城市河道水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究
——以?？谑忻捞m區(qū)污水處理PPP項(xiàng)目為例

于光軍

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

城市河道水質(zhì)改善的中心環(huán)節(jié)及任務(wù)核心就是在保證生態(tài)平衡，以科學(xué)有效的方式進(jìn)行系統(tǒng)的、有組織的、科學(xué)的污水處理。常見的污水出處主要為居民生活用水，工廠廢水排放等，而同樣，在處理污水方面，大多為簡(jiǎn)單的物理沉淀法及基礎(chǔ)的化學(xué)污水處理法，無法從自然、環(huán)保、綠色的生態(tài)角度滿足當(dāng)下的環(huán)保需求，因此需要采取物理沉降術(shù)為代表的物理法、利用化學(xué)反應(yīng)來自然分解反應(yīng)的化學(xué)法、后期高效生態(tài)技術(shù)修復(fù)法三方面進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

1 對(duì)物理沉降術(shù)、化學(xué)反應(yīng)術(shù)為代表的物理法、化學(xué)法的先前系統(tǒng)使用的弊端羅列

1.1 物理降解的不合理性

由于物理降解針對(duì)的群體多樣化且針對(duì)的群體的限制不多，但過濾的雜物只限于顆粒大的污染物，但現(xiàn)在的污染物基本以小顆粒物或無形態(tài)的污染物居多，普通的物理沉降法顯然不可滿足該種污染物的過濾功效，在面對(duì)此類污染物時(shí)“形同虛設(shè)”無法正常進(jìn)行有效的物理沉降，即耗費(fèi)了時(shí)間經(jīng)歷又收效甚微，得不償失。

1.2 傳統(tǒng)化學(xué)改善方式的后續(xù)污染性問題

在部分地區(qū)，尤其時(shí)海南省?？谑忻捞m市在前期的利用化學(xué)方式講解污染物或者利用化學(xué)反應(yīng)改善城市河道水質(zhì)時(shí)，通常采用的化學(xué)反應(yīng)方式會(huì)造成在反應(yīng)后期產(chǎn)生不必要的自身化學(xué)反應(yīng)所帶來的氣體污染或者是再生物污染，例如產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等污染性氣體，加重該地的污染[1]。

1.3 物理法、化學(xué)法兩者結(jié)合的雙重污染性

由于物理法的物體大小局限性、化學(xué)反應(yīng)所帶來的氣體及再生廢棄物的污染，兩者結(jié)合采用在短時(shí)間內(nèi)的確可以提升其凈化及改善河水的功能，提升效能，但以長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，卻不符合當(dāng)下綠色、健康、共享、美麗的生態(tài)環(huán)保的呼喚性。

2 如何有效地采用物理沉降術(shù)為代表的物理法、利用化學(xué)反應(yīng)來自然分解反應(yīng)的化學(xué)法、后期高效生態(tài)技術(shù)修復(fù)法進(jìn)行城市河道水質(zhì)改善

2.1 在單一物理生態(tài)修復(fù)法的基礎(chǔ)上融入生物法

針對(duì)部分地區(qū)目前存在的城市河道水質(zhì)改善方式中單一的物理傳統(tǒng)改善方式——沉淀(重力分離)——利用污染物的重力不同，污水中原本存在的固體物質(zhì)在重力作用下自然的沉降到在該河道下部的收集倉內(nèi)；截流篩選法—采取過濾機(jī)器進(jìn)行對(duì)污染物的改善；氣浮上浮法——借助一些密度接近于水的污染物，通過向該污染流域注入空氣的方式完成沉降。但以上三種傳統(tǒng)的沉降法過于單一且收效及針對(duì)的群體是比較的具有針對(duì)性，所以要結(jié)合現(xiàn)代的新式物理生態(tài)修復(fù)法讓三者傳統(tǒng)的物理法可以更好的進(jìn)行、發(fā)揮其應(yīng)有的功效，及時(shí)改進(jìn)其不完善的方案。目前在生態(tài)修復(fù)過程中，部分地區(qū)技術(shù)人員廣泛使用生物法中的生物氈來進(jìn)行環(huán)境修復(fù)，而所謂的生物氈實(shí)際上是一種結(jié)構(gòu)多孔、密度較大的物質(zhì)，其能夠給河道中的微生物提供適宜的棲息地，從而促進(jìn)微生物的繁殖和生存，所以應(yīng)該建立健全?？谑忻捞m市河道生物氈鋪設(shè)規(guī)范，結(jié)合實(shí)際的河道情況，對(duì)于生物氈鋪設(shè)的方案進(jìn)行有效的確定。在具體的鋪設(shè)過程中，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的情況進(jìn)行方案的靈活調(diào)整，促進(jìn)河道生物氈生態(tài)作用的穩(wěn)定發(fā)揮。在另一方面，可以采取曝氣的方式進(jìn)行河道中含氧量的增加，曝氣指的是通過有效的手段，將空氣中所含有的氧強(qiáng)制性的轉(zhuǎn)移至液體中，從而實(shí)現(xiàn)液體含氧量的有效增加。對(duì)此，?？谑忻捞m市應(yīng)該針對(duì)當(dāng)?shù)睾拥乐卫淼膶?shí)際情況，建立健全河道曝氣的規(guī)范流程，在一定程度上提高河道內(nèi)的水質(zhì)含氧量，從而為微生物的繁殖提供足夠的氧氣。同時(shí)還可以采取種植人工水草的方式，通過水草的光合作用，提高河道中水質(zhì)的含氧量，提高微生物的數(shù)量，充分發(fā)揮微生物在河道水質(zhì)改善方面的生態(tài)作用[2]。

例如以海南省?？谑忻捞m市的現(xiàn)代城市河道污水處理PPP項(xiàng)目為例，該地在進(jìn)行污水處理方案上，保留了傳統(tǒng)的物理方式，將效能發(fā)揮到最高：

1)采用物理沉降法、氣浮上浮法、截留篩選法的步驟依次進(jìn)行，具體操作如下：首先，在該城市(海南省海口市美蘭市)的城市河道內(nèi)下層鋪設(shè)廢物收集的不滲水的特殊材料的收集裝置，用來收集沉降后的污染物，其次，環(huán)保局及污水處理局建立相對(duì)的物理沉降小組，采取一一對(duì)應(yīng)的模式及專業(yè)對(duì)口的形式，下設(shè)三個(gè)同樣等級(jí)的小組：一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)班子(3人，參與整體的統(tǒng)籌規(guī)劃及時(shí)間、工程量安排的活動(dòng))三個(gè)專業(yè)小組(六人，每組兩人，負(fù)責(zé)物理沉降法、氣浮上浮法、截留的專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)，及技術(shù)設(shè)計(jì)的后續(xù)操作、經(jīng)驗(yàn)總結(jié))若干施工小分隊(duì)(選取經(jīng)驗(yàn)充足的擔(dān)任施工隊(duì)長(zhǎng)，采用一老帶一新的施工策略，保證在未來今年新生代可以漸漸獨(dú)當(dāng)一面。

2)在第一步的物理沉降的過程中，還需要另派遣負(fù)責(zé)收集的同志，確保在物理沉降環(huán)節(jié)，污染物可以準(zhǔn)確的落到收集袋中，防止二次污染，此時(shí)環(huán)保局可以采?。悍侄喂芾淼姆绞郊矗?人負(fù)責(zé)10m的水域，將河段分成多個(gè)流域，完成基礎(chǔ)的沉降及收集活動(dòng)，兩人負(fù)責(zé)技術(shù)探測(cè)，一人負(fù)責(zé)基礎(chǔ)的技術(shù)后期檢驗(yàn)，依次形成一個(gè)完備的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。

3)在氣浮上浮中，對(duì)與水密度接近物質(zhì)的選擇中要保證其自身在水中不溶于水且不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生其他的污染物，因此，可以采取PPP中’3+3+1”的形式實(shí)現(xiàn)正確的物理高效環(huán)保水質(zhì)改善。第一個(gè)“3”是指要至少選出三種與水密度接近的合適的物質(zhì)(不溶于水且不與水發(fā)生反應(yīng))，然后交給相關(guān)質(zhì)監(jiān)局的負(fù)責(zé)檢驗(yàn)的工作人員，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果的方式來進(jìn)行“優(yōu)中取優(yōu)”選取其中的一項(xiàng)，第二個(gè)“3”是指，三個(gè)實(shí)踐行動(dòng)小組，分別負(fù)責(zé)，前期調(diào)研與實(shí)踐、中期投入城市河水水質(zhì)改善的過程，后期投入到質(zhì)量檢測(cè)與反饋中。形成一條完整的關(guān)系鏈條。

4)在最為關(guān)鍵的截流篩選法中，主要分為以下3個(gè)方面：①污水處理項(xiàng)目PPP(海南省?？谑忻捞m市的應(yīng)用)是針對(duì)不同的氣候、地形、當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)生活狀態(tài)所進(jìn)行不同調(diào)整的項(xiàng)目，以海南省?？谑忻捞m市的氣候來講，屬于亞熱帶氣候，濕熱多雨，所以其城市河道水的積攢的水量總數(shù)會(huì)隨著濕雨季而提高其污水處理的難度，因此，如何趕在濕雨季題前做好相應(yīng)的污水處理，需要從政府部門到施工處的齊心協(xié)力努力：②政府在統(tǒng)籌兼顧的同時(shí)要聯(lián)合氣象部門、水利部門施工部門一起做好前期的調(diào)研，氣象部門一定要依靠現(xiàn)代有力的數(shù)字圖像技術(shù)及時(shí)的對(duì)天氣狀況作出預(yù)判，趕在濕雨季到來前做好準(zhǔn)備工作；水利部門則需要根據(jù)氣象部門的數(shù)字判斷，來做好相應(yīng)的計(jì)劃(例如3月15號(hào)為濕雨季的開始，今天為3月1日，水利局需要將這14d的工作量及進(jìn)度作出系統(tǒng)的規(guī)劃，例如，第一天，哪個(gè)部門負(fù)責(zé)哪個(gè)位置，預(yù)計(jì)合適完成，如果碰上陰雨等不良天氣需要怎么辦)。而施工部門則需要根據(jù)氣象部門及水利部門所發(fā)布的指令，保質(zhì)保量的完成，依次保證在此次濕雨季到來前可以保質(zhì)保量的完成此地(海南省海南市美蘭區(qū))城市河道的水質(zhì)改善的問題。③在城市河道水質(zhì)改善規(guī)劃實(shí)施的方面，以鋪設(shè)生物氈為例，首先在選購生物氈時(shí)，應(yīng)該對(duì)于商家的銷售資質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)，在保證質(zhì)量的前提下，預(yù)先選購一條生物氈樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即在所要改善水質(zhì)的河道內(nèi)進(jìn)行預(yù)鋪設(shè)，根據(jù)河道水質(zhì)的密度和淤泥分布情況，進(jìn)行生物氈鋪設(shè)效果的檢驗(yàn)，如果所選生物氈能夠正常的沉入河道深度2/3處，那么則證明生物氈的種類符合要求。在生物氈的鋪設(shè)方面，應(yīng)該選擇河道內(nèi)水生植物較為豐富的位置，因?yàn)榇颂幈姸嗨参锕夂献饔卯a(chǎn)生的氧氣較多，水中所含有的氧氣量較多，能夠促進(jìn)微生物的呼吸作用，并且在水生植物死亡后會(huì)被分解者分解產(chǎn)生無機(jī)物，有利于微生物的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。所以在水生植物聚集區(qū)微生物的數(shù)量較多，將生物氈放置在此處，能夠使得足夠多的微生物進(jìn)行生物氈的利用，為其提供更加適宜的生存環(huán)境，有利于促進(jìn)河道水質(zhì)的有效改善。在對(duì)于河道進(jìn)行曝氣的方面，以機(jī)械曝氣為例，應(yīng)該借助葉片、葉輪等機(jī)械設(shè)備，對(duì)于部分河道進(jìn)行水質(zhì)的強(qiáng)制性運(yùn)動(dòng)，使得深層次的河道水能夠不斷與空氣進(jìn)行接觸，從而使得大氣中的氧進(jìn)入河道水中，提高河道中氧的含量，促進(jìn)微生物的生存和繁殖，提高水質(zhì)改善的效果。氣浮上浮法原理見圖1。

圖1 氣浮上浮法原理

2.2 加強(qiáng)化學(xué)方式改善水質(zhì)的效能及降低其污染

隨著現(xiàn)代化學(xué)化工及材料工程的蓬勃發(fā)展一些依靠化學(xué)興起的產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，在社會(huì)發(fā)展中起著中流砥柱的作用，同樣，應(yīng)對(duì)城市河道水質(zhì)改善問題，利用化學(xué)反應(yīng)的方式，將改善水質(zhì)的效能提高，在降低原有的基礎(chǔ)污染的情況下，還可以借助新反應(yīng)產(chǎn)生一些新物質(zhì)幫助改善水質(zhì)，保證水質(zhì)，一舉兩得，實(shí)現(xiàn)共贏。其次，按照傳統(tǒng)的化學(xué)方式來講，許多的化學(xué)反應(yīng)通常會(huì)帶有一些不良的物質(zhì)，例如，產(chǎn)生像二氧化碳、二氧化硫等的碳的氧化物及硫化物等，或者是產(chǎn)生一些新的不溶于水的小分子的污染物，不僅沒起到基礎(chǔ)的防空處理效果，還增加了其負(fù)擔(dān)，得不償失，因此，需要改進(jìn)傳統(tǒng)的化學(xué)方式利用化學(xué)反應(yīng)得到有用的物質(zhì)，盡早的利用混凝法、酸堿中和法、氧化還原法、電解法、吸附法、化學(xué)反應(yīng)沉淀法處理該地區(qū)的河道水質(zhì)問題，逐步向美麗中國(guó)的目標(biāo)邁進(jìn)，還給人民大眾一個(gè)綠水青山，讓更多的子孫后代造福于此。

例如以海南省?？谑忻捞m區(qū)的城市河道水質(zhì)改善的化學(xué)方法為例，通常分為以下幾種形式：混凝法、酸堿中和法、氧化還原法、電解法、吸附法、化學(xué)反應(yīng)沉淀法等多種形式進(jìn)行。

1)以酸堿中和法為例，城市河道水因?yàn)樯钣盟脑?，大多是排放出酸性物質(zhì)為主(廚余垃圾等)，而因?yàn)楫?dāng)?shù)匾岳吓f小區(qū)為主，在對(duì)當(dāng)?shù)氐某鞘泻拥浪|(zhì)的影響較大，根據(jù)2018年的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)?shù)氐木用裼脩羲欧诺膹U棄垃圾占污水處理總數(shù)額的54%，占絕大多數(shù)，且其中最多的是酸性物質(zhì)。在化學(xué)反應(yīng)中可以充分利用酸堿中和的方式來有效的進(jìn)行水質(zhì)改善具體方法如下：①監(jiān)管局利用先進(jìn)的儀器檢測(cè)該流域的水質(zhì)問題，酸性物質(zhì)所占比例的多少，②化學(xué)管理所需要按照所提供的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的對(duì)比，計(jì)算出所搭配堿性物質(zhì)的多少，然后取少量的比例酸性、堿性物質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的比對(duì)與多次實(shí)驗(yàn)然后通過實(shí)驗(yàn)組成員的檢測(cè)結(jié)果，給施工人員投入，利用酸堿中和的原理改善當(dāng)?shù)厮嵝赃^度的情況。而針對(duì)氧化還原反應(yīng)是考慮到在污水中有呈溶解狀態(tài)的有機(jī)物與無機(jī)物，此時(shí)可利用常見的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行處理，投入足量的氧化劑(純氧、臭氧)、還原劑(鐵、亞硫酸氫鈉、硫酸亞鐵)。首先，實(shí)驗(yàn)組要模擬投入流域的環(huán)境，從氣候到實(shí)際日常投入量等變量都要一一模擬完備。

2)派遣專門的實(shí)地勘測(cè)人員，深入到當(dāng)?shù)兀紤]氧化劑、還原劑的選擇種類，看看是否符合當(dāng)?shù)氐牧饔蚯闆r。

3)在投入環(huán)節(jié)，因?yàn)槭腔瘜W(xué)反應(yīng)，其材料用量需要進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)際控制及用量報(bào)備，當(dāng)?shù)卣枰e極配合，各施工隊(duì)要按照PPP中’3+3+1”的形式實(shí)現(xiàn)正確的物理高效環(huán)保水質(zhì)改善，切勿不科學(xué)、不規(guī)律的進(jìn)行基礎(chǔ)的化學(xué)物質(zhì)的投放。在前期的調(diào)研及中期的投放中，施工隊(duì)及專家領(lǐng)導(dǎo)小組要積極總結(jié)每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果所反映出來的得失情況，是否可以在合適的環(huán)節(jié)，增加或減少氧化劑、還原劑的使用以實(shí)現(xiàn)最高效能的城市河道水質(zhì)的改善問題，幫助海南省海口市美蘭市的水質(zhì)改善。以電解法為例，在起先的專家組討論環(huán)節(jié)要派實(shí)驗(yàn)組親自前往實(shí)驗(yàn)改進(jìn)地提取廢水，然后以會(huì)議實(shí)驗(yàn)直播的形式，現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)—在所取當(dāng)?shù)?海南省?？谑忻捞m市)廢水中插入電極并通過電流，看在另一端的陰極板上是否會(huì)接到電子，陽極上是否會(huì)產(chǎn)生氧氣，其搭配所使用的量是多少，最科學(xué)的比例是多少，是否在完整的過程中產(chǎn)生還原反應(yīng)。其次，在中期的投入中，當(dāng)?shù)?海南省?？谑忻捞m市)的居民生活用水的水系是否因?yàn)樵摶瘜W(xué)反應(yīng)—電解法，產(chǎn)生一些不必要的影響，要及時(shí)進(jìn)行民意溝通，以確保當(dāng)?shù)爻鞘泻拥浪|(zhì)的改善的順利進(jìn)行。電解廢水實(shí)驗(yàn)示意圖見圖2。

圖2 電解廢水實(shí)驗(yàn)示意圖

2.3 加強(qiáng)后期高效生態(tài)技術(shù)新型修復(fù)法(生物法)的使用

海口市水體中的含鹽量較高，這不利于各種水生植物的生長(zhǎng)，所以生態(tài)修復(fù)人員應(yīng)當(dāng)使用物理法、化學(xué)法以及生物法等進(jìn)行污水處理以及環(huán)境修復(fù)。而在對(duì)現(xiàn)有的幾種常見的城市河道水質(zhì)的治理改善方式進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比過后發(fā)現(xiàn)，以生物法著稱的高效生態(tài)技術(shù)新型修復(fù)法(生物膜法、氧化溝、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化)更適合當(dāng)下的海南省?？谑忻捞m市的污水處理PPP項(xiàng)目的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，更加能夠滿足當(dāng)下綠色、環(huán)保的理念及對(duì)居民的生活影響較之前的傳統(tǒng)的物理、化學(xué)方式對(duì)其影響更小，所以城市河道水質(zhì)改善與生態(tài)環(huán)境修復(fù)中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)生物法的運(yùn)用。

首先以生物膜法為例可按照以下步驟進(jìn)行。 ①在該城市河道水中鋪設(shè)固體填料，其鋪設(shè)方式遵循河流的流向做遞減的“坡度”搭配。②生物膜以泥垢狀分布，多有機(jī)物，以便于吸附力強(qiáng)的凈化物質(zhì)繁衍生長(zhǎng)。③環(huán)境水域監(jiān)管局要定期進(jìn)行生物膜質(zhì)量檢測(cè)及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)整政策。同時(shí)，在投放微生物的方面，考慮到海口市美蘭市河道水質(zhì)的實(shí)際情況，應(yīng)該選擇包括紅菌在內(nèi)的多種組合菌進(jìn)行投放，主要用于分解水中的污染物。研究發(fā)現(xiàn)，紅菌能夠很好地吞噬污水中的氨氮污染物，并且在其去污過程中不產(chǎn)生污泥，也不產(chǎn)生二氧化碳，并能夠節(jié)省60%的電能消耗，大大地降低了治污成本，是一種絕佳的改善水質(zhì)的微生物。在紅菌的投放過程中，其具體做法是，通過截污減源使河道水體的氧化還原電位差從-200--300提高到接近0左右，再投入清源公司培養(yǎng)的包括光合紅菌在內(nèi)的微生物，能夠有效提高光合紅菌的生存和繁殖能力，增強(qiáng)河道水質(zhì)的生物改善效果。生物膜法原理見圖3。

圖3 生物膜法原理

3 總 結(jié)

現(xiàn)代城市河道水質(zhì)改善對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步起著十分重要的作用，以海南省?？谑忻捞m區(qū)的污水處理的方案為例，整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展必須以可持續(xù)、綠色、環(huán)保為主要目標(biāo)，采取物理沉降術(shù)為代表的物理法、利用化學(xué)反應(yīng)來自然分解反應(yīng)的化學(xué)法、后期高效生態(tài)技術(shù)修復(fù)法三個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的修復(fù)管理，以確保海南省?？谑忻捞m區(qū)的污水處理可以盡早的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化。