组合式流化床系统在富营养化高原湖泊及入湖河道治理中关键技术应用研究

刘牧李磊杨艳春岳勇刘浩胡幼虎

“一种组合流化床修复河流黑臭水体和富营养化湖泊水体的方法”包括以下步骤:组合共代谢流化床和旁路微纳米分子筛流化床系统，可有效修复河流黑臭水体和富营养化湖泊，恢复较好的水质。

关键词:难降解水体；组合流化床；水污染；治理技术

介绍

以组合流化床系统技术在不同类型污染高原湖泊治理中的应用为例，探讨该技术在可生物降解水体治理中的效果，以期为黑臭河流和富营养化湖泊的治理提供技术支持。

异龙湖是一个难生物降解的水体，其污染因子主要是COD和TN。水中元素C、N、P失衡，自净能力差。随着人类活动和周边地区工业的发展，每年有超过10万种由人类制造的有机化合物通过各种途径进入水环境。这些有机化合物大多很难降解，具有以下基本特征。

(1)在环境中残留时间长，极难降解，可在水、土壤、沉积物中残留数十年甚至上百年。

(2)生物累积性难降解有机物一般具有水溶性低、脂溶性高的特点，可在大多数生物脂肪中以食物链的形式进行生物累积。

(3)污染物主要是半挥发性和非挥发性有机物。半挥发性化合物可以在大气中长距离迁移。非挥发性有机污染物常用CODmn作为水中有机污染物的指标，主要包括约80% ~ 90%的TOC(总有机碳)和10% ~ 20%的其他还原性物质，如氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、硫化物等。TOC主要由腐殖质组成，即分子量> 500的溶解态DOC。POC可以通过简单的混凝沉淀+过滤处理去除。常规水处理技术对DOC的应用效果不佳，异龙湖水体中难以降解处理的微量有毒有机污染物就属于这一类。

(4)高毒性:现在人工合成、使用不当或过量的化工产品，一般都有不同程度的生物毒性和副作用(见表1、表2)。

组合流化床系统的应用

组合流化床系统是一种系统化的污染控制新方法，它集成了我公司的多项发明和专利技术，根据各种河流湖泊的不同污染物和污染性质进行多种模块化的灵活组织和搭配。特别是一种利用组合流化床修复湖泊河沟黑臭水体和富营养化湖水的方法。其特点是针对不同江河湖泊所包含的不同污染因子，发明创新多种针对性的专业处理工艺和专利设备，最终形成多项专利技术模块。在具体应用中，根据水中污染因子去除的难易程度、反应速度、污染物的种类、污染物的环境影响风险程度以及处理过程中污染物之间转化、降解和分解的客观规律，选择相应的工艺技术模块。最终多个模块通过协调、组合、顺序或同步的原理，高效去除水中的污染物，形成强大的生物共代谢和水力调洪调蓄等综合功能，最终达到既定的水质指标。

本系统采用的专利系统技术包括:

(1)ZL专利号200910218212.6记载的带自动排渣滚筒的微纳分子筛气浮系统；

(2)污泥膜共生污水处理工艺，专利号ZL201010541950.7记载；

(3)一种修复黑臭河水和富营养化湖水的组合流化床系统，专利号ZL201810065554.8

(4)专利号ZL201610956807.1记载的带有旋转式分压布水器的原位多介质净化系统；

(5)EM改性原位环境微生物驯化的微氧颗粒，专利号ZL201810064817.3。

它是通过以下技术步骤实现的:

(1)将河流或湖泊中的污染水体用提升泵抽出，进入联合共代谢流化床，用大剂量的氧源或空气源作为微纳米气泡气体介质与流化床中的水体混合。气液混合物在流化床中停留至少5小时，通过预处理和氧化去除部分有机污染物，其中大分子杂环和苯环类有机物分解为分子量小的易降解产物，得到1号原水。

(2)将经过上一步处理的一号原水通过管道输送至旁路微纳米分子筛系统，以1.5-3 mg/L的比例向共代谢原位微氧颗粒生物流化床中加入复合营养物，与水体混合后，在提升泵的推动下进入生物反应区进行硝化反硝化，提高反硝化效率；加入1.5 ~ 3 mg/L的EM益生菌复壮改性微氧颗粒，得到2号微氧颗粒流化床水。

(3)上一步得到的2号微氧颗粒流化床水进入深度处理系统的原位微纳米分子筛气浮装置，在原位微纳米分子筛流化床中加入1.5-3 mg/L的聚二甲基二烯丙基氯化铵生态水处理剂，通过化学絮凝去除水中残留的有机污染物。

(4)共代谢微氧颗粒生物流化床中漂浮冷凝的污染物通过原位微纳米分子筛流化床输出端水面上的浮渣收集器被泵送至研磨后的微纳米分子筛进行处理。

(5)经原位微纳米分子筛流化床处理后的水进入1号过滤系统，水自动流入河流或湖泊。滤料由石英砂、沸石颗粒和活性炭分级而成。

这个过程如图1所示。

本项目采用“生化+物化”组合工艺去除河水中的污染物，包括三个系统:组合共代谢流化床系统、旁路微纳气浮系统和深度浓缩处理系统。

过程的简要描述

在河道内设置水力坝拦截河水进入格栅井，在格栅井内设置机械格栅清除河道内的垃圾和大颗粒固体，保证后续工艺的稳定运行。河水进入沉砂池，去除比重较大的泥沙颗粒，沉砂池末端设有级配填料石笼，可以拦截过滤泥沙颗粒，均匀布水。沉积物颗粒沉入沉砂池，并由泥浆泵泵入沉砂池。水体继续进入组合式共代谢流化床，共代谢流化床设置为厌氧区(放置厌氧水立方装置)、缺氧区(放置缺氧水立方装置和湖肺1型)和沉淀区三个区域，形成完整的泥膜共生微生化系统；在联合共代谢流化床中被部分有机污染物降解的水体通过提升泵进入旁路微纳米分子筛气浮系统，在管道中加入水处理剂，使通过管道的水流产生分流和交叉混合等作用。从而使投加的药剂快速均匀地扩散到整个水体中，达到瞬间混合的目的，并在旁路微纳气浮的絮凝区充分反应。在接触区，使用大剂量空气源气体制备微纳米气泡气液混合处理介质，对水体进行气浮和蒸汽分布。当吸气浮筒中的空气体和液体混合后引入“反冲量气泡释放器”时，在反冲量气泡释放过程中，受压容器液体受到冲击和激发后压力突然升高，然后通过释放器的突然能量耗散使压力降低，使微纳米气泡均匀。在水中形成乳白色的微纳米气泡。微纳米气泡在水中不易破裂，微纳米气泡多，比表面积是常规气泡的1万倍以上。容器在水中的效率是常规方法的许多倍，这促进了水中微小颗粒和污染物的泥水浮选分离。从泥水中分离出来的下层清水由过滤供水泵加压，进入过滤装置进行过滤。过滤装置为全自动过滤，过滤材料为多介质过滤材料。过滤装置可以去除微纳气浮系统出水中的细小污染物，过滤后的清水流入压力分配池，然后进入小型湿地，经过湿地后，补给到南充河水利大坝下游。旁路微纳气浮池的上层浮渣由刮渣机刮入沉淀池，沉淀后的污泥由排泥泵排入污泥池，用于深度处理系统；深度处理系统由微纳分子筛气浮装置、过滤系统和污泥处理装置组成。微纳分子筛气浮装置和过滤系统的原理和流程如上图所示。

结论和建议

从监测数据来看，整体效果明显。对于难生物降解的高原湖水，主要的处理难点是COD和TN。采用组合流化床系统处理后，COD去除率在65%以上，TN去除率在70%以上。该系统可用于富营养化湖泊和黑臭水体的治理。

对于难降解有机污染的水环境，由于整体水环境不利于微生物种群繁殖和代谢，要实现治理效果的根本突破，首先要创造适合微生物生长繁殖和降解特定污染物的广泛生物环境，补充生物营养元素的不足；其次，要从湖泊底泥和地方污水处理厂的活性污泥中筛选、培养和训练适宜的原生动物和生物酶，并投入系统。有针对性地应用微生物开发和培养新技术，可以诱导和改良局部原位微生物，形成高效优势菌株。将驯化后的优势菌种投加到组合流化床系统中，可以使系统发挥更好的处理效果。

参考

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段向峰、、杨。新型微纳曝气器处理黑臭水体的研究[J].河南科技，2018 (31): 153-155。

编辑/马