湖库富营养化水体移动式水质净化平台关键技术构建研究

收稿日期:2014－08－20基金项目:国家自然科学基金(51309019);科技部科研院所技术开发研究专项(2012EG136134)作者简介:李青云(1963－)，男，山西河曲人，教授级高级工程师，博士，从事环境岩土工程、水环境治理和水生态修复研究工作，(电话)13886067080(电子信箱)liqy@mail．crsri．cn。DOI:10．3969/j．issn．1001－5485．2014．10．0052014，31(10):28－33，50湖库富营养化水体移动式水质净化平台关键技术构建研究李青云a，b，林莉a，b，汤显强a，b，赵良元a，b(长江科学院a．流域水环境研究所;b．流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉430010)摘要:为原位治理湖库等封闭水域的富营养化水体，提出了一种移动式水质净化平台治理新技术。移动式水质净化平台由水质净化单元(吸附单元、微孔曝气单元和微电流电解单元)、指令控制单元、水质在线检测单元和动力推进单元等组成。平台在水中移动过程中，通过微孔曝气单元和吸附单元的脱氮除磷，微电流电解抑藻来实现水体中过量营养盐削减和有害藻类防控的双重目的。针对移动式水质净化平台各单元功能要求，利用优选的吸附材料、曝气方式和电极材料，通过移动条件下的吸附、微孔曝气和微电流电解实验研究，获得最佳的吸附材料用量、原位吸附时间、曝气强度、电流密度、电解时间等技术参数。最后，根据实验结果，对进一步提高移动式水质净化平台的效率、平台运行管理等方面进行展望。移动式水质净化平台是一种富营养化水体治理的新技术，有望为富营养化水体营养盐削减和藻类水华防治提供新的解决方案。关键词:富营养化水体;移动式水质净化平台;微电流电解;微孔曝气;吸附中图分类号:X171文献标志码:A文章编号:1001－5485(2014)10－0028－061研究背景我国湖库水体富营养化的程度和范围呈快速发展趋势，形势十分严峻。湖泊富营养化比例在20世纪70年代、80年代和90年代分别为41%，61%，77%［1］。2007—2010年的湖泊水质调查结果显示，我国85．4%的大型浅水湖泊超过了富营养化标准，其中40．1%为重度富营养化［2］。湖库水体富营养化恶化水质，诱发“水质性”缺水危机，降低水资源综合利用效率和安全供水保障能力，极大削弱了水资源对国民经济社会发展的战略支撑作用。水体富营养化防治通常采用藻类控制和过量氮磷等营养物质削减相结合的方式。对藻类控制来说，通常采用打捞、机械除藻或化学除藻等方法;过量营养物质削减，大多采用清水稀释、植物吸收净化等措施。这些藻类防治措施耗时耗力，应急处置能力较差;过量营养物质削减通常需要配套建设引水工程或植物修复工程，引水工程耗费大量清水，植物修复见效慢。由此可见，在外源截污背景下，采用合适的工艺方法快速削减水体中的氨氮和磷，将其带离湖库水体，使湖库水体从整体上得到快速净化，使水体中的的氨氮和磷含量降低至可接受水平，是今后治理河湖富营养化问题的重要方向。湖库水体富营养化通常易在水流缓慢的湖汊和库湾发生，难以将水体抽取后净化，但适合采用移动式水质净化技术实施原位处理。目前，挪威的M．KALDNES和SINTEF研究提出一种生物移动床(MBBＲ)技术［3］，整合曝气生物滤池和活性污泥法优点，在曝气池中投加悬浮填料，有效提高生活污水及工业废水的脱氮除磷效果。针对分散式生活污水，栾永翔等研究提出车载移动式污水处理系统，利用曝气和沉淀处理农村生活污水，出水TN和TP优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A排放标准［4］。此外，近年来，国内外还普遍采用生物浮岛进行河湖污染水体生态修复，依靠植物吸收和富集营养盐，改善水质。但湖库水体水量大，氮磷浓度低于生活污水和工业废水，不宜采用生物移动床或车载移动式水处理系统，更不适合大面积建设景观效果突出、氮磷去除不足的生物浮岛。移动式水质净化系统可将多种物理化学水处理技术进行有机组合，并优化集成到可移动平台上，通过各技术单元的单独或协同作用，对富营养化水体进行治理。本文针对湖库富营养化水体的特点(污染物浓度不高、水量大)和污染特征(氮磷污染、藻类污染)，结合湖库治理不可产生二次污染的实际第31卷第10期长江科学院院报Vol．31No．102014年10月JournalofYangtzeＲiverScientificＲesearchInstituteOct．2014需求，从现有较为成熟的环境友好型水处理技术中筛选出曝气增氧、填料吸附和微电流电解几项技术，对单项技术如何适应移动平台进行技术改进，并进行技术优化集成，提出一种集微孔曝气、填料吸附和微电流电解位为一体的移动式水质净化平台技术，以期为湖库富营养化水体防治提供新的技术支撑和解决方案。2移动式水质净化