景观用再生水水体富营养化特性及控制技术研究

【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。