河流与湖泊的直接净化原理及环境修复技术_概要_加藤

河流与湖泊的直接净化原理及环境修复技术(概要)加藤盛善(日本水道咨询公司,日本东京163-1122)摘要从水环境净化的4个基本方法出发,提出了在对已被污染的水环境进行修复时,应综合考虑当地的社会、经济、环境等条件的现状与发展,开发和应用有效且又经济的环境修复技术。同时,介绍了日本国内环境修复技术的开发状况及具体实例。关键词河流湖泊环境修复技术直接净化1概述从污染物控制观点来看,水环境净化主要有:(1)有机物的去除;(2)营养盐类的去除;(3)透光控制;(4)浮游植物的直接去除等4个基本方法。有机物的去除与营养盐类的去除除了可用传统的生物处理之外,应用生态工程的河流与湖泊直接净化技术也是有效手段。而光的控制与浮游植物的直接去除则是生态工程应用技术中的关键。在制定水环境修复战略时,应充分考虑当地的社会、经济、环境等条件的现状与发展,对上述水环境净化的4个主要方法进行各种形式的组合,开发技术上有效且经济上可行的环境修复技术。同时,制定水环境净化系统时,应充分考虑利用当地资源,尽量减少对环境的二次污染及运行维护管理费用。本文通过几个具体实例介绍日本国内环境修复技术的开发状况。2河流的直接净化法作为河流的直接净化法,日本水道咨询公司曾于1974年研究开发了“砾间接触氧化法”。研究该方法的动机主要是由于在建设流域下水道时,常常需花较长的时间和巨额的费用,而在整个流域下水道建设过程中作为临时性措施,可就地取材利用河道内的砂砾,同时充分发挥河流本身所固有的自净作用并投入最少的人力物力取得比河流自净作用更有效的处理效果,从而达到河流的直接净化之目的。砾间接触氧化法主要是通过人工来强化以下河流自净作用的3个功能:(1)浅滩处的复氧与生物氧化——即利用曝气之功能供氧,使砂砾表面生长的生物膜表面发生接触氧化。另外生物膜内部也进行厌氧分解。(2)渊(沙窝)处的SS沉降与分解——即利用其沉淀作用、好氧条件下沉淀物的氧化分解作用和大型生物的吞食作用。(3)雨天泄水时的冲刷——即利用水量突然增大时,可使浅滩处的砂砾表面生物膜·17·2004年增刊贵州环保科技Vol.10图1平濑川砾间接触氧化法工程发生剥离更新及使渊(沙窝)处沉淀物流出,从而恢复其沉淀容量。砾间接触氧化法的主要设计参数如下:(1)砂砾:可就地取材;(2)BOD:进水BOD15～20mg/L,出水BOD4～5mg/L(且可去除的BOD均为SS态BOD);(3)停留时间:1～1.5h(接触沉淀时间)。设置净化部位与污泥堆积部位。日本的第一个砾间接触氧化法工程是1983年在东京多摩川的支流野川建成的。该工程用橡胶坝在平水期取已污染的河水,规模为1.15m3/s,并附有污泥处理。此后平濑川的砾间接触氧化法工程(图1)于1990年完成,从此便标志着日本河流的直接净化技术业已成熟并进入实用化阶段。砾间接触氧化法的BOD去除率为60%～80%,COD去除率为40%～50%(但停留时间需2h以上),氮去除率为70%～80%,磷去除率为60%～80%。此外,利用波浪流,潮汐流等自然能的砾间接触氧化法也相继被开发出来。3水生植物净化法水生植物净化法是利用水生植物的自然净化原理达到净化污水降低污染负荷之目的。其净化原理主要为:(1)接触沉淀作用(即流水与茎部接触时,污染物的沉淀和堆积作用);(2)水生植物的根部对氮、磷的吸收作用(并通过收割水生植物而使营养盐类减少,透明度增加);(3)土壤的脱氮作用;(4)土壤中的矿物质的吸附与离子交换作用(如土壤中的铁,铝对磷的吸附与离子交换)。可用来净化河水或湖水的水生植物有多种,最常用的是芦苇。水生植物净化设施的主要设计参数如下:(1)停留时间:约6h;(2)长度:20～30m;(3)水深:15cm,与土壤接触的界面不能处于厌氧状态。日本第一例水生植物净化法工程是山王川芦苇净化设施,其后又建成了诸如清明川芦苇净化设施等多处工程。4人工湿地净化法(湖内湖)位于茨城县的日本第二大湖泊霞浦湖,由于面源污染源较多,同时流入河水及湖水中的营养盐类浓度较高,故作为湖水的直接净化采用了人工湿地净化法。该净化法主要设计出发点如下:(1)避免污染物向湖内扩散;(2)避免污染物堆积于分解较慢的厌氧部位;(3)充分利用波浪的能量。霞浦湖的川屁川人工湿地净化工程(图2)的主要设计参数如下:(1)流量:6m3/s;(2)停留时间:1.5h;(3)水深:1～2.5m;(4)容量:32400m3;·18·2004年增刊贵州环保科技Vol.10图2霞浦湖的川屁川人工湿地净化工程(5)面积:28950m2。人工湿地净化(湖内湖)法主要是作为面源对策而应用的。其净化效果为:当雨天泄水时SS的去除率可达50%,磷的去除率约35%。但如按湖内湖中蓄积的磷的量推算,则年间磷的平均去除率为83%。此外,近年湖内湖中常有