治理景观水体富营养化污染的方法

摘要

本发明涉及一种治理景观水体富营养化污染的方法，将物化技术与生态浮岛技术相结合，利用人工围隔在景观水体中分割出生态净化区和强化净化区，在生态净化区种植生态浮岛，在强化净化区除了种植生态浮岛之外，还配备投药系统和曝气系统；利用潜水泵将景观水引入净化区，开启投药系统和曝气系统，通过物化吸附、絮凝沉淀等作用将污染物快速去除，与此同时，密布水面的生态浮岛起到极好的防风浪和遮光效果，为污染物的沉淀提供了较好的水力条件，沉入水底的藻类由于失去光源而不再上浮，逐渐死亡，此外生态浮岛还能够充分吸收由于污染物分解及藻类死亡而释放出的一定量的营养盐；经生态净化区处理后的优质水放流回景观水体。

说明书

技术领域

本发明涉及一种治理景观水体富营养化污染的方法，将物化技术与生态浮岛技术结合起来，对景观水体的污染进行有效治理。属于环境工程技术领域。

背景技术

近年来，城市内的景观水体如大小湖泊、人工湖已成为各个城市风景建设的重点内容。建筑师为满足住宅小区居民的“亲水”需求，采用借景和造景，将水景引进生活小区，创造住宅小区幽雅的自然环境。景观水已成为城市风景线的亮点，也成为高档住宅小区的重要卖点。由于景观水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，管理不好，很容易成为居民生活污水、雨水及垃圾的受纳体，从而导致水体不同程度的污染，严重时会引起水体富营养化，致使水中藻类大量繁殖，水体变黑变臭，严重影响周围的自然环境和居民的生活环境，这已成为城市生态环境建设难题。

富营养化景观水体处理的难点在于以下几点：

1.即使景观水体中氮磷浓度(TP＞0.02mg/L，TN＞0.2mg/L)极低也足以导致藻类过度增殖，因此很难通过削减营养盐来防治水华。

2.环境条件适宜时，景观水体中藻类增殖速度极快，不到2天藻密度就能够增加1倍以上，常规的水处理装置难以应对如此之高的污染负荷。

3.水处理装置的外观与景观水体难以协调。

现有的景观水处理技术虽然种类众多，各有优势，却难以全面地解决以上问题。如过滤净化法将受污染的景观水体抽提起来，利用装填石英砂等填料的过滤设备去除水中的悬浮态固体污染物和少部分藻类。该方法的缺点在于动力消耗较大，运行成本高，且由于大部分藻类的个体都极其微小，去除效果并不明显；同时装置运行一段时间后会发生堵塞现象，必须不断地进行反冲洗，运行管理相对复杂。植物浮岛(床)法是近年来迅速发展起来的富营养化防治方法，该法利用塑料泡沫等浮岛材料，直接在水面种植湿生和水生植物吸收水中氮磷等营养盐，以去除导致水华发生的关键性因子，同时也具有较理想的景观效果，如中国发明专利CN1644533公开了“一种用于景观水体治理的生态吸附景观浮床装置及方法”，以及论文“花飞碟生态景观浮岛技术与水上绿化”(尚农.花卉园艺，2006(1)：46-47)介绍了一种新型的浮体装置“花飞碟”，可实现在湖泊、水库、池塘、水池中种植各种陆生花卉及经济植物包括仙客来、向日葵、菊花、水蕹、黄花鸢尾、唐菖蒲、月季等，形成所谓的生态浮岛，该方法的缺点在于植物吸收氮磷效率较低，所需浮岛面积较大，往往占到景观水面的25％以上，同时也很难应对突发性藻类水华。直接投药法即在蓝绿藻大量生长，景观水体浊度显著上升时投加药剂除藻并沉淀污染物。该方法可以达到立竿见影的除藻效果，但却存在最为显著的缺点，即藻类虽然凝聚沉淀入水底，但依然存活，而且一般景观水体都较浅，水底的光照度亦足以支持藻类生长繁殖，因此经过一段时间后又会恢复活性，重新上浮，出现更为严重的水华现象；此外沉淀的污染物和藻类长时间之后亦会出现重新向水中释放氮、磷的现象。遮光法亦是最近受到广泛关注的实用技术，其原理为在利用物理遮光材料覆盖水体1/3以上水面，抑制蓝绿藻生长繁殖，其缺点在于对于水中氮磷等营养盐无去除效果，同时所需遮光面积过大，严重影响景观效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种治理景观水体富营养化污染的方法，能吸收水中过量氮磷，对藻类过度增殖，污染严重的景观水体进行有效治理，同时种植的各种水培花卉、观赏性水生植物，能形成优美和谐的生态浮岛景观。

为实现这一目的，本发明将物化吸附及沉淀技术与生态浮岛技术相结合，利用人工围隔在景观水体中分割出生态净化区和强化净化区，在生态净化区种植生态浮岛，在强化净化区除了种植生态浮岛之外，还配备投药系统和曝气系统；利用潜水泵将景观水引入净化区，开启投药系统和曝气系统，通过物化吸附、絮凝沉淀等作用将污染物快速去除，与此同时，密布水面的生态浮岛起到极好的防风浪和遮光效果，为污染物的沉淀提供了较好的水力条件，沉入水底的藻类由于失去光源而不再上浮，逐渐死亡，此外生态浮岛还能够充分吸收由于污染物分解及藻类死亡而释放出的一定量的营养盐；经生态净化区处理后的优质水放流回景观水体。

本发明的方法具体包括以下步骤：

1、采用人工围隔从景观水体中分割出部分水域用于水质净化，该水域分为强化净化区和生态净化区，根据日处理水量、所在区域平均水深以及所需水力停留时间确定各净化区所需的水面面积。强化净化区的水力停留时间取10-30分钟，生态净化区的水力停留时间取4-24小时。强化净化区和生态净化区之间、生态净化区与景观水体之间采用过水孔相连通。利用潜水泵在景观水体抽取污染水，使之顺次流经强化净化区、生态净化区，处理后放流回水体。

2、在强化净化区和生态净化区水面投放生态浮岛，使覆盖率达到90-100％，形成了与周围环境和谐统一的优美的水上景观。利用生态浮岛对景观水进行净化，去除水中大颗粒悬浮物质，通过浮岛植物和吸附基质的作用去除氮、磷，同时起到遮光和消减风浪的作用。

3、在强化净化区配置投药系统和曝气系统，投药系统由加药罐、加药管路组成，固定于强化净化区内设置的支撑木桩上。由于重力作用，物化药剂由加药罐自流入强化净化区，长期运行物化药剂用完后进行人工加药。曝气系统采用管道曝气形式，即曝气管道埋设于水底，管道上加装曝气头，管道连接设置于岸边的鼓风机。曝气系统由设置于岸边的配电箱控制开启和关闭。

4、利用潜水泵将受污染的景观水泵入强化净化区，开启投药系统和曝气系统，使物化药剂与污染水混合均匀并且发生絮凝反应，流入生态净化区；污染水中的絮凝物在生态净化区逐渐沉降，处理后的净化水流回景观水体。

本发明方法中，所述投药系统中采用的物化药剂为壳聚糖、聚合硫酸铝、聚丙烯酰胺或水化硅酸钙。

本发明的创新之处在于将具有削减氮磷、遮光消浪和景观功能的生态浮岛和具有强化除藻除污效果的物化处理系统有机地组合，成为极具实用价值的景观水体富营养化污染治理方法，同时发挥治标和治本的功能。本发明的优势具体体现在：

1.针对造成水体富营养化的过量氮磷以及有机污染物，一方面利用生态浮岛对其进行不断吸收，另一方面，利用物化系统对其实施强化净化。

2.针对有害藻类过量增殖的现象，一方面利用物化系统对其实施强化凝聚沉淀，另一方面，利用生态浮岛消浪和遮光，为藻类及其他污染物沉淀创造较好水力环境，同时防止沉入底部的藻类恢复活性，重新上浮。

3.本发明方法运行简单，单位建设成本、运行费用和管理费用低廉，在景观水体域内实施，外观为优美的生态浮岛，与景观水体协调一致，避免了以往技术需在陆地或水面建设大型构筑物，影响景观的问题。

附图说明

图1为本发明中净化区域划分的示意图。

图1中，1为景观水体，2为强化净化区，3为生态净化区，4为人工围隔。

图2为本发明对景观水体划分区域进行治理的示意图。

图2中，1为景观水体，2为强化净化区，3为生态净化区，5为过水孔，6为生态浮岛，7为投药系统，8为曝气系统，9为潜水泵，10为鼓风机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。以下实施例不构成对本发明的限定。

本发明治理景观水体富营养化污染的方法具体包括如下内容：

1、首先，如图1所示的净化区域划分示意图，利用人工围隔4在景观水体1中分隔出一部分水域用于水质净化，这部分水域依次划分为强化净化区2、生态净化区3。根据日处理水量、所在区域平均水深以及所需水力停留时间分别确定所述强化净化区1、生态净化区2各自所需的水面面积。其中，强化净化区1的水力停留时间取10-30分钟，生态净化区的水力停留时间取4-24小时。

设强化净化区2、生态净化区3各自所需的水面面积分别为S₂、S₃根据日处理水量V，所在区域平均水深H₁、H₂所需水力停留时间分别为T₂、T₃，则：

所述强化净化区1的总面积按以下公式设计：

S₂＝V/(H₂×T₂)

其中S₂为强化净化区总面积m²；V为日处理水量m³/d；H₂为强化净化区平均水深m；T₂为停留时间，取10-30分钟；

所述生态净化区3的总面积按以下公式设计

S₃＝V/(H₃×T₃)

其中S₃为生态净化区总面积m²；V为日取水量m³/d；H³为生态净化区平均水深m；T₃为停留时间，取4-24小时。

强化净化区2和生态净化区3之间、生态净化区3与景观水体1之间，设置过水孔5相连通，如图2所示。

2、如图2所示，生态浮岛6布设于强化净化区2和生态净化区3水表面，由若干前后及首尾相连的铺展于水面的生态浮岛构成，生态浮岛参照已有公开号为CN1644533的专利建造。生态浮岛6在净化区的覆盖率达到90～100％。利用生态浮岛6对景观水进行净化，去除水中大颗粒悬浮物质，通过浮岛植物和吸附基质的作用去除氮、磷，同时起到遮光和消减风浪的作用。

3、如图2所示，在强化净化区2配置投药系统7和曝气系统8，所述投药系统由20-30L加药罐、加药管路组成，在强化净化区内设置支撑木桩，将加药罐固定于其上，由于重力作用，物化药剂由加药罐自流入强化净化区2，长期运行物化药剂用完后进行人工加药。所述曝气系统8采用管道曝气形式，即曝气管道埋设于水底，在强化净化区部分的管道每隔3-5m加装曝气头，曝气管道连接设置于岸边的鼓风机10。曝气系统由配电箱控制开启和关闭。

4、利用潜水泵9将受污染的景观水泵入强化净化区2，，开启投药系统7和曝气系统8，加药并同时曝气搅拌使物化药剂与污染水体混匀，污染物及藻类与物化药剂相结合，此后流入生态净化区3逐渐沉降，从而将污染物和藻类自水中去除。处理后的净化水流回景观水体1。所采用的物化药剂为市售的壳聚糖、聚合硫酸铝、聚丙烯酰胺、水化硅酸钙等。

在本发明的一个实施例中，实验地点为水面面积5000m²，平均水深2m的某别墅区景观水体，在夏季时该水体常发生严重的水华现象，水中藻类数量为1.5×10⁹个/L，且以有害的铜绿微囊藻为主，透明度0.2米，浊度为101°，COD为35mg/L，总氮为5.3mg/L，总磷为0.5mg/L。为改善水质，采用本发明的方法对水源地划分区域治理，如图2所示。

依据地形特点在沿岸采用人工围隔分割出水面面积分别10m²和130m²的强化净化区和生态净化区。日处理水量为1000m³。强化净化区的水力停留时间15min，生态净化区的停留时间为8hr。在强化净化区和生态净化区水面建成根据中国专利CN1644533所设计的生态浮岛，使覆盖率达到90％。

在强化净化区2和生态净化区3之间的围隔上部开设一排直径为1cm过水孔5，过水孔5设置在低于水面40cm处，每个过水孔5间隔0.2m：同样地，在生态净化区3与景观水体1之间的围隔中部开设一排直径为1cm过水孔5，过水孔设置在低于水面1m处，每个过水孔5间隔0.2m。

在强化净化区配置投药系统和曝气系统，投药系统由加药罐和固定木桩组成，加药罐体积10L，在强化净化区内设置木桩，将加药罐固定于其上；曝气管道埋设于水底，在强化净化区部分的管道每隔5m加装曝气头，管道另外一段连接设置于岸边的鼓风机。设置配电箱用于控制系统开启和关闭。

在藻类水华频发的7-8月份，开启强化净化区的投药系统和曝气系统并连续工作，不断投加壳聚糖，使投加量达到2mg/L，并持续曝气搅拌使流入的污染水体与物化药剂在强化净化区中混匀，促使污染物和藻类和物化药剂相结合，此后流入生态净化区逐渐沉降，从而将污染物和藻类自水中去除。这样景观水体以5天一个循环的周期不断的经由物化生态复合系统处理而得到净化。富营养化景观水体经过10天处理后透明度达1.5米，浊度为7°，COD为11mg/L，总氮为1mg/L，总磷为0.1mg/L，溶解氧为9mg/L。景观水体的污染得到有效治理。