节能型水体污染治理生态修复技术2

节能减排型水体污染治理生态修复技术
一、前言
随着我国经济快速发展以及城市规模的不断扩大和人口的增加，污水排放量日益增加，水环境遭受污染破坏，使符合水质标准可供利用的水资源大幅度减少，如太湖流域就出现了“水多难用”的情况。

我国目前突出的水污染问题，是水污染物负荷超出了水生态系统的自净能力和承载能力，造成河流、湖泊水体的富营养化。

水质的富营养化，不仅在湖泊、水库和海湾这些封闭或半封闭性水体中发生，而且也在滞流的城市内河小水体，半封闭性河浜、河涌等河道以及河口水域发生。

因此，如何治理这些水体污染，实现水资源的可持续利用，是实现我国经济社会可持续发展迫切需要解决的问题。

近年来，我国在河流、湖泊水污染治理方面投入超过数千亿元，使我国的城市污水处理能力和处理率有了较大的提高。

目前我国的河流污染已有所缓解，但湖泊水污染仍有加重的趋势，尤其是城市内河、河浜、河涌等景观水体污染十分严重。

目前我国正处于经济高速发展时期，环境问题显得十分突出。

经济建设本身需走可持续发展的道路，治理环境污染和保护环境质量同样需要可持续的环境技术。

现有污水处理工艺和水体污染治理生态修复技术普遍面临着耗能高、资源浪费、占地面积大、构型松散和管理复杂等一系列问题。

随着我国经济社会的持续快速发展，污水处理和水体污染治理生态修复产业，必须通过技术进步，以支撑国民经济突破水资源、能源的双重约束瓶颈，因此，节能减排型污水资源化处理和水体污染治理生态修复技术必将成为污水处理和水体污染治理生态修复产业的发展方向。

因此如何既能达到节能减排和控制碳排放，又可有效地治理湖泊、水库以及城市内河、河浜、河涌等水体的水污染，修复湖泊、城市河流等景观水体的生态环境，是解决我国河流、湖泊水污染难题和改善湖泊、城市
河流水环境的关键。

而尽快开发和应用经济适用、节能减排型的水体污染治理生态修复技术，是解决这一关键难题的根本出路和有效途径。

二、现有技术及创新必要性
目前，对湖泊、城市河流景观水体污染进行治理和生态修复，有物理法、物化法、生化处理法、人工湿地、生物修复、生态水处理等多种方法。

比如物理法的机械过滤、疏浚底泥、光调节、水位调节等等，这些方法效果也比较明显，但不易普及，难以大规模长期实施。

比如，不断地引水换水，势必要浪费宝贵的水资源和消耗大量的能源。

而且新注入的清水汇流到污染水体中所起的“冲淡效应”，可能还远远没有藻类的繁殖速度快。

如果使用化学灭藻剂来消灭藻类，效果是不错，但时间长了，又会出现耐药的藻类，使灭藻剂的效能逐渐下降，导致投药间隔越来越短，投加量越来越多，灭藻剂品种也要频繁更换，结果还是不断增加新的环境污染。

更重要的是，化学药剂使得一些水生生物无法生长。

也有采取投加适当的、适量的微生物（各类菌种）的办法，微生物可以加速水中污染物的分解，从而净化水质。

生物水处理技术之核心在于：运用生物化学技术，培养有益菌床，充分发挥有益细菌的自净作用，通过生物体本身的新陈代谢活动，协同分解环境中的氨、氮、亚硝酸等有害物质，保持水中的营养源不超标，达到生态平衡，从根本上解决水质问题。

但微生物必须定期进行筛选培育、保存、复壮等等一系列专业处理过程，都不尽完美。

而人工湿地、生物修复、生态水处理则是以上技术的优化集合，同样存在着菌种投放、水生动物、植物的引种和水生态系统建立和管理难度较大的问题。

综上所述，尽快开发出一种既不浪费水资源和消耗能源，又不使用化学灭藻剂，增加新的污染；也没有菌种的提纯、驯化，以及需要建立复杂的水生态处理系统和难以管理的弊端，又能切实有效地在节能控制碳排放的前提下，消除水质污染，修复改善水生态环境，经济适用的景观水体污染治理生态修复技术，已是迫在眉睫，刻不容缓。

三、创新技术
如前所述，所谓经济适用、节能减排型的水体污染治理生态修复技术，就是在达到治理修复景观水体生态本身的同时，尽力做到耗费资源、能源最少、CO2 排放最少，系统建立和管理简便容易等。

目前，开发新型的可持续的水体污染治理生态修复技术已成为当今水环境污染治理领域发展的最新动向。

这种新颖的水体污染治理生态修复技术的诞生需要结合新能源、微生物学、生物化学、分子生物学等基础研究领域的新发现，新材料、新产品的开发，生态学理论的革新，数学模拟技术的运用，以及工程技术手段的进步等各方面的成果加以实现。

1、技术内容
古语道“流水不腐”，因此营造水体循环流动和充氧，是维持水体环境中微生物的生化反应和物质平衡，保持健康水生态环境的重要条件。

而传统的水体治理生态修复技术，在实现水体循环流动和充氧过程中均需要耗费一定的能源，如机械过滤、疏浚底泥、引水换水以及曝气充氧的动力消耗，尤其是污水处理和水体污染治理生态修复中的曝气充氧设备需要耗费大量的能源，是一种耗能型的技术，不能实现真正的节能减排。

本创新水体污染治理生态修复技术——水体生态系统功能强助器，包括太阳能或风力高效水流循环机和高富集微生物填料（生物带）两部分，主要是将可再生能源太阳能（风力）的应用，与弱强制水循环流动和高富集微生物填料（生物带）技术，和强化水体自然降解净化功能实现有机的结合。

技术核心要点是应用太阳能（风力）的高效水流循环机，强制水体流动循环，强化利用水体大气自然复氧功能，改善水体生化反应环境；应用高富集微生物填料（生物带），增多水体中微生物种群数量，强化微生物的生化分解能力，充分利用和强化水体对污染物的自然降解净化能力。

技术内容：在须治理污染和修复生态的水体中，合理安装太阳能（风力）高效水流循环机（见图1、图2），架挂高富集微生物填料（生物带）（见图3），利用太阳能（风力）为高效水流循环机提供动力，在高效水流循环机运行时，实现水体的强制上下对流，大面积持续性地让被治理和生态修
复水域的水体产生上下对流和弱循环流动，达到强化水体的大气自然复氧、表层底层水均匀充氧，改善水体生化反应环境和破坏抑制藻类生存环境的作用；同时在水体中架挂高富集微生物的填料（生物带），增多水体中复合高效微生物种群数量，继而均匀充氧的水与填料（生物带）上的微生物充分接触，发生生化反应，强化了水体对污染物的自然降解和净化功能，从而达到利用和强化水体的自然降解净化能力，去除水体中藻类、降解污染物、净化水质、激活并修复水生态环境的目的。

图1：太阳能动力高效水流循环机
图2：风力高效
水流循环机
2、技术原理
本技术主要功能原理是：强制水体循环流动，破坏藻类生存环境，强化水体大气自然复氧和均匀充氧，增多水体中微生物种群数量，改善水体生化反应条件，充分利用微生物分解污染物，强化水体本身的污染物降解净化能力。

水流循环机工作原理示意见图4、图5。

水藻去除机理
（1）通过水流循环机的对流搅拌，人为的形成循环水流，强制水体流动，打破水生植物藻类的生存环境，抑制藻类繁殖。

（2
）循环水流把片块状化的藻类打碎，借助微生物的分解作用，使之
图3：高富集微生物填料（生物带）
图4：水流循环机工作原理
成为原生动物、贝类及小鱼的食物。

（3）循环水流把藻类送到光照少的底层水体，从而抑制其光合作用。

图5：水流循环机工作原理
水质净化原理
（1）利用阳光紫外线抑制水质恶化：通过水流循环机的对流搅拌，让水体上下循环，循环水体经阳光反复照射后，充分利用光照紫外线的灭藻、杀菌、消毒等作用，控制水体的恶化。

（2）充分利用水体的大气自然复氧功能，调整水体溶解氧量：水体的表面与大气存在自然复氧功能，通过水流循环机的对流搅拌，人为的形成底层缺氧水体与表层富氧水体的循环对流，使表层水体一直处于微缺氧状态，从而达到充分地利用和强化水体的大气自然复氧功能，使被治理和生态修复水域的水体完全充分均匀的充氧，处于良好的溶氧状态。

（3）循环水流促进微生物的活性：通过水流循环机的对流搅拌，充氧均匀温度适宜的水经过上下对流、水平混合，促进了溶解氧、藻类、细菌和营养物质之间的作用，增强了微生物的活性，加快细菌生物降解污染物的速率。

（4）强化生物分解能力，保持良好的生态链：经过充分均匀充氧的水，在高富集微生物填料（生物带）上高效微生物菌群作用下，水中的营养类
污染物发生水体中最自然的生化分解反应，由于生化条件的改善，这种生化分解能力被大大强化，可较快地将水中的含碳、氮、氧、氢元素的污染物分解、转化为CO2、N2气态分子排入大气；而繁殖增生的微生物细菌等原生动物成为高级水生动物的食物，保持了良好的生态链，由此维持水体生态系统的平衡。

（5）增加水体底层溶氧控制磷含量的上升：水体底层缺氧会加速底泥中磷污染物的释放，从而可能会导致藻类大量繁殖。

水流循环机造成的水体循环上下对流、水平混合，可以显著增加水体底层的含氧量，抑制磷污染物的释放，从根本上达到控制水体富营养化的目的。

综上所述，应用太阳能动力（风力）高效水流循环机＋高富集微生物填料（生物带）水体污染治理生态修复技术，是被治理和生态修复的水体在以上物理、生物化学、生态系统的共同作用下，达到了去除藻类、降解污染物、净化水质、激活并修复水体生态的目的；并且在治理修复水体生态的同时，通过利用太阳能或风力等可再生能源，作为实现技术手段的动力，达到了节约能源，耗费资源、能源最少、CO2 排放最少，不给环境带来二次污染的目标。

因而本技术是一种可持续的水体污染治理生态修复技术。

3、工艺特点
（1）利用太阳能（风力）：以太阳能（风力）可再生能源为动力能源，耗电费为零；节约能源，耗费资源、能源最少、CO2 排放最少，不给环境带来二次污染。

（2）利用水体本身建立高效水流循环：利用水流循环机的相对较弱的水流动力系统，建立起被治理修复水体的局部范围水流循环，替代传统的对被治理修复水体进行引水换水的大范围水流循环，以消耗较少动力达到须消耗较大动力才可实现的水体水流循环。

（3）利用水流循环强化水体自然充氧：依靠水体的强制流动，充分利用水体表层水面的自然充氧功能，将水体表层富氧水和底层的缺氧水进行混合，巧妙地实现被治理修复水体完全充分的充氧，水增氧效果显著。

（4）水流循环促进微生物活性：通过上下对流、水平混合，水体充氧均匀，促进了水中溶解氧、藻类、细菌和营养物质之间的作用，增强了微生物的活性。

（5）改善生化反应条件：高比表面积填料（生物带）富集大量高效复合微生物菌群，以及经过充分均匀充氧的水，改善了生化分解反应的环境条件，强化了生物分解能力。

（6）调节水体流向：实现其他技术难以实现的水体上下对流。

（7）装置放置水面，形成风貌景观：工作设备装置漂浮在水面，安装、维护方便快捷，经适当设计外观，可形成新的风貌景观。

二○一○年十月二十日。