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河涌治理的创新技术

12369.org chnlive.com 时间:2013-08-28 11:35:00作者:黄志刚 来源:中国环保大众网

摘要:论大江南北,城市和乡镇面临着相同的尴尬:黑臭之河越来越多,黑臭之河治理也越来越困难。黑臭是水体有机物污染的一种极端表现,大量有机污染物进入水体,在藻类等好氧微生物的生化作用下,消耗了水体中的溶解氧,使水体呈缺氧状态,致使厌氧细菌大量繁殖,有机物腐败、分解、发酵,使水体变黑、发臭。 ...

       不论大江南北,城市和乡镇面临着相同的尴尬:黑臭之河越来越多,黑臭之河治理也越来越困难。黑臭是水体有机物污染的一种极端表现,大量有机污染物进入水体,在藻类等好氧微生物的生化作用下,消耗了水体中的溶解氧,使水体呈缺氧状态,致使厌氧细菌大量繁殖,有机物腐败、分解、发酵,使水体变黑、发臭。

根据目前的污染状况,广佛提出,2015年年底前,广佛跨界河流水质持续改善,水生态基本恢复,佛山水道基本达到Ⅳ类。难度很大,但已有成熟的成套先进技术解决。

一、河涌治理遇到的瓶颈

在吸取了许多经验教训之后,业界对于河道整治已形成共识:截污治污,清淤,水生态修复,补水,堤岸景观建设等。然而,目前国内大多数城镇对河道治理都存在“源头截污趋于失守、末端治理流于形式”的现状。

河涌治理是一个比较复杂的系统工程。河涌治理会遇到不少瓶颈,任何一个环节解决不好,都会达不到治理要求,或是治标不治本,黑臭很快重现;或是治理技术优选和集成不当,不可持续;或是维护管理麻烦,维护费用大,负担重,以至功亏一篑。河涌治理的瓶颈主要表现在下列几方面:

(一)截污中的瓶颈:截污没有做好,截污系统不完善。

截污治污(污水处理)非常必要,广州河涌治理不久水质又变差,淤泥又产生,专家和主管部门都认为,截污没有做好是重要原因之一。存在的问题是:

1、主涌虽已截污,但支涌和上游截污因投资大、动迁难而没有同步进行;各种原因造成的排水管网泄漏,截污效果大打折扣。

2、生活污水和工业废水处理不达标,甚至偷排、直排河涌。其中餐饮业的含油污水排入河涌后更难处理。

3、农村污水处理、农业面源(粗放的禽畜养殖,农田施用化肥农药等)污染防治是薄弱环节,直接影响河涌水质。

4、河涌两岸垃圾、尘土多,环境卫生差,下雨流入河涌的地面水的污染不可低估。

5、有些河涌治理不进行截污治污,而是将河涌作为污水处理场,改变了河涌的功能,影响河涌感官,会产生许多后遗症,是不可持续的,必须加以制止。

   (二)清淤中的瓶颈

黑臭的河水和底部淤泥中累积了大量的营养物质和污染物质,底泥的氧化还原状态直接影响河道自净能力和上覆水体水质。当底层氧化还原环境发生变化时,特别是进入春、夏后,环境温度上升,底泥中的营养物质和污染物质会重新释放加入水体,水质又重新恶化。所以,若不清淤,即使在外源营养物被完全切断(例如截污治污)之后,底泥释放的营养物质仍然能够导致水质恶化。清淤是河道治理的重要环节,但是,清淤和水生态修复难度大、问题多:

       1、淤泥清挖工艺落后,工程投资大,操作麻烦,清淤效率低;作业过程散发浓烈臭气,水体污浊,底泥疏挖、转移疏浚物及底泥后期处置中的每一个环节都易造成二次污染。

2、淤泥出路成难题。清淤挖上来的淤泥含水率高,数量巨大,黑臭,运输和处置难。垃圾填埋场不愿意污泥进场,因为污泥容易造成垃圾填埋作业困难和填埋堆体不稳定;清淤的污泥量大,占容大;渗滤液处理量加大、水质恶化(垃圾渗滤液是很难处理而且处理费用甚高的废水)。由于淤泥难以干涸,填土场也不欢迎。法律法规早已禁止污泥向海洋倾倒。污泥脱毒、污泥深度脱水和污泥焚烧等处理方法的投资和处理费用甚大。因此,清淤最大的难题是污泥的出路。污泥处置不好,会造成二次污染。

目前,国内在淤泥综合利用上虽然已初步探索出多种途径,如污泥焚烧发电、底泥固化制作土工材料、制造水泥、烧结制造建筑材料、制陶粒、制活性炭等,成本很高,淤泥处置既要考虑经济价值更要考虑经济成本。一些地方在探索淤泥综合利用上付出很多努力,但收效甚微,或由于脱水和运输成本较高,至今仍没有形成规模。目前,淤泥资源化利用没有很成熟可利用的经验。淤泥挖出后综合利用难,淤泥出路会越来越困难,清淤成本高。如何实现底泥的减量化、无害化、稳定化处置,是当前亟待解决的大问题。

3、浮泥(污染层)难清除。河道底泥由上到下通常由污染层、过渡层和正常沉积物层共3层组成,最需清除的最上一层污染层即俗称的“浮泥”,也称为“不稳定污泥层”,常规的方法难以清除,残留多导至黑臭难以根治,是河涌治理后很快又黑臭的重要原因之一,造成后续的水体生态修复的难度很大。

“广州治水人员认为最让人头痛的就是浮泥,与淤泥不同,浮泥比较轻,清淤时会滑动,更难处理,不得不反复进行清除”(见2010619羊城晚报关于北降涌治理的报道)。广州石井河亚运会前连续清淤两次,仅维持了两年,黑臭依旧;荔湾涌、东濠涌亚运会前清过淤的,第二年又要再清淤。短期的频繁清淤,财力、人力、物力耗费很大,浮泥仍然难于清除。

4、常规的清淤方法只是单纯的清淤,不能同时净化已经严重污染的水体水质,对增加水体透明度、改善水体的感观、提高水中的溶解氧都没有帮助。

(三)水生态修复中的瓶颈

1、往上游调水冲污和补水工程耗资大,运行费用高,对消除河道底泥污染的效果有限,调水冲污会加重江河干流污染(现时我国不少江河干流的水环境容量很不乐观),难以短期内消除河道黑臭。

2、用传统技术进行水生态修复的难度大、时间长。以往,一般采用种养水生动植物的方法。种水生植物,见效慢,不能承受较大的污染负荷冲击,管理要求高,容易出现水生植物疯长,管理比较麻烦,需要经常清理、打捞,受季节影响和外界环境影响较大,容易造成循环污染。

3、生态修复未找到快速修复水生食物链的简易方法,需要使用曝气等其它设施,管理麻烦,维持费用大,易被水力冲垮。

综上所述,不少投入了很多资金治理过的河涌,虽然暂时有一些效果,但清淤不彻底,水质没有得到净化,水生食物链未修复,加之不能从根本上消除源头污染,造成治理反反复复,很快又黑臭,实际治理效果并没有根本性改善,还要另行投资和耗费很长时间进行水生态修复。

反思原有的治理模式,必须寻求创新的技术和方法,要配套容易实施、治理效果好、运行管理简单化的截污治污、河道清淤和水生生态修复和维护的工程技术。

环境问题已经置身一个全新的时代场景。环境问题具有专业壁垒,环境污染更有“累积效应”,具体到河涌治理,要更多体现在源头防控、技术升级上。要重视环境技术的引领作用,支持关键技术研发,加强对投资省、运行费用低,同时,方便管理,运行简单化,有显著的经济、环境和社会效益的污染防治技术的示范与推广。

二、应用集成的生物增效技术,清淤、水生生态修复的瓶颈迎刃而解

(一)关于现时微生物水体修复技术的差异

以往不少人用菌种治理河道,几乎都只是短暂解决不黑不臭,这种例子国内外都有;不但近年有,十几年来一直有人重复这种试验都以不能维持而失败告终。某大学微生物国家重点实验室用生物菌种在东莞栅洲河、横江河的治理都只是短期起作用。当然,许多人一直搞不清楚河涌用简单的微生物法治理不可行到底是什么原因。

   能快速消除黑臭的菌种已有不少,但一年只能消淤几厘米或十几、二十厘米是不合用的,一年消淤60-80cm或以上才合用,才能替代清淤,才有市场价值。近年,国内有不少微生物水体修复技术出现,各种技术的差异很大,十天八天能够消除水体黑臭,已有许多微生物水体修复技术都能够做到,主要的差异有下列几点:

1、微生物制剂是否适合河道流动水体使用。除了死水涌,大多数河涌都不是静止水体或缓流水体,一些微生物制剂随水体流动或大雨很容易流失,达不到分解消除淤泥和净化水质的效果,需要经常投放微生物制剂,造成运行维护麻烦,费用高。

2、黑臭水体的溶解氧很低,因此,所使用的微生物制剂是否好氧、厌氧通用,即使在溶氧量没有的情况下,也不需要使用曝气装置,就能改变水体厌氧状态,对淤泥和水质起到净化和增氧的作用。

在水体治理时,如果必须使用曝气充氧装置,不但需要耗电,在河岸和水体中布设供电电线存在安全隐患;而且,大范围的水体修复布设曝气充氧装置很难。所以,需要曝气充氧装置的水体修复技术已经逐渐不被采用。

3、不需要投放鱼苗和其它水生物种,水体中水生食物链能够快速修复(两三个月)。

4、消淤效果好,可以替代清淤。

(二)推荐一种生态消淤同时快速修复水生生态技术

1、高效微生物制剂

该技术使用的底质净化剂,是一种目前为止其它微生物产品所不具有特长的微生物制剂,具有生态消淤同时快速修复水生生态的优势,在实际应用中都取得预期效果。

若河道底泥主要是有机质和氮、磷污染,那么,采用底质净化剂则可以消解。尤其对淤泥和水体中的氨氮、有机质等的降解特佳。

所使用的底质净化剂是一种生物增效技术,有别于其它生物制剂,主要表现在:

   110天左右黑臭消除,底泥变为灰黄色(底泥开始矿化)。

2)不但适用于静止水体、缓流水体,也适用于流动水体。不用经常投放。

3)好氧、厌氧通用,即使在溶氧量没有的情况下,也不需要使用曝气充氧设备。

4)生态消淤,6个月消减淤泥2540cm,底泥中的有机质分解掉,逐渐变为灰白色(底泥矿化,阻碍下层底泥中的有机质和氮、磷向水体释放)。无需解决疏浚底泥的消纳、减量化、无害化、稳定化处置等问题。解决传统清淤方法存在的问题,可以替代清淤。

    中山大学环境科学与工程学院利锋等,采用佛山水道污染底泥进行污染物释放的动态模拟,得出的结果是:污染程度较高的底泥对上覆水NH3-NCODTP浓度的贡献分别为0.654.250.067mg/L,占IV类水质标准值的43.3%14.2%22.3%,说明在外源污染被控制后(例如截污治污),如果不稳定淤泥的残留多,很难使水质达到IV类标准。

河道的“浮泥”(不稳定污泥层),常规疏浚方法难以清除,残留多导至黑臭难以彻底解决。我们使用的底质净化剂对污染层(浮泥)的去除效果特别好。

5)生态消淤的同时能够快速修复水生生态(一般几个月),水体适宜于水生生物生长,恢复水生食物链,使水质好转,提高水体自净能力。

 上述第(2)、(3)、(4)点,目前未发现其它技术做得到。

2、关于替代消淤

业内对清淤有两种不同的看法,有认为要清淤,把底泥及其中的污染物疏浚运走另行处置;有认为不要清淤,以免翻动底泥而加大已沉积的污染物向水体释放。底泥最上一层污染层(浮泥,不稳定污泥层),一般有30厘米左右,需要清除或消解。但浮泥容易滑动,用传统清淤方法很难清除,最需清除的不稳定污泥层(污染层)清不掉,浮泥容易释放沉积在其中的污染物。

而本文推荐的水体修复技术,可以解决传统清淤方法存在的问题,基本可以替代清淤。这才是真正意义的水体生态修复,从而提高水体自净能力。

三、生物增效技术可以解决截污治污的难题

如何简单、有效解决目前存在的“截污没有做好,截污系统不完善”难题,直接关系到河涌治理的成败。

1、分段截污,水生态污水处理技术治水如建公园。

    作为河涌治理的配套,也有一种水生态污水处理技术,利用特别的工艺强化和放大自然净化过程,将生物治理和生态治理结合,降低耗能、管理的营运成本,污水治理和生态建设一举两得,治水如建公园。这种水生态污水处理设施不必追求规模效应,可以分段(局部)截污,因地制宜(利用塘、洼地、干涸河等)分散就地建设,不需要远离居民区设置,尤其适用于河道上游污染源分散和支流的分段截污和污水处理;具有较高的污水处理能力和处理效果,对低浓度污水的处理效率也很高,出水能够作为河涌补水或其它用水。

    水生态污水处理技术实施容易,运行稳定,管理方便,不需要大规模进行污水管网建设,投资和运行费低于有规模效应的污水集中处理。

    水生态污水处理技术特别适用於支涌和上游截污以及污水处理,几乎不用动迁;这也是农村污水处理最合适的技术。有效消除了人工湿地两年左右就堵塞、净化效率大幅度下降而达不到处理要求的缺陷,水生态污水处理工艺是取代和改造人工湿地最合适的技术。

2、污(废)水处理达标、提标、扩容、降费技术,减少污染源超标、偷排污染河涌。

    “治污成本高,违法成本低”,上有政策,下有对策,再加上监管力量不足等原因,一些企业的违法排污行为及其对河涌治理成效的影响不可低估。其优选的解决方法是:

1)学习广州的做法,所有餐饮业和职工饭堂的排水必须安装使用油水分离器,并建立废油、废渣去向台帐制度。

优选使用的YF智能型油水分离器,是用留学生创业园的新技术开发的新一代油水分离器,全不锈钢制造,处理效率较高,体积小,占地小,清渣和回收废油简便,是目前国内外先进的较理想的油水分离器。独特的工艺原理和设备结构,不需要投加任何药剂,能快速使乳化状态的油脂部分破乳,因而不但对浮油的去除效率很高,而且可以去除一部分乳化状态的油,从而使总的除油效率比没有破乳功能的除油装置有较大提高,这是其它油水分离器不具备的特点。此项性能,已经香港理工大学教授检验证实,油水分离率80%以上(注:如不破乳,就算浮油被百分之一百清除,总的油水分离率不到70%)。

2)污(废)水处理改造,达标、提标、扩容、降费,减少污染源超标、偷排污染河涌。

复合式生物工艺(填料--活性污泥系统)是一个重要的污水处理技术创新的方向。运用复合式生物工艺,简化脱氮除磷工艺,污泥减量化,提高生物处理的氧气利用率等,可以大大提高污水处理效率。因而对污(废)水处理设施进行简单易行的改造,就可使污水处理达标、提标、扩容、降费,可减少生活污水和工业废水处理不达标、偷排。监管上,对恶意超标排放、对消极治污、限期治理逾期未达标的,可以考虑实行强制性第三方运营。

屠宰场原建的250 t/d废水处理设施没有考虑脱氮,而现在要执行更严的地方污水排放标准,COD、氨氮超标排放(原处理后氨氮排放最高时每升水100多毫克),改造后,出水CODcr 3050mg/L,氨氮小于10mg/L。某养猪场污水处理改造为生物复合式工艺后,COD去除率从47%提高到90%,氨氮去除率从63%提高到92%。东莞某印染厂废水处理改造后,处理能力从1000-1300 t/d增加到1800t/d,出水水质优于广东省地方水污染限值第二时段一级标准,出水COD60mg/L左右,色度为40倍以内。广东某生活污水处理厂14000m3/d的生产线,原采用完全混合推流式活性污泥工艺,没有脱氮除磷,将其改造为复合式生物工艺,改造后的生产线(好氧池大小不变)的污水处理能力增加一倍;而且,改善了出水水质,总氮、总磷、CODcrBOD5SS的去除率都有不同程度的提高。

3、生物发酵猪舍无污染养猪。

科技创新消除了养猪污染难题。微生态发酵床养殖无异味,不需要每天清扫猪粪、冲洗猪舍,没有污水排放,省饲料,节水,提高养殖效益。微生态发酵床以粉碎的秸秆、锯末、稻壳等按照一定比例混合,加入特定有益微生物,利用微生物能量循环、发酵产生的有机复合垫料,自动满足猪舍内生猪对保温、通风以及微量元素的生理需求。同时,生猪排泄物被微生物迅速降解、消化和转化,作为微生物载体转化为高蛋白的菌丝再被猪食用,有利于生猪消化和提高免疫力。微生态发酵床养殖技术节省养猪成本,大幅提高养猪效益。

生物发酵舍污染零排放养猪技术适合在有一定规模的养猪场推广应用。在限养区和适养区,对于零散的养猪户,可以由村委会选择合适的地方建集中式生物发酵猪舍,分舍给散户养猪,然后关闭零散的养猪点。这项技术最大的好处就在于既能解决农村养殖业污染,提高农民养猪的积极性,又能让农民增收致富。

4、生态基生物增效技术辅助消解外来污染,提高水体自净能力。

短期内解决截污系统不完善、排水管网泄漏、地面水污染等问题不现实,尤其是地面水的污染或许会相当长时间存在。提高水体自净能力是河涌治理最根本的目的,但要应对上述存在问题所造成的外来污染,有一部分河涌仅仅依靠生态修复后的自净能力是不足以应付的,所以,有些河涌治理项目不得不依靠辅助手段消解外来污染,提高水体自净能力。

依靠在水体种植水生植物来治理和提高水体自净能力,存在许多问题。通过优化河涌治理技术的集成创新,不采用种植水生植物的方法。用生态基完全克服了种植水生植物存在的弊病。一般来说,在截污不好的水体,使用生态基以消解外来污染,是提高水体自净能力最简单、最有效、维护最方便的方法。

目前在某些河涌所用的生态基不是一般的人工载体,而是美国技术产品。生态基是一种高效的生物填料,具有巨大的生物接触表面积、精细的三维表面结构和合适的表面吸附电荷,能发展出生物量巨大、物种丰富、活性极高的微生物群落,并通过微生物的代谢作用高效降解水中的污染物。这种生态基适用性强,用在垃圾渗滤液治理都能很好起作用,更不用说用在黑臭河道、重度污染水体、污水处理了。生态基的处理效率远高于传统填料。

生态基可以提供最高约245m2/ m2的生物附着表面积,为水中菌类、藻类等微生物的生长、繁殖提供巨大的空间,使微生物群落的生物量和生物多样性最大化发展,从而为实现高效微生物群落提供基础条件,实现对污染物的快速分解。生态基上形成藻菌共生的微生物系统,并利用两类微生物之间的生理功能协同作用净化水质。藻类可吸收水中的氮、磷等营养物质,并通过光合作用合成自身细胞物质并释放出氧气;好氧细菌则利用氧气对有机污染物进行分解、转化,产生二氧化碳,以维持藻类的生长繁殖。两者相辅相成,实现水质的高效净化。

生态基表面生物膜生长到一定厚度后,在生态基表面形成微A/O环境,为硝化、反硝化细菌群落繁殖创造适宜的条件,去除氨氮和脱氮效果特别好。

四、结论

1、生态消淤应用性能优异的微生物增效技术,通过提高水体的生命力和自净能力,6个月左右淤泥可以减少30厘米以上,可以替代清淤,同时快速修复水生食物链,成为治水的一种非常有效的方法。生态消淤剂具有沉淀的功能,其本身及其固着的微生物不易流失,即使在水流动的河道和涨潮退潮的海滩,都可以有效的把淤泥里的有机物分解掉,达到净水、增氧、消除恶臭等效果,无二次污染。简便的消淤和生态修复方法,比较容易做到提高河道的防洪排涝能力,提高水库的库容,改善水质。

2、施放生态消淤剂之后,当淤泥里的有机物被吸收分解之后,底泥表面就是一层不被吸收分解的泥沙、石等无机物,泥面呈灰白色,形成一层覆盖层,使底泥与水体隔离,防止底泥污染物向水体迁移。

3、分段截污,水生态污水处理技术,污(废)水处理改造技术,生物发酵猪舍无污染养猪等,解决截污治污系统不完善的瓶颈,提高河涌治理的成效。

   在我国还不能做到完全控制河道面源污染和完全截污治污,还不能做到较好地控制水土流失的情况下,实践证明,应用生态消淤、快速修复水生态、分段截污与水生态污水处理等生物增效技术的集成,是一种疏浚、消除河道累积污染、恢复河道良好生态环境的简单、实用的方法。

(本文作者系原广州市环保局副巡视员兼科技处处长,为在佛山市环保局召开的广佛内河涌综合整治技术方向方法方案研讨会上的发言)

 

 

 

 

作者:黄志刚 来源:中国环保大众网



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