景观水处理ppt课件 39页

景观水处理一、结合城市景观水体的特点和污染状况，主要分析生物修复技术的特征，并提出有效修复城市景观水体的方法。1、景观水体景观水通常指用于视觉观赏的水体，通常分为两类：一类是自然水景，像天然的湖泊、河流等；另一类是人工水景，像喷泉、人工湖、城市小型河道等，都是露天地表水，自净能力非常低，并且非常容易受到污染。城市景观水体主要有流经城市的河流、城区的湖泊和水库、公园水系、人工运河和人工湖等洼陷结构，甚至包括自然保护区和生态区的整个区域水系。近年来，虽然景观水体在城市的地位逐渐提升，但是城市景观水体的现状不容乐观。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。因此，景观水体很容易成为雨水及垃圾的收纳体，发生富营养化，影响周围的自然环境和居民的生活环境。城市景观水体的水质危机不断呈现，研发开发适合景观水体的污染控制技术对提高城市环境质量和减少城市污水具有重要的现实意义。\n特点：水域面积小易污染水环境容量小水体自净能力低\n水体污染严重\n2、景观水体污染原因分析按生态学观点分析，景观水体污染的原因实为生态失衡。有机质及营养盐等污染物对景观水体的输入大于输出，它们积聚于水体中造成生态阻滞、生物多样性指数降低，直接表现为浮游藻类增多、水体透明度下降和水质发黑发臭等现象。总结景观水体污染主要有以下几个方面原因：1）补给水问题：一是补给水水质尚未得到控制，源头水质氮、磷等营养元素较高；二十补给水水量不足，造成水体自净能力下降。2）水体流动性差。3）大气沉降。4）雨水径流污染。5）枯枝落叶污染。6）水生物产生的污染\n7）部分不讲文明的游客随意向景观水体中丢弃垃圾和杂物8）护岸设计不合理。现有景观水体的护岸多为水泥等硬质材料垂直护岸，这破坏了护岸的缓冲功能，同时使水质受到严重影响。\n二、景观水体生物—生态修复技术景观水体的污染程度越来越严重，因此对景观水体进行污染治理及水质改善已迫在眉睫。目前国内外常见城市景观水体修复技术包括物理修复、化学修复以及生物—生态修复技术。一般物理修复及化学修复技术投资较大，容易引起二次污染，不符合景观水体的景观性原则以及生态修复的生态原则，只能作为某些紧急情况下的应急措施。目前生物—生态修复技术由于成本低、环境效益及修复效果好，已成为景观水体乃至整个水域长期治理及水质保持的重要手段。生物—生态修复技术是指利用动物、植物、微生物以及其他生态手段，对水中污染物进行转移、转化及降解\n从而使水体得到净化的一项技术。根据景观水体水质恶化得涞源不同，景观水体生物—生态修复技术可分为外源污染控制技术与内源污染控制技术。1、外源污染控制技术对于城市景观水体来说，外源污染主要指初期雨水带来的径流污染。从处理效果和景观性方面来考虑，景观水体的外源控制技术主要有生态护岸技术与下凹式绿地技术。1）生态护岸技术。生态护岸是在保证边坡稳定的基础上，以营造边坡的生物多样性为目标，在水生生物之间构造的一种护岸。\n生态护岸中的植物能够增加水体周围景观效应，并能作为廊道和缓冲带，能降低地表径流的速度，并且能够吸收和拦截地表径流及其中的杂质，对氮、磷等有害化学物质有很好的过滤作用，能有效截留沉积物中的Ca、P、Mg，避免景观水体受到过度污染，增强水体的自净能力。生态护岸中重要的一类是植被型生态混凝土护岸，生态混凝土对径流污染中的化学元素有很好的净化作用。吴义锋等采用生态混凝土对富营养化饮水源进行预处理，在水力停留时间为8d的条件下，对TP、TN、COD的平均去除率分别达48.7%、33.1%、29.4%。此外，生态护岸还能为水生、陆生、水陆共生等各种生态位物种提供栖息地，为大量的植物、无脊椎动物和脊椎动物提供生存和繁衍的空间及场所。\n2）下凹式绿地技术下凹式绿地是一种高程低于周围路面的公共绿地，也称低势绿地。与“花坛”相反，其理念是利用开放空间承接和贮存雨水，达到减少径流外排的作用，一般来说低势绿地对下凹深度有一定要求，而且其土质多未经改良。与植被浅沟的“线状”相比其主要是“面”能够承接更多的雨水，而且其内部植物多以本土草本为主。下凹式绿地是在绿地建设时，使绿地高程低于周围地面一定的高程，以保证周围硬质地面、绿地等的雨水径流能依靠重力汇入下凹式绿地。同时在适当高程处设置溢流口，使未能及时渗入地下的地表径流溢流后进入雨水管网。下凹式绿地表面需种植草皮和绿化树种，以保证一定的景观效果。\n下凹式绿地下层的天然土壤使用渗透系数较大的透水材料进行改造，由表层到底一次为表层土、砂层、碎石层等。下凹式绿地既能保持原有的绿化景观效果，又能净化降水径流和空气，吸收二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳，释放氧气和消减噪音等，具有工艺简单、工程投资少、不需额外占地等优点。下凹式绿地能够有效地截留初期雨水所携带的污染物质。程江等考察了下凹式绿地对城市降雨径流污染的消减效应，研究发现七对COD、TP的平均值消减率分别是52.21%、47.35%，并且降雨历时增加可提高污染物的消减率，当降雨历时从3小时增加到20小时时，径流污染综合消减率可从40%上升至65%。2.1.2下凹式绿地技术该项技术在世博园绿地建设中已得到应用。下凹式绿地建设依据高程图寻找雨水径流汇集处，或者人为构建高程落差，\n2、内源控制技术景观水体的内源污染控制技术主要有微生物修复技术、水生植物修复技术、水生动物修复技术、人工浮床技术以及人工湿地技术。1）微生物修复技术微生物修复技术主要利用微生物或生物制剂对营养化景观水体进行修复。曹式芳等按1:1:1的比例将光合细菌、硝化细菌和复合细菌混合，处理富营养化景观水体，结果表明，有机物与叶绿素的去除率分别达到60%和90%，含氮化合物的去除率达到50%以上，且水体DO值由1mg/l增至7mg/l。但也有观点认为，投加外来菌种进行修复时，水体中土著微生物与外来菌种进行生存竞争，导致外来菌种的生物量和生物活性下降，水体净化效果下降。因此，目前越来越多的研究者采用无毒且不含菌的生物试剂对景观水进行修复，生物制剂可以激活原本已经存在于水体中的微生物，使它们大量繁殖进而治理水体富营养化。\n2）水生植物修复技术水生植物对景观水体的净化作用一般通过2个过程完成：1）直接吸收氮磷等营养元素，同时吸附某些重金属元素以及一些有毒有害物质；2）通过植物根系强大的复氧体系，为微生物以及动物提供好氧条件，以促进它们对水体的净化。国内一般将水生植物分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物及浮水植物。这4种水生植物中，挺水植物具有很好的清淤作用，而沉水植物对生态环境要求较高，但能够很好的保证水体的透明度。吴湘等比较了凤眼莲、黄花水龙、空心莲子草、水鳖和四角菱5种不同漂浮植物对景观水体都有较好的净化效果，且易于成活，容易管理，其中对水体中TN去除率最高的职务是黄花水龙（63%），对TP去除率最高的植物是凤眼莲（52%）。\n3）人工浮床技术人工浮床技术是一种人工设计、构建并漂浮在污染水域中的人工生态系统。它以浮床为载体，把高等水生植物或经过改良的陆生植物种植到富营养化水体水面，采用无土栽培技术，依靠植物根部的吸收、吸附、挂膜作用消减富营养化水体1中的高污染物质，从而达到净化水体水质的目的，并取得更高的收获量和更好的景观效果。浮床还可与填料搭配使用，强化其净化作用。黄延林等一聚乙烯发泡板为浮床栽培绿萝、美人蕉和龟背竹，并与填料综合作用，对城市景观水体进行净化，结果表明，植物生长状况良好，大大的降低了水体的富营养化。\n4）人工湿地技术人工湿地是对天然湿地功能的一种模拟与强化。它利用自然生态系统的物理、化学、生物和微生物的多重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换植物吸收和微生物分解，实现对污染水体的高效净化。人工湿地系统不仅有很好的景观效应，而且对景观水体有很好的净化效果，能够有效的去处溶解性有机物、悬浮物、氮、磷、重金属和各种病原体等多种污染物。严立等利用由砾石、沸石和粉煤灰组成的3级潜流式人工湿地来净化富营养化景观水体，对TP和TN的去除率分别达到35.1%~65.3%和28.7%~62.9%，对COD的去除率为40.3%~61.9%，对蓝绿藻均有较好的去除效果。\n二、具体案例分析案例一以西安市兴庆湖为分析实例，开展水质保障方案和工程措施设计1）景观水体污染控制与治理技术对比分析2）根据西安地区的特点和当前城市景观水体的污染现状，选择适合西安地区景观水体净化的技术。3）系统地分析了人工沉床与人工浮床系统的特点、组成、作用机理、运行方式和系统优势。\n针对西北地区景观水体的特点进行水质改善技术方法的筛选：1）底泥疏浚法:挖掘底泥是减少富营养化湖泊内源性氮、磷元素的主要手段，但会出现很多不利影响:①对底泥挖掘若不当，反而会导致水体氮、磷营养元素平衡的破坏，水质进一步恶化，藻类会异常增殖；②进行底泥疏浚的一次性投入太大；③挖掘出的底泥可能对周围水环境造成二次污染，此法不可取。2）换水或引水冲污法这种方法能够有效地稀释水体中营养盐浓度，提高水体的溶解氧和透明度，改善水质。但需要大量水源，未能从根本上解决问题。西北地区属于资源性缺水地区，水资源紧缺，则不宜使用引水冲污法。\n3)化学方法:可投加化学除藻剂等，但这会向水中引入新的化学成分，不但对藻类有抑制作用，而且对其它生物也存在毒性，形成二次污染。因此也不推荐使用化学方法。4)人工曝气充氧:采用人工曝气的方式向水体充氧，可以加速水体复氧过程，提高水体中好氧微生物的活力，达到改善水质目的。但此法只能局部提高水体中的溶解氧含量，可作为辅助手段。5)生态处理技术:该法体现人与自然和谐相处的可持续生态化的水质改善思路，其处理效果好，工程造价低，运行成本低廉，因此被广泛应用于水环境修复中，水质改善技术筛选结果为生物-生态修复技术最适宜采用。\n生态处理技术是根据生态学原理利用水生生态植物及微生物的自净能力或接种的微生物，对水中污染物进行转移、转化及降解，吸收水体中的有机污染物，以达到水质净化的目的。生态处理技术包括：①土地处理系统②氧化塘处理系统③人工湿地处理系统④人工绿地处理系统⑤人工沉床与人工浮床组合系统共同的缺点占地面积大\n人工沉床技术是利用沉床载体和人工基质栽种大型水生植物,对污染水体进行原位修复的一种生物—生态水体修复技术；人工浮床是一种类似筏子的人工浮体，利用无土栽培技术将一些耐污并具有观赏效果的陆生植物种植在床体上。该系统依靠人工沉床上种植的沉水植物和挺水植物以及人工浮床上栽种的植物吸收水体中的N、P营养物及其他污染物质。该系统为微生物和水生动物提供了大量的栖息地，建立了动物-植物-微生物构成的水生生物圈。\n人工沉床主要由基质(填料)、大型水生植物和附着在基质与植物体表面的微生物三大部分组成。在该系统中,大型水生植物处于核心地位。净化机理吸收水体中的氮、磷等营养元素吸收水体中的其他物质挥发吸附沉降植物光合作用过程中释放氧,可明显增加水体中DO含量大型水生植物通过生长代谢过程释放某些化学物质,抑制藻类及细菌生长植物根际微生态环境和叶片微生态环境（好氧）根际和叶片以外区域微生态环境物理化学作用释氧复氧作用植物化感作用植物—微生物的协同净化植物吸收净化\n床体结构由以下4部分组成:①受力载体构件；②植物种植箱体及填充基质；③高等水生植物；④浮力调节构件。\n部分挺水植物香蒲草\n部分沉水植物\n人工浮床应用实景人工浮床是绿化技术与漂浮技术的结合体，一般由五个部分组成，即浮岛框架、植物浮床、生物接触填料、水下固定装置以及水生植被。\n生物接触填料软性纤维填料组合填料\n部分可供选择的人工浮床植物\n1、水生动物的适当放养：在水体中适当放养蚌类、鱼类、螺蛳等水生动物，延长食物链，提高生物净化效果。2、适时投放有益微生物：向水体中投洒有益微生物增加水中有机质的分解、矿化，这可有效地促进并完善水中有机质和营养盐的迁移、转化和输出的过程。最常投放的微生物有高效微生物群(EM)和光合细菌（PSB)。3、定期换水：兴庆公园绿地面积达400余亩，需要大量的水源进行绿化浇灌。故在该系统之外，建立蓄水池，并将湖水用水泵抽至蓄水池中，经简单处理之后，用于绿化浇灌和园区消防用水。抽取湖水的位置宜选在水域面积较小的区域，因为人工沉床与人工浮床系统对这些区域的影响较小，水质较差，从这些区域抽水并补充干净的水源，能够对湖水水质净化产生更大的效果。西安兴庆湖水质保障方案和工程措施兴庆湖水质改善工程措施设计\n该系统采取人工沉床和人工浮床交替放置的方式，这样既可保证人工沉床上植物对光照的需求，又便于后期对二者的管理。另外考虑到兴庆湖水域面积最宽的区域是游人划船的地方，但为提高净化效果，人工浮床和人工沉床必须放置于该宽阔区域，故综合考虑这两方面因素，放置沉床和浮床时，在块与块之间留下足够大的空间供游船通过，这样既可以达到净化效果，又可以使游人划船穿梭于植物景观之间，更增一番乐趣。浮床和沉床的面积和形状可根据需求设计。\n直接在湖水区域内对水质进行净化，不另外占用土地1)直接吸收利用污水中可利用的营养物质，吸收和富集重金属和一些有毒有害物质；2)植物庞大的根系为细菌提供了多样的生境，根区的细菌群落可降解多种污染物；3）提供巨大的生物栖息空间，为水生动物提供一个免收干扰的乐园；4）结构新颖，植物造型与色彩可随意组合便于管理；5）投资少、风险小、不产生二次污染，适合于城市中小河流及湖泊直接净化。系统优势\n1）在选择生物—生态方法时要考虑实际情况，部分生物—生态方法如人工湿地系统、人工绿地系统等在处理景观水体上虽然有很多优势，但存在占地面积大的问题，不适用于周围土地资源紧缺的城市景观水体的净化。人工沉床与人工浮床组合系统具有其他生物—生态方法的优势，而且能够直接在湖水区域内对水质进行净化，不另外占用土地，在城市景观水体的污染治理中具有很高的可行性。结论\n2）对于西部缺水城市来说，推广生物—生态多种技术组合方法来处理景观水体，有利于重建生态平衡。3）应对多种植物组合的水质改善效应进行研究，选择合理高效的植物组合结构。可选择不同的浮床植物与生物填料搭配使用，或与其它人工曝气技术结合，以达到持久稳定的净化水质目的。4）景观水体应该由景观设计师和环境污染治理人员共同设计，不但要考虑其美观性，更应该考虑其后期污染防治问题。\n生态景观浮岛是以可漂浮材料为基质或载体，它的净化作用原理表现在利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代谢水中的污染物成为无机物，通过植物的根系吸收或吸附作用，削减水体中的氮、磷及有机污染物质，经过光合作用转化为植物细胞的成分，促进其生长，最后通过收割浮岛植物来减少水中营养元素，改善水质，创造良好的水环境。国内、外研究结果表明，生态浮岛与人工湿地在同等面积条件下，生态浮岛的净水效率比人工湿地高出70%以上。目前一些文献中出现的“生态浮岛”、“人工浮岛”、“人工生物浮床”、“生物浮床”、“浮床无土栽培”等均为相同或类似的概念。生态景观浮岛的利弊\n经过几十年的研究发展，国内、外生态浮岛技术得到极大完善，但是由于种种原因生态浮岛技术然而其仍处于试验与示范阶段，并在使用中存在一些问题和不足:1、现有生态浮岛栽培不易进行标准化推广应用。不同的湖泊河流，其富营养化水平不同，水流、温度、风速、水体波动等都各不相同，需要相应的浮岛设计组合和浮岛植物种类搭配，很难制定一个统一的标准予以推广应用。　　2、现有生态浮岛难以推行机械化操作。生态浮岛漂浮在水面上，日常的管理均在水面上完成，目前其管理操作大多采用人工完成，管理养护成本大,在小面积的试验示范中尚可，若大面积推广，需要经常、及时采收，人工操作就不能满足需要，限制其发展。\n3、现有生态浮岛制作施工周期长。从目前来看多数的生态浮岛都是采用现场制作及现场种植的模式，大面积制作施工周期较长。　　4、现有生态浮岛难以过冬。生态浮岛上的植物大多数不能过冬，需要在第二年春天重新种植,尤其在冬季天气较冷的我国北方地区生态浮岛上的植物根本不能成活。　　5、现有生态浮岛多数采用大型水生植物及水生蔬菜，难以抵抗极端的大风、大雨及大浪。　　6、目前国内、外使用的生态浮岛单体面积较小，大多数是在小面积的河湖中使用，难以对较大的河湖进行生态修复，现需要有超大面积的生态浮岛。\n案例二国外在农村生活污水处理方面，较为成功的技术模式：日本农村生活污水处理系统日本农村污水处理协会研究了很多适合村镇生活污水处理的设备，其设计的JARUS模式的15种不同型号污水处理装置，处理工艺主要是生物膜法和浮游生物法，具有很好的污水处理效果，且体积小、成本低、操作简单。日本的污水处理能力也很强，近邻有相似性。韩国湿地污水处理系统韩国农村居民居住分散，其生活污水不适合集中处理。而湿地污水处理系统因耗能低，运行成本低，维护费用低等优点，在韩国有较广泛的研究，其去污机理也是基于“土地—植物系统”的生态作用，该系统目前已经在欧洲、北美、澳大利亚和新西兰等国家得到广泛应用。韩国利用湿地处理后的污水再浇灌水稻，可取得较理想的净化效果。常用的湿地植物有卢苹、香蒲、灯芯草等，去污能力强，对病原体去除效果好。湿地在我国也已开始有应用，但我国的湿地处理出水回用问题，需要根据具体情况而定，不可盲目参考进行浇灌。\n美国的高效藻类塘系统高效藻类塘由美国加州大学伯克利分校的Oswald率先提出并发展，其是通过传统的稳定塘改进的，它最大限度利用了藻类产生的氧气，使塘内的一级降解动力学常数值大幅增加。高效藻类塘对COD、BOD5、氨氮、总憐以及病原体等的去除率均较高，同时收割的高等水生植物是很好的肥料。高效藻类塘的优势是施工工程量少，投资及运行费用少，便于管理和维护;其不足是易受光照和温度等环境因子的影响。目前高效藻类塘在以色列、摩洛哥、法国、美国、南非、巴西、比利时、德国、新西兰等国都有研究应用。高效藻类塘对广大农村地区，具有很好的实用和推广价值。\n法国的蚯蚓生态滤池蚯蚓生态滤池是最近几年在法国和智利发展起来的，是利用蚯蚓对有机物的吞食功能，对土壤渗透性的提升和蚯蚓与微生物的协同作用，而设计出的污水处理技术，具有高效去污能力，同时还能降低剩余污泥量。蚯蚓生态滤池处理系统同时集初沉池、曝气池、二沉池、污泥回流设备以及曝气设备等于一体，大幅度简化了污水处理流程。其优势是抗冲击负荷强，运行管理简便，不易堵塞等。其不足之处在于对外界的环境要求高，易受气温影响，会影响系统的处理效率。在我国已经开始有应用。澳大利亚“FILTER”(非尔脱)污水处理系统澳大利亚“FILTER”(非尔脱)系统主要是由澳大利亚科学和工业研究组织(CSIRO)的专家在最近几年提出的，是一种将过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统。其以土地处理为基础，将污水用来饶灌农作物，污水经农作物和土地处理后，再通过暗管排出。该系统既可以满足农作物对水分和养分的需求，同时又能降低污水中污染物的浓度，使其满足排放标准。“FILTER”系统的优点是成本低，处理效果好，适用范围较广。\n诺维信生物公司的生物废水处理系统，旨在通过支持微生物作用以分解废水中的有机体。这些系统经过设计可使微生物和废水在特定的生物活性条件下接触，使有机物降解，从而分解废物中的特定成分。另外，诺维信公司选择的具有特定功能的菌株，可促进原生细菌种群的作用，可提高自然微生物对处理过程波动的反应能力，或降解废水中难以处理成分能力，以获得更好的处理效果。BI－CHEM1000系列用于工业废水的处理，其主要功能为：1．通过降低水处理厂的故障频率和严重程度，提高处理厂的稳定性（出水水质）。通常情况下，可使出水中的有机物减少、出水水质的波动明显减小、硝化作用的持续性增强、活性污泥的絮凝性增强，以及提高原生动物数量和多样性。2．能从由pH值偏差、水冲蚀和处理中断引起的故障中迅速恢复。3．降解多种特定化合物。案例三、诺维信生物公司的生物废水处理\n4．提高BOD／COD总去除率，包括降低工业预处理费用。5．硝化作用的恢复或启动。6．控制污泥贮留池、污泥处理操作、垃圾填埋和堆肥中的气味。BI－CHEM2000系列则用于市政废水的处理。市政府将其预算的相当一部分用于系统维护、撇渣和污泥处理，以及应付工业废水进入市政污水系统所带来的影响。另外，诺维信生物公司的生物增效产品还为经济有效地清除导致排水系统故障的油脂、处理油脂撇渣和提高废水处理效率提供了一个非常有效的方法。该系列产品主要功能为：1．防止油脂聚集在收集系统泵站和自流管道。2．通过好氧氧化方法清除油脂，以防止浮渣处理、厌氧消化池和压榨操作中与油脂相关的问题。3．采用预处理或者厂内应用方法降低工业排放物的影响。4．硝化作用恢复和启动。5．控制污泥贮留池、污泥处理操作、垃圾填埋和堆肥操作中的气味。6．减少污泥贮留池中的底层污泥。诺维信是来自丹麦的世界著名的酶制剂制造商，拥有超过40％的世界工业酶制剂市场。自20世纪40年代以来，诺维信致力于生物技术的研究和应用，先后推出500多种酶制剂产品，销售遍及130多个国家和地区。其开发的BI－CHEM系列产品可用于多种行业的废水处理，包括纸浆和造纸、食品加工、提炼厂、化学加工、纺织厂和炼钢厂。