河湖水污染治理技术及工程案例2015.4.11

河湖水污染治理技术及工程案例王晓慧北京化工大学1碳素纤维是一类以人造纤维或有机纤维为前驱体，经过1000℃以上高温处理制得碳含量在90%以上的无机纤维。碳素纤维又称碳纤维（CarbonFiber，简称CF）。在国际上被誉为“黑色黄金”，它继石器和钢铁等金属后称之为“第三代材料”，具有极高的强度，且超轻、耐高温高压、耐摩擦、耐腐蚀及导电、导热等特点。碳纤维种类很多。生物碳纤维是其中之一，它分为高强度生物碳纤维和生物活性碳纤维材料两类，具有极高的吸附性与生物亲和性，是良好的微生物挂膜填料，在生物法污水处理领域具有明显的竞争优势。关键技术一：碳纤维材料碳纤维材料该填料由丙纶纤维网眼布缠绕在生物活性碳纤维上形成生态碳纤维复合材料，在使用过程中，微生物挂膜快、生物膜易脱落，抗碱、耐老化、不受水流影响，使用寿命长，产品耐生物降解，剩余污泥极少，安装方便。生态碳纤维是环境友好型生物碳纤维，对整体生态环境具有维护和保养作用，生态碳纤维与周围环境具有很好的相容性，对环境没有任何破坏作用，对整个生态环境具有保护作用，实现对环境的零负荷与完全的生物安全。生态碳纤维复合材料(专利号：201110425425.3)关键技术一：碳纤维材料在污水处理过程中，碳纤维表面官能团的结构和组成与对污染物的吸附以及生物膜的负载密切相关，通过调整表面修饰方法和工艺参数，工程中心自主研发并制备出润湿性好和微生物相容性高的生物碳纤维，即高强度生物碳纤维。该材料相比于生物碳纤维材料而言，具有更好的亲水性、生物相容性以及吸附性，是良好的微生物挂膜填料，在生物法污水处理领域具有明显的竞争优势。高强度生物纤维草（专利号：201110425930.8）关键技术一：碳纤维材料微生物主要以生物膜的状态附着在固体填料上，污染物去除主要靠生物膜的作用来完成。随着有机物的降解，微生物不断增殖，生物膜厚度不断增加，到一定程度后，在氧不能透入的内侧就形成了厌氧层。当厌氧层厚度增加到一定程度，老化的生物膜脱落后，载体上重新生成新的生物膜，不断更新、脱落。这种新陈代谢作用多是局部进行的，但整个装置的处理效果是基本稳定的。生物亲和性生物膜结构关键技术一：碳纤维材料新型生物碳纤维材料①材料比表面积大；②音波效应特性；③生物亲和性好，生物易附着性，充氧效率高；④稳定性强，填料能抗酸、抗碱、耐氧化，不易老化，无二次污染，长期持续性消减污染物的能力；⑤质轻、机械强度大和寿命长；⑥安装方便，施工期短,无维护和运行费用。关键技术一：碳纤维材料碳纤维材料特点滤膜生物碳纤维衬板活性污泥空气生物碳纤维平板膜错流过滤模型污水清水生物碳纤维衬板滤膜关键技术二：碳纤维双层平板膜技术碳纤维双层平板膜技术(专利号：201110425821.6)四种不同规格的膜片材料关键技术二：碳纤维双层平板膜技术核心技术之二：碳纤维双层平板膜技术(专利号：201110425821.6)关键技术二：碳纤维双层平板膜技术功能强化结构强化强化人工湿地技术是指通过对湿地系统的物理作用、化学作用和生化反应的强化，提高湿地去除污染物的净化功能。湿地防渗、基质、腐殖、水生植物和水体等层次结构稳定性与预处理、床体、布水、根系和集水等系统结构动力学协同性。填料强化强化高炉渣、钢渣、无烟煤等13种经验填料与碳纤维生态草等高科技填料的混合吸附能力。生物强化湿地防渗、基质、腐殖、水生植物和水体等层次结构稳定性与预处理、床体、布水、根系和集水等系统结构动力学协同性。过程强化强化基质填料-水生植物-根区微生物净化过程，包括其厌氧、兼性和好氧三种净化及沉积、过滤、吸附、降解转化、硝化和反硝化作用。关键技术三：强化人工湿地技术11预处理系统湿地植物（芦苇）根系净化系统布水系统防渗膜原地质土层出水管道集水系统液位控制器人工介质用于人工湿地中的天然填料又称基质一般由土壤、细沙、粗沙、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。基质在为植物和微生物提供生长介质的同时，通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。关键技术三：强化人工湿地技术两级串联生态床人工湿地关键技术三：强化人工湿地技术两级串联生态床人工湿地关键技术三：强化人工湿地技术关键技术四：碳纤维生态浮岛技术生态浮岛技术是一项重要的水质修复技术，已成功地应用在湖泊、河流的生态修复、生态整治工程中。碳纤维微生物挂膜菌剂BABRC-1含有异养硝化细菌，好氧反硝化细菌，芽孢杆菌和光合细菌，能够同时处理污染水体中的有机物、氨氮及亚硝氮，并能显著提高碳纤维生物膜反应器的挂膜效率和污染物去除率，用于碳纤维水处理可以提高过滤系统挂膜效率，改善水体环境，降低生产成本。该产品是卓越的活性微生物和酶的混合体，包括杆菌等多种微生物以及脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶等生物酶。在使用过程中，可以迅速分解有机物质，并且能够衍生出更多的有用的菌种，减少病原菌和寄生虫的生成。用于碳纤维水处理，可以改善水产养殖的生长环境，降低产品的生产成本。关键技术五：微生物挂膜菌剂微生物镜检照片（×400）填料的电镜扫描照片（×600）（×3500）旋回式气液混合型微纳米气泡发生技术测定结果：本装置生成的微纳米气泡水中90%以上的气泡直径分布在40微米以内，均值30微米关键技术六：微纳米曝气①微纳米气泡：指在发生时，直径在1～50微米的气泡为微米气泡，直径1微米以下的气泡为纳米级气泡，两者统称为微纳米气泡。含有大量微纳米气泡的水被称为微纳米气泡机能水，通常外观表现为乳白色。微纳米气泡一般气泡(mm、cm级)水中形态微纳米气泡（μm、ｎm级)水中形态形状复杂、非球状。上升过程中伴随分裂现象，并附带产生更小气泡形状球状。上升过程中伴随收缩、溶解消失现象关键技术六：微纳米曝气•微纳米气泡的特性–上升速度慢–自我增压溶解–比表面积超大–表面电荷富集19浮力F=ρgV(ρ:流体密度，g:重力加速度，V：排开水体积）关键技术六：微纳米曝气青海海东市平安县污水处理厂日处理能力0.5万吨，工艺为AA0。执行城镇污水处理厂一级B排放标准，出水COD浓度在46.2mg/L，氨氮浓度为7.53mg/L，总磷为1.14mg/L。工程应用案例平安县污水处理厂水质提标工程工程应用案例北京农业展览馆后湖水质净化工程通州碧水污水处理厂提标项目北京市碧水污水处理厂，位于通州区梨园镇砖厂村北，设计处理能力10万吨/天，最大处理能力为15万吨/天，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准，要求水质达到一级A标准。该厂采用的“深池曝气污水再生与回用”生态处理技术的缺点是微生物量不足、活性不强，导致虽然停留时间足够长但是处理效率依然不高（低COD和高氨氮）。针对上述问题，本中心进行了碳纤维材料、生态浮床技术水质达标工程试验，其结果：COD从60mg/L降到25mg/L；氨氮从31mg/L降到6mg/L以下，基本实现一级A排放目标。工程应用案例2012年12月份和2013年4月份期间对常兴庄和张家湾养殖中心进行原位修复工程施工。工程示范采用竹子浮岛、PVC管浮岛、泡沫浮岛、花碟浮岛等形式。施工完成后，我中心实时监测池塘水的水质，经过1个月多的运行，取得了初步成效，养殖水环境修复技术能有效地实现循环水养殖及养殖污水的“零排放”，是满足环保要求的一种多功能、低成本、效果好的水体净化方法。工程应用案例水产养殖废水处理工程工程应用案例地点COD（mg/L）氨氮（mg/L）色度左各庄南环路桥北361.832.7660左各庄南环路桥南291.431.7860左各庄南合成铵废水242.837.3950文安县左各庄镇的十马干渠出现严重污染，水体颜色为呈绿色，有臭味，10公里，水量约为60-100万吨。工程应用案例文安县十马干渠现状28强化之前强化之后500m3/每天，占地面积为2500m2，吉林四平强化人工湿地工程应用案例辽宁锦州强化人工湿地工程应用案例本项目目标河段为新凤河李营闸至南湖路桥河段，全长约为8100m，河底宽为8-30m，河深约3.5-5.5m，最大设计流量为0.09m3/s。有效水面宽度约为10m，水深约为1-3m。截污及水质改善重点考虑新凤河李营闸下游至南湖路桥约8公里河道的截污。采用排污口截污，水生物强化（生物强化人工湿地，水生动植物强化，微生物群落调控），生态修复（碳纤维生物膜修复，碳纤维人工浮床原位修复，高效节能微纳米增氧，微生物挂膜菌剂，底泥疏浚）等集成技术，使河道水质达到《地表水环境质量标准》的Ⅳ类水质标准。示范工程共分两段，分别为新凤河李营闸下游至台湾街暗涵入口河段（上段）和台湾街暗涵出口至南湖路桥以下1公里河段（下段），如下图所示。新凤河水质改善工程工程应用案例工程应用案例新凤河目标排污口照片大兴区新凤河上游水质改善工程总体布局施工设计图生物接触氧化强化人工湿地断面水质净化水生态修复工程大兴区新凤河上游水质改善工程工艺流程施工设计图排污口截污工程平面布置图曝气管反冲洗空气管排水管反冲洗进水管反冲洗水排放管中间排水管进水滤料溢流槽曝气生物滤池河道填料俯视图谢谢！