建，呈不规则状，其上种植再力花、菖蒲、风车草等景观植物，与周边绿化景观相协调，使景观水池生机盎然。滤床内填充具有吸N聚P等功能填料，底部布设集水系统，水体从上向下通过滤料进入集水支管和主管，最后自流进入集水池，流向设备房；光催化杀藻设备位于负2层的设备房（-6m，地面标高为0m），原有砂缸停用。景观水池水体自流进入复合生态滤床，滤床出水自流进入光催化设备，利用光催化原理杀灭水体中的藻类，出水再经水泵提升循环进入景观水池。2.2设计参数的选择复合生态滤床和光催化设备均为本公司自主开发研制的工艺和设备，拥有完全知识产权。复合生态滤床的设计主要根据水面面积确定，一般为5%左右；光催化设备根据总水量选型；水泵的选择按每4h循环一次设定。本水景水面面积为150m2，总水量为100m3，复合生态滤床面积为7m2，光催化设备选择HZ100型（N=260W），水泵（Q=29m3/h，H=10m，N=1.0KW，澳大利亚进口）。2.3工艺特点本工程主要采用复合生态滤床和光催化杀设备对景观水体进行处理，复合生态滤床直接构建于景观水池中，占地面积小，其上种植水生植物与小区绿化协调致，既净化水质，同时使景观水池更具情趣，具有良好的协调性；光催化设备布设于地下负2层的设备间，设备体积小，不产生任何噪音，具有良好的适应性。3运行情况与分析3.1运行情况本工程于2006年5月10日开始施工，主要包括复合生态滤床建设和光催化设备安装，10d后施工完成，进入调试阶段，于5月20日正式进入运行状态。系统运行时，水体处于严重的富营养化状况，水体蓝绿藻大量繁殖，透明度不到20cm，水体散发腥臭味。连续运行1d后，水体透明度不见明显改善，但水体的腥臭味明显缓解，水面可见一层明显的淡绿色漂浮物，可能是被杀灭的浮游藻类。2d后，水体透明度有所改善，提高到25cm，水体腥臭味基本消失，水体由绿色转为黄绿色，水面漂浮物依然存在；5d后，水体透明度进一步提高到50cm，水体呈现淡黄色，水面漂浮物减少，池壁逐渐出现少量着生藻类；7d后，水体透明度提高到70cm，基本实现清澈见底，水体颜色进一步变淡，着生藻类进一步增加；10d后，水体完全清澈见底，水体颜色完全消除，水池中的锦鲤清晰可见，池壁出现大量的着生藻类。运行过程中，每天上午9点采样监测，主要监测指标为：CODcr、NH3-N、TP、DO、透明度和叶绿素a。结果见表1。至今已经连续运行了将近2年，完全没有更换水体，只是通过自动补水装置补充每天蒸发的水量，放养的锦鲤生长健康，批量死鱼现象从未发生。运行过程中，每月对水质进行监测，监测指标为CODcr、NH3-N、TP、DO和透明度，主要指标基本稳定在地表水II水标准（GB3838-2002），数据见表2。表1调试过程中水质变化Tab.1changesofqualityduringtheperiodofdebugging项项目时间CODcr（mgg/L）NH3-N（mgg/L）TP（mg/L）Chla（mg//m3）DO（mg/L）透明度（cm）5月20日35.61.830.3155.71.9155月21日38.91.680.2460.52.5185月22日32.71.520.2540.13.6255月23日33.40.860.2034.24.5325月24日27.20.520.1422.14.6415月25日20.70.620.1010.15.2505月26日15.30.570.055.26.9625月27日12.60.440.086.16.5705月28日15.80.510.074.16.4705月29日14.70.410.083.96.770表2维护过程中水质指标Tab.2changesofqualityduringtheperiodofrunning项项目监测时间CODcr（mgg/L）NH3-N（mgg/L）TP（mg/L）Chla（mg//m3）DO（mg/L）透明度（cm）2006年6月13.80.390.095.56.5702006年7月15.30.440.087.66.9702006年8月16.60.520.076.57.2702006年9月15.90.450.054.66.3702006年10月月14.70.390.094.16.7702006年11月月13.80.420.083.96.5702006年12月月13.30.510.073.56.9702007年1月10.60.410.034.16.5702007年2月15.80.390.063.96.4702007年3月14.20.440.085.56.1702007年4月13.80.530.074.16.5702007年5月15.30.460.084.56.9702007年6月16.60.390.034.67.5702007年7月17.80.440.056.67.4702007年8月18.10.510.076.56.7702007年9月13.40.410.084.66.5702007年10月月11.20.300.053.66.3703.2经济效益分析该工程实际水量为100m3，处理前平均每周采用自来水将全部池水更换，一年换水次数按50次计，由于自来水余氯的影响，锦鲤经常性批量死亡现象依然无法解决。设备（主要为水泵）每天运行12小时，物业管理人员费用不计。处理后，连续运行了近两年，没有更换过水体，仅仅补充蒸发和水池渗漏造成的水量损失，约5m3/月。电费包括水泵运行电费和光催化设备电费两部分组成，水泵为原设计水泵，光催化设备功率为0.26kw，每天运行12小时。费用对比见表3。由表可知，处理后，一年为小区管理方节约18705元，并且景观水体常年清澈见底，获得了小区居民的称赞。表3维护运行费用对比Tab.3compareofthetreatmentcostduringtheperiodofrunning项目处理前处理后数量单价（元）金额（元）数量单价（元）金额（元）换水5000m33.4117050000补水000603.41205水泵运行费用4380kw1.043804380kw1.04380光催化设备0001140kw1.01140鱼死亡1800尾10.01800060尾10600管理费00012120014400合计39430207253.3运行过程中应注意的问题3.3.1系统调试过程中的浮藻和泡沫问题在系统调试过程中，由于原水处于严重的富营养化状况，水体浓绿，散发腥臭味，透明度不到20cm，水体CODcr达到40mg/L左右，接近地表V类水标准；NH3-N和TP分别为1.83mg/L和0.31mg/L，达到富营养水体水质指标；水体藻类数量非常多，Chla高达到55.7mg/m3，光催化杀藻设备启动后，对大量藻类进行有效杀灭，死亡的藻类和有机物分解产物进入景观水池，形成浮藻和泡沫，影响水池景观，但这种现象一般不超过3天，随着藻类被逐步杀灭，水体中有机物被分解，水池中泡沫和浮藻会慢慢减少，至调试运行6天后，彻底消失。但系统运行的2年时间中，在气温突然上升的情况下也出现过2次水池中出现泡沫的现象，经调查发现是因为设备停止运行一段时间后，再开机造成，一般恢复运行2-3天后消失。因此在系统调试中，建议将景观水池中的富营养水体排空，全部更换为自来水，便于景观水池新的生态系统的建立。系统维护过程中必须保持光催化杀藻设备的运行，特别是是在高温天气，更是要保持设备24小时正常运行。3.3.2系统运行过程中的滤床堵塞问题在系统维护运行的2年内，共发生2次滤床堵塞现象，主要表现在集水池水位下降（正常水位和景观水池水位持平），回流水泵由于水量供应不足，出现气泡，发现这一现象后，应立即关闭回流水泵，将滤池中滤料清洗，在填入滤床即可恢复正常运行。景观水池生态滤床堵塞主要是由于系统运行过程中污泥累积形成的，这是生态滤床不可避免的问题，定期清洗滤料是系统维护的重要技术措施。本工程中，滤料采用4kg丝网包装，便于整理和清洗。清洗时，关闭回流泵，使水池水位低于滤床表面；将生态滤床种植的植物移出，在滤池中清洗滤料，堆放在岸边，将含有大量污泥的水体排出，将滤料重新填入滤床，恢复运行，一般每年要清洗一次。4结论（1）复合生态滤床-光催华杀藻工艺对水体中的污染物具有较好的去除效果，运行10天内，水体中NH3-N下降77.6％以上，TP下降74.2％以上，CODcr下降58.7％以上。复合生态滤床中采用功能型生态填料，该填料具有优异的吸N聚P性能，能将水体中的N、P等营养物质吸附在多孔介质附近，最后被种植在多孔介质上面的水生植物如水葱、菖蒲、香蒲、风车草和美人蕉等吸收利用，从而将N、P营养物质从水体中转移，导致水体中上述营养物质浓度降低，这也是复合生态滤床具有良好去N去P作用的重要原因[123]。（2）光催化杀藻设备对水池中藻类具有较强的杀灭作用，本工程中，在光催化反应器作用下，10天内，富营养水体chla由55.7mg/m3降至3.9mg/m3，下降率达到93％，表明以固载型光催化杀藻设备能有效杀灭富营养水体中藻类、控制藻类基数，对应急处理城市景观水、湖泊等富营养水体突发性藻华，提高生物-生态法处理效率，改善城市