景观用再生水水体富营养化特性及控制技术研究

发布时间：2020-05-30 09:45

【摘要】： 随着社会的发展,人们对于景观水体的需求越来越强烈。目前我国北方城市水资源匮乏,缺水已成为制约景观水体发展的主要瓶颈。再生水具有水质水量稳定等特点,回用于景观水体不仅可以节省水资源,还可以减少对环境的污染,同时满足人们对水景需求的综合效益。但是再生水中氮磷等营养物质含量丰富,属于富营养化水质,易爆发“水华”,水质恶化丧失景观功能。根据水体富营养化特性,研究经济高效、简便易行的维护技术是保证再生水回用于景观的前提。本研究针对北京奥运会再生水景观水体的维护工程,以高碑店污水处理厂再生水为水源。通过分析水体的富营养化规律及其不同的影响因素,比较臭氧、混凝沉淀和超滤技术在水体维护上的效果,确定臭氧与生态相结合为最佳的再生水景观水体维护技术,富营养化水体未爆发“水华”阶段为最佳维护时间。采用臭氧与生态结合维护技术可以控制水体藻类生长,增强水体自净能力,提高水体生态系统安全性,在今后的再生水景观水体维护中会被越来越广泛的应用。再生水景观水体中藻类生长快、含量高,以绿藻为主,水体五天即爆发“水华”;自来水有充足的氮磷时,水体亦可爆发水华,以蓝藻为主;蒸馏水中由于缺少微量元素,即使氮磷充足,藻类仍无法正常生长。在较宽的pH范围内(pH=5~9)藻类均可生长,水体爆发水华时pH上升至9.5以上,藻类自身有调节作用以减少pH影响。藻类可以利用无机碳碱度作为碳源,水中碱度高有利于藻类的生长;藻类代谢过程中会生成氢氧根离子,水体酸碱容量降低,pH上升;高pH使二氧化碳易进入水体,利于光合作用进行。磷是藻类生长的控制性因子,氮含量的高低对藻类影响不明显;磷浓度在0.02~10mg/L藻类可以生长,藻类最佳磷浓度范围是0.5~5mg/L。主要含硝酸盐氮的再生水更有利于藻类生长,而含氨氮则不利于藻类生长。景观水体维护技术中,臭氧对藻类灭活效率高达95%以上,但却不能将藻细胞彻底氧化;臭氧可以提高水体可生化性,不能直接去除氮磷。强化混凝沉淀对藻类和磷去除效果好。采用混凝沉淀工艺维护已爆发“水华”景观水体,除藻效果明显,水体pH迅速下降,但水体中出现大量悬浮絮体,鱼类死亡,生态系统及景观效果遭到破坏;臭氧维护工艺见效慢,不能迅速控制“水华”现象,臭氧强化生态系统使水体自净能力提高,藻类和氮磷含量逐渐降低;当水体无水生动植物时,臭氧单独维护效果不明显;单独生态系统中鱼类促进藻类生长,水体更易爆发“水华”,叶绿素含量可达1000mg/m3以上。富营养化水体未爆发“水华”时采用臭氧生态相结合维护技术,水体藻类含量持续较低,透明度高,pH在7.5左右,具有很强的景观效果,即使停止维护藻类生长仍很缓慢;水体中氮磷含量较高,细菌含量少,生态系统稳定,景观水体安全性高。单独臭氧维护工艺时效果明显,但维护停止后,藻类出现反弹水体迅速爆发“水华”。超滤维护工艺效果不好,水体中藻类含量较高且试验后期水通量很低,景观水体不宜采用超滤维护工艺。藻类大量生长可以吸收水中的营养物质,将无机态的氮磷转化为藻细胞内有机态氮磷。臭氧维护使水体中有机物以亲水性为主,主要是藻类的胞内物质,如蛋白质和氨基酸等,分子量在600~5000之间。无维护空白景观水体溶解性有机物含量高以疏水性为主,含有分子量在500以下的小分子有机物,这些物质是引起超滤膜污染的主要物质。混凝沉淀与超滤工艺除藻类能力强,但混凝沉淀对水质影响较大,破坏生态系统;而超滤维护效果不明显且易被污染,因此这两种工艺不宜作为再生水景观水体的维护保障技术。臭氧有较强的杀藻除菌能力,对水体生态无危害作用;生态系统中建立捕食藻类的生物链,水中动植物和微生物与藻类进行竞争与拮抗。臭氧与生态系统组合技术强化了水体自净能力,对景观水体维护效果好、成本低、安全性高,实际工程试验中选用该技术作为再生水景观水体维护工艺。再生水景观水体工程试验采用臭氧与生态结合维护技术,并研究了超滤工艺对高藻景观水的处理效果。臭氧旁路循环周期为5~7天,臭氧投量5mg/L,试验结束时由于水体自净能力TN由30mg/L降至2~3mg/L,TP由2mg/L降到0.05mg/L;生态系统状态良好,水体透明度不小于0.4m。藻密度在108个/L以下,水体没有发生“水华”;补充再生水或换水时,相当于引进外源污染,水体易爆发“水华”。景观湖中色度主要是藻类引起的表色,各种离子含量没有发生累积,重金属含量低于检测限。再生水中主要为烷烃和酚类有机物,湖水中以杂环化合物和芳香族化合物为主,脂类物质含量较高。臭氧处理后有机物种类增多含量降低,将大分子有机物转化为小分子有机物。超滤出水有机物种类减少,超滤对脂类去除效果不理想。景观湖中24小时DO波动变化,均在8mg/L以上,水体生态系统正常;ΔpH变化较小,景观湖没有发生“水华”。在无臭氧维护景观湖中水体自净能力相对较弱,再生水中TP浓度仅为0.31mg/L,藻类含量却略有上升。臭氧旁路维护工艺强化生态系统,控制藻类生长,提高水体自净能力。景观湖中优势藻为绿藻,夏季各种绿藻之间优势并不突出,随着季节变化,湖水中藻类分别为硅藻、小球藻、栅藻、绿球藻。工程中运行电费为1.075元/h,每吨水维护成本为0.18元/h。再生水景观湖采用水泵进行水力改善,循环流量为80m3/h,设置5个循环点。景观湖采用盆栽种植荷花、睡莲、芦苇、花叶葱、千屈菜、三棱草、菖蒲、鸢尾等水生植物;一年内湖中放养红鲤鱼从5cm长至15cm左右。
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人工湖,培训中心,再生水

第 2 章试验材料与方法第 2 章试验材料与方法2.1 试验基本概况本课题小试试验研究在北京排水集团研发中心试验室和哈尔滨工业大学市政环境学院实验室完成；工程案例位于高碑店污水处理厂培训中心的南侧人工湖，湖面面积大约 800m2，平均水深为 1m。人工湖分东西两部分，中间有桥洞相通。东西湖各有一个溢流口，用于溢流排水及湖表面漂浮物的去除。再生水补水口在西湖假山处，排水口在西湖中心处。湖水原水及补水采用污水处理厂的再生水（其水质指标见下表 2-1），再生水是污水处理厂生物二级处理+混凝沉淀、过滤工艺后出水。小试试验再生水主要为高碑店污水处理厂生物二级处理+曝气生物滤池中试出水。

培养箱,藻类,气候,碱度

- 23 -图 2-2 藻类气候培养箱Fig.2-2 The climate culture device度影响碱度为 0mg/L、210mg/L、600mg/L、0mg/L（密封各 1L。原始再生水中含有碱度 210mg/L；通过加入 4.3 左右达到碱度为 0mg/L；再生水通过投加定量 600mg/L。将五个水样放入气候培养箱中进行试验生长规律，分析藻类生长于碱度之间的关系以及水过程。再生水 pH；每两天测量藻密度；每四天测定一次氨氮溶解性磷、CODCr、UV254、色度、叶绿素等指标，，试箱设定参数模拟北京地区夏季自然条件。白天：时
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X52

【引证文献】