1、本科毕业论文系列开题报告环境工程城市内河就地截污装置研究一、选题的背景与意义城市河道污染是我国大部分城市普遍面临的重大环境与公共卫生问题之一1。造成城市河道污染的原因众多，但其主要因素是（1）城市排污管网不健全，导致大量生活污水未经处理便直接排入河道；（2）城市降水形成的地面迳流裹挟大量面源污染物排入河道。因此，从源头上控制污染物排入河道即截污是控制河道污染、改善河道水质的关键。本项目提出一种在截污困难区域实现生活污水就地截污及初期雨水污染控制的新设想。其基本思路是（1）在排污口附近局部河道设置类似于人工湿地和人工浮岛的小型污水处理装置，从排污口排入的污水进入该装置进行处理，从而实现污水的截留
2、；（2）采取强化措施将截留在排污口附近局部河道的污染物就地消化，其主要措施包括采用硅藻土陶粒等轻质多孔材料作为人工湿地的主要基质材料，并采用轻质不透水材料（如PVC、工程塑料或发泡轻质生态混凝土）作为人工湿地的围护材料，使得人工湿地可以浮动于水面，从而不占用河道、不影响河道行洪；以本地常见的水生植物作为人工湿地的植物材料，在水面形成绿色景观效果。本项目提出将硅藻土作为主要原料与其他原料配合制作成硅藻土陶粒，以其作为浮动式人工湿地的主要基质进行河道截污并就地消化处理的思路。其研究意义主要在于（1）提出一种在截污困难区域实现生活污水就地截污消化及初期雨水污染控制的新技术，对于从根本上控制河道污染、
3、改善河道水质具有重要意义，并具有广阔的应用前景；（2）提出将硅藻土及其衍生产物（如硅藻土陶粒）作为人工湿地的主要基质，国内外尚无类似报道；因硅藻土多孔、质轻、比表面积大、吸附性好，且资源丰富，因此基于硅藻土基质的人工湿地将有可能具有较高的污染去除效率，从而实现人工湿地的小型化与装置化，同时为硅藻土（特别是低品位硅藻土）在环境领域的应用开辟一条新的途径。（3）作为基质的硅藻土陶粒可方便地通过焙烧方式再生，从而实现资源的循环利用。（4）将现行常用的河道全面曝气改为在人工湿地基质间的局部曝气（可选），可望极大地减少曝气费用，提高处理效率，降低处理成本。（5）提出的硅藻土人工湿地也可望运用于农村生活污
4、水就地分散处理，硅藻土人工浮岛也可望运用于其他富营养化水体生态修复。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题主要内容（1）适用于人工湿地的硅藻土陶粒研究；（2）硅藻土陶粒人工湿地研究；（3）硅藻土陶粒人工浮岛研究；（4）硅藻土陶粒人工湿地及人工浮岛在河道截污中的实现。三、研究的方法与技术路线（1）适合于作为人工湿地基质的硅藻土陶粒配方及其制作工艺条件研究。其基本要求是，所制作的硅藻土陶粒质轻，可悬浮，孔隙度大，比表面积大，对磷有较强吸附作用。（2）在河道排污口水体实现浮动式硅藻土陶粒人工湿地及人工浮岛。其难点在于，装置结构与集成、各种材料的选择、在水体中实现浮动与平衡、管道布设及其与排污口的联接方
5、式、可能的局部曝气方式等。技术路线四、研究的总体安排与进度计划进度2010年11月26日2010年12月15日，完成开题报告和文献综述，进行开题；2010年12月16日2011年5月6日，现场调查，收集、整理资料，论文撰写；2011年5月7日2011年5月12日，完成论文的撰写工作，定稿，准备答辩；2011年5月13日，答辩。五、主要参考文献1余志敏,袁晓燕,崔理华,朱夕珍,朱文玲,李雅静。复合人工湿地对城市受污染河水的净化效果J环境工程学报,2010,447417452刘自莲,李鹏,施永生,赵萌，徐冰峰硅藻土改性及其在废水处理中的应用研究现状J工业用水与废水,2007,441583张婉璐,刘
6、君寒,李力,李福利人工浮岛技术在污水生态修复中的应用J给水排水,2010,448504廖颉,刘迎云,陈小明潜流人工湿地处理城市污水氮和有机物的研究J给水排水,2010,133365王劼,刘阳,王泽民，胡筱敏人工浮岛技术应用前景J环境保护科学,2008,53423256李晓斌,魏成兵硅藻土在废水处理中的应用J江苏环境科技,2008,2217174硅藻土陶粒人工浮岛人工浮岛装置装置构成材料选择管道布设平衡方式联接方式局部曝气河道截污试验街舞处理试验7成先雄,赵永红,张涛人工湿地系统处理生活污水的设计应用研究进展J江西理工大学学报,2010,3319128徐泾,徐高田,曹达文,金伟硅藻原土处理城镇污
7、水试验研究J中国给水排水,2007,231746549张望军硅藻土处理城市生活污水可行性探讨J西南给排水,2002,24291110刘祺,王仲军改性硅藻土处理废水的应用研究J陶瓷，2008，4313411刘春常,夏汉平,简曙光人工湿地处理生活污水研究J生态环境,2005,14453653912肖恩荣,梁威,吴振斌污水处理中的人工湿地强化技术研究J环境污染治理技术与设备,2006,77118一12313崔桂阳,任珺,陶玲生活污水的人工湿地修复研究进展J能源与环境,2010,1737614JANVYMAZALCONSTRUCTEDWETLANDSFORWASTEWATERTREATMENTFIVE
8、DECADESOFEXPERIENCEJENVIRONSCITECHNOL2011,45,616915AMELIAKKIVAISITHEPOTENTIALFORCONSTRUCTEDWETLANDSFORWASTEWATERTREATMENTANDREUSEINDEVELOPINGCOUNTRIESAREVIEWJECOLOGICALENGINEERING,2001,16545560毕业论文文献综述环境工程城市内河就地截污装置研究摘要通过介绍治理城市河道污染的技术方法，包括人工湿地、人工浮岛、截污、河道曝气、人工水草、水体养殖以及它们各自的原理、优点及其缺陷；将各种技术方法的优势相互结合，来实
9、现城市内河河道截污，预期可以达到理想的效果。关键词人工湿地、人工浮岛、截污、河道曝气、人工水草1前言城市河道污染是我国大部分城市普遍面临的重大环境与公共卫生问题之一。造成城市河道污染的原因众多，主要因素是（1）城市排污管网不健全，导致大量生活污水未经处理便直接排入河道；（2）城市降水形成的地面迳流裹挟大量面源污染物排入河道。这就要求我们从另辟蹊径，从源头上控制污染物排入河道即截污是控制河道污染、改善河道水质的关键。实现河道环境综合整治、控制河道污染的方法大致包括清淤、截污、驳岸、曝气等工程措施，以及人工水草、人工浮岛、水体养殖等生态修复措施【。】。2研究城市内河污染技术的目的近年来，我国随着人
10、民生活水平的提高以及城市化进程的加快，城市内河河道污染越来越严重，城市中几乎所有的河道都有或多或少的污染，好多河道都有发黑发臭的现象。另一方面，人们对生存环境的越来越重视，对城市环境的美观提出了更高的要求。鉴于此，提出研究治理城市内河污染技术，更是有着其不可忽视的现实意义。3国内外城市内河截污研究状况城市内河截污技术有截污、曝气等工程措施，以及人工湿地、人工浮岛、人工水草等生态修复措施。各种河道截污技术的研究历史各不相同。人工湿地真正用于污水净化的研究始于20世纪70年代末1。目前,在美国密执安州的莫斯凯岗MUSKEGON,已建成处理废水量达13104M3/D的大型废水土地处理场。在澳大利亚墨
11、尔本市的威利比WORRIBEE废水处理历史悠久4。中国对人工湿地的研究开始较晚,在“七五”期间才开始了对人工湿地的研究工作。继1989年于北京昌平县建成第一个人工湿地处理系统之后,1990年于深圳白泥坑等地又建成了湿地处理系统示范工程,其出水达到了二级处理水平。随着人工湿地技术的改进和发展,人工湿地的应用范围越来越广泛,在城市污水处理方面已经有了较多的应用实例,且普遍运行较好2。国外利用该技术治理污染河流的成功例子有德国SAAR河纯氧曝气，1998年夏天，德国利用纯氧曝气船对SAAR河进行曝气，以提高水体中的溶解氧含量；国内1999年重庆市在被严重污染的桃花溪内采用了人工充氧，运行一星期后河道
12、水质有了明显的改善并消除了臭气【3】。最早研究浮岛技术的学者是美国生态学家GURNEY,他以研究加拿大雁获得“雁爸爸”称号而著名，在他之后,TRIVEDY1978,SASSER1995,HALLER1996等人也对人工浮岛进行了相关研究；在国内,宋祥甫等人在1991年开展了人工浮床的研究与应用工作,他们先后在杭州、上海、无锡、北京等城市进行生态浮床治理城区污染河道实验5。现在提出的新型人工浮岛是通过两种渗透性能填料的填充6。从2O世纪五六十年代起，英、德、美等发达国家就开始考虑解决日益严重的河道污染问题。英国的THAMES，德国的RUHR与SAAR，澳大利亚的SWAN和美国的HOMEWOOD等
13、河流就先后利用河道曝气技术改善河流的水质。近年来在我国一些大中城市已经进行了一定规模的河道人工曝气复氧试验，如北京的清河环境改善工程、上海的苏州河河道曝气复氧工程、上澳塘和新泾港的曝气工程试验、重庆的桃花溪曝气措施等。关于人工水草的国内外研究资料比较少，但是在近年来在国内外的研究和应用正日益增多9。4治理城市内河污染技术方法近年来，治理城市内河污染技术方法的研究相当活跃，各种方法的研究都是为了更客观、更准确地反映水体水质的实际情况。主要方法有人工湿地、人工浮岛、河道曝气、截污、人工水草、水体养殖等方法。本文着重介绍前面5种方法。41人工湿地人工湿地系统作为一种兼有水体修复、园林绿地和景观效果的
14、水处理设施，具有较高的应用价值。人工湿地真正用于污水净化的研究始于20世纪70年代末，它适合于水量小、水质变化不大、管理水平不高、用地充足的城镇污水处理1。人工湿地污水处理系统是一种集环境效益、经济效益及社会效益于一体的污水处理方式，具有建造成本低、运行成本低、出水水质好、操作简单等优点10。污水进入湿地处理单元芦苇湿地系统，生活污水在周围筑有坝梗的芦苇湿地中，通过对配水闸门的调节，使其保持一定的深度，经过一定时间的培养，在每个单元内形成了一个相对独立的简单的生态系统。污水经过土壤渗漏，植物吸收，通过物理、化学、物理化学及生物反应使污水得以净化，其作用机理为异养菌有机质DOCO2NH3H2O1
15、0。复合人工湿地技术比传统单一的人工湿地技术有更高效的污染物去除性能,其中以复合垂直流人工湿地更为突出7。而且人工湿地的植物选择范围日趋广泛8。42人工浮岛人工浮岛是一种长有水生植物或陆生植物、可为野生生物提供生境的飘浮岛,主要由浮岛基质、植物和固定系统组成11。相比于传统的人工湿地，人工浮岛将植物种植于浮垫上,因而植物的生长不受水域类型和水底地形等条件的限制,人工浮岛具有更高的营养物质和其他元素的同化吸收效率11。在水体中设置人工浮岛,浮岛上的植物根系能够吸附和吸收水中的氮、磷等物质,贮存在植物细胞中,可以降低水体化学需氧量COD、总氮TN、总磷TP及重金属含量。人工浮岛可用于以下地点的生态
16、恢复（1）具有大水位波动及陡岸深水环境的水域；（2）具有猛浪、高浊度和富营养化状况的湖区；（3）有景观功能需求的池塘和湿地水域5。43河道曝气目前我国七大江河流域都已经受到不同程度的污染,特别是在全国138个城市河段中,流经繁华区域的绝大部分也受到不同程度的污染12。从2O世纪五六十年代起，英、德、美等发达国家就开始考虑解决日益严重的河道污染问题。其中，河道曝气技术作为一种投资少、见效快的河流污染治理技术，在很多国家被优先采用15。河道曝气技术是充分利用天然河道和河道已有建筑就地处理污水的一种方法。该法综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理，结合推流和完全混合这两种流态的特点，有利于克服短流和提高缓冲
17、能力；同时也有利于氧的传递、液体混合和污泥絮凝，是一种有效的河流水质净化方法。河道曝气技术具有占地面积小、设备投资少、运行简单、处理水量大等优点，且无二次污染，其费用仅为达到同样处理效果的污水处理厂投资的14以下；作为一种投资少、见效快的河流污染治理技术，在很多国家被优先采用11。国内外的实际运行经验表明，在河道中进行充氧不但能改善水体黑臭状况，而且能使上层底泥中还原性物质得到氧化或降解。曝气在河底沉积物表层形成了一个以兼性菌为主的环境，并使沉积物表层具备了好氧菌群生长刺激的潜能，从而能够在较短的时间内降低水体中有机污染物，提高水体溶解氧的浓度，增强水体的自净作用，改善水环境。人工曝气在黑臭河
18、流水体的净化过程中起着非常重要的作用13。44截污河流的污染一般包括工业污染、生活污染污染、受上游水质影响和底泥污染物释放污染等污染源。这些污染物或者通过管道直接排到河道中或者通过雨水管道形成雨污合流排放到河流中。河道截污的关键是如何根据污染物量的多少合理地设计排污管直径的大小、材料以及泵站能力的大小,并将这些污染源产生的污染物集中起来并且送到污水处理厂中进14。河道截污一方面要靠新的材料、新的施工工艺,同时还要依靠排污管网的合理规划、截污设备的合理设置。河道截污需要铺设合理管道。截污管渠需要及时清理,污水管渠过流要受限。截污处理的污水量大，只要还对河道截污在整体规划中设计引进了新的方法,对截
19、污在景观保护、防洪方面也提出了一些建设性的意见，是有其应用的价值。45人工水草浮床技术作为改善富营养化水体水质的有效方法之一，因具有造价低廉、运行简便、改善景观环境等优点，在国内外的研究和应用正日益增多9。作为传统的浮床植物，美人蕉对水体中的污染物具有良好的去除效果，但美人蕉不耐寒，制约了生物浮床技术的推广应用。首次引种了冬季半绿植物黄菖蒲和四季常绿植物西伯利亚鸢尾作为生物浮床植物，同时组合了新型的人工水草，以此解决生物浮床的越冬问题使生物浮床水质改善能得到推广应用。人工水草采用维纶醛化丝为材料，维纶丝采用平行排列方式，提高利用效率。实验表明，黄菖蒲等3种浮床植物及人工水草对微污染水体水质的净
20、化起到了明显的效果9。用人工水草来处理城市内河污染需要和其他生物浮床植物相结合才能到达比较好的效果。5各种方法的比较以上介绍的5种治理城市河道污染方法各有各的优点，但都有其不足的一面。人工湿地处理污水量大，耗能少，无需管理，但有较大地域局限，去污能力有限，应用有限。相比于传统的人工湿地，人工浮岛植物种类多，去污能力更强。相比于截污，人工浮岛简便易行，耗资少，工程量小，又有良好的景观，但容易受到外来物种侵害。河道曝气技术具有占地面积小、设备投资少、运行简单、处理水量大、见效快等优点，在很多国家被优先采用，将曝气方法与生态净化系统、生物修复技术结合可更有效地实现净化水质，恢复河道水生态。截污能从污
21、染源上清除污水中的杂质，河道中铺设排污管道,但勘查发现该河段驳岸全部为条石干砌,河边足够大的空间作为截污的工程用地14。人工水草适用于一年四季，虽然去污能力不强，但与其他浮床植物相结合，可以达到预期要求，而且要有浮床作为载体才能发挥人工水草的作用。这5种方法将各自优点互补，是可以研究出更加完善的污水生物处理技术。6结语随着科技的进步以及新理论的创立，治理城市内河污染技术方法也会有更进一步的发展。不同城市内河要根据河道实际情况可以选择合适的城市内河截污技术。从本文来讲，人工浮岛结合良好的基质来进行城市内河截污，是可以达到预期的效果的。而且它具有操作简单，投入少，去污能力理想，是一个以后具有广阔发
22、展和应用前景的生态修复技术。参考文献1邱沪生,欧阳郑凯。人工湿地对污水的除磷效果研究J安徽农学通报,2010,1631241272崔桂阳,任珺,陶玲生活污水的人工湿地修复研究进展J能源与环境,2010,173763刘晓海,高云涛,陈建国,张军莉人工曝气技术在河道污染治理中的应用J云I南环境科学,2006,25（1）44464陆继来,赵璇,王惠中,夏明芳，丁丽丽，任洪强，王琳人工湿地在污水处理中的研究进展J污染防治技术,2007,52030305王劼,刘阳,王泽民，胡筱敏人工浮岛技术应用前景J环境保护科学,2008,5（34）23256王劼,刘阳,王泽民，胡筱敏复合人工浮岛系统植物与基质在污染水
23、体修复中的作用J环境保护科学,2008,53423257余志敏,袁晓燕，崔理华，朱夕珍，朱文玲。复合人工湿地对城市受污染河水的净化效果J环境工程学报,2010,447417458肖恩荣,梁威,吴振斌污水处理中的人工湿地强化技术研究J环境污染治理技术与设备,2006,77118一1239吴黎明,丛海兵,王霞芳章清琳。3种浮床植物及人工水草去除水中氮磷的研究J环境科技,2010,323121610范斌,范淼,胡世琴,区伟人工湿地处理城镇生活污水J水科技,2007,2317465411张婉璐，刘君寒，李力，李福利人工浮岛技术在污水生态修复中的应用J环境与可持续发展,2010,4485012周杰,章永
24、泰，杨贤智人工曝气复氧治理黑臭河流J中国给水排水，2001，4（17）474913熊万永,李玉林人工曝气生态净化系统治理黑臭河流的原理及应用J四川环境,2004,223343614杨艳玲河道截污工程工艺及措施J。科技信息,2006465一46615崔桂阳,任珺,陶玲河道曝气技术在苏州地区河流污染治理中的应用J水资源保护,2006,1（22）303316TYYEH，CCCHOU，CTPANHEAVYMETALREMOVALWITHINPILOTSCALECONSTRUCTEDWETLANDSRECEIVINGRIVERWATERCONTAMINATEDBYCONFINEDSWINEOPERATI
25、ONSJDESALINATION,2009,24936837317AMELIAKKIVAISITHEPOTENTIALFORCONSTRUCTEDWETLANDSFORWASTEWATERTREATMENTANDREUSEINDEVELOPINGCOUNTRIESAREVIEWJECOLOGICALENGINEERING,2001,16545560本科毕业设计环境工程城市内河就地截污装置研究REASEARCHONONSITEWASTEWATERTREATMENTDEVICEFORCITYRIVERPOLLUTIONI摘要【摘要】由于城市排污管网不健全，导致某些地域的生活污水无法纳入城市管网而直
26、排入河道，从而引起河道污染。本文提出，在截污困难区域将排入河道的污水控制在排污口附近的河道局部，即在排污口附近局部河道设置类似于人工湿地和人工浮岛的小型污水处理装置，从而实现将污水就地截污、消化后再排入河道。该处理装置由沉淀单元、布水单元和人工湿地构成，并采用硅藻土及其衍生物硅藻土陶粒等轻质多孔空材料作为人工湿地的基质。此外，采用新型水上工程用模块结构浮筒作为处理装置的支撑材料，其浮力足可支撑污水处理装置以及数个成人在浮筒上活动时的重力，从而将整个污水处理装置构成具有景观功能的亲水平台。初步试验表明，在水力停留时间1D条件下，出水水质指标要达到GB8978污水综合排放标准一级B标准排放，需要1
27、12M2的人工湿地面积。在以上试验结果的基础上，本文提出了处理能力为2T/D的一般生活污水排污口就地截污装置初步设计方案。【关键词】生活污水；人工湿地；人工浮岛；就地截污；硅藻土。IIREASEARCHONONSITEWASTEWATERTREATMENTDEVICEFORCITYRIVERPOLLUTIONABSTRACT【ABSTRACT】THEDISCHARGEOFDOMESTICSEWAGEINTOCITYRIVERRESULTSTORIVERPOLLUTIONDUETOTHEUNPERFECTCITYSEWERSYSTEMINSOMEREGIONSAONSITEWASTEWATERT
28、REATMENTMETHODFOCUSINGONPOLLUTIONINTERCEPTIONINAREASWHERETHESEWERSYSTEMISUNPERFECTISPRESENTEDINTHEPAPER,THEMETHODSUGGESTSTHATTHESEWAGEDISCHARGEDINTOTHERIVERBECONFINEDTOTHELOCALRIVERSURFACENEARTHEDRAINOUTLET,IE,AMALLSEWAGETREATMENTDEVICESIMILARTOTHECONSTRUCTEDWETLANDSORARTIFICIALFLOATINGISLANDSBESETN
29、EARTHEDRAINOUTLET,ANDTHEPOLLUTANTSINTHESEWAGEBEINTERCEPTEDANDDEGRADATEDBYTHEDEVICETHEDEVICECONSISTSOFTHEPRECIPITATIONUNIT,WATERDISTRIBUTIONUNITANDCONSTRUCTEDWETLAND,ANDDIATOMITEANDITSDERIVATIVESSUCHASDIATOMACEOUSCERAMICAREUSEDASTHESUBSTRATESOFTHECONSTRUCTEDWETLANDSINADDITION,THENEWMODULESTRUCTUREBUO
30、YFORWATERPROJECTISUSEDASTHESUPPORTMATERIALOFTHEDEVICE,ANDTHEBUOYANCYISSUFFICIENTTOSUPPORTTHESEWAGETREATMENTDEVICEANDANUMBEROFADULTSGRAVITYONTHEBUOYS,MAKINGTHEENTIRESEWAGETREATMENTDEVICEAWATERPLATFORMWITHLANDSCAPEFUNCTIONTHEPRELIMINARYRESULTSSHOWTHATUNDERCONDITIONOF1DRETENTIONTIME,112M2SURFACEAREACON
31、STRUCTEDWETLANDISNEEDEDFORSEWAGETREATMENTINORDERTOMEETTHEWATERQUALITYOFGB8978“INTEGRATEDWASTEWATERDISCHARGESTANDARD“GRADEBBASEDONTHEABOVERESULTS,APRELIMINARYDESIGNOFONSITEWASTEWATERTREATMENTDEVICEWITHCAPACITYOF2T/DISPROPOSEDINTHEPAPER【KEYWORDS】DOMESTICSEWAGEARTIFICIALWETLANDSARTIFICIALFLOATINGISLAND
32、SONSITEWASTEWATERTREATMENTDIATOMITEIII目录摘要IABSTRACTII目录III1引言411项目背景412研究意义42河道污染控制技术概述521现有河道截污技术5211人工浮岛5212人工湿地6213硅藻土6215管道截污83河道就地截污装置的制作931项目目标932工艺流程及原理10图1工艺流程图1033试验装置制作10图2装置示意图1134项目创新点124试验结果与分析1341装置安装与运行1342设计水质1343水质分析方法1344试验结果及分析13图4生活污水紫外光谱图165单个排污口2T/D截污装置设计176结论与展望18参考文献20致谢错误未定义
33、书签。附录221引言11项目背景城市河道污染是我国大部分城市普遍面临的重大环境与公共卫生问题之一。造成城市河道污染的原因众多，但其主要因素是（1）城市排污管网不健全，导致大量生活污水未经处理便直接排入河道；（2）城市降水形成的地面迳流裹挟大量面源污染物排入河道。因此，从源头上控制污染物排入河道即截污是控制河道污染、改善河道水质的关键。实现河道环境综合整治、控制河道污染的方法大致包括清淤、截污、驳岸、曝气等工程措施，以及人工水草、人工浮岛、水体养殖等生态修复措施。目前普遍采用的河道截污方法主要是将河道周边居民的生活污水尽可能地纳入城市污水管网，以便将生活污水输送到污水处理厂进行处理。但因城市排污
34、管网不健全，或因地形地物等条件所限，导致某些地域的污水无法纳入城市排污管网而直排河道；此外，实行雨污分流制的城市，其雨水管网所收集的地面迳流大都是直排河道，基本没有考虑地面迳流和初期雨水对河水的污染问题，因而导致地面迳流特别是初期雨水对河道水体产生严重污染。更为重要的是，因为截污不彻底或根本没有截污，导致河道污染的污染源还是在源源不断地向河道排污。还有一些城市区域污水治理难以落实，即这些区域的污水即使截流后也难以排入污水处理厂进行处理。鉴于以上认识，本项目提出一种在截污困难区域实现生活污水就地截污及初期雨水污染控制的新设想。其基本思路1在排污口附近局部河道设置类似于人工湿地和人工浮岛的小型污水
35、处理装置，将污水引入装置，经过就地截污、消化后再排入河道2采用硅藻土陶粒等轻质多孔材料作为人工湿地的主要基质材料，浮筒固定装置，使得人工湿地可以浮动于水面，以本地常见的水生植物作为人工湿地的植物材料，在水面形成绿色景观效果。12研究意义本项目提出将硅藻土作为主要原料与其他原料配合制作成硅藻土陶粒，以其作为浮动式人工湿地的主要基质进行河道截污并就地消化处理的思路。其研究意义主要在于（1）提出一种在截污困难区域实现生活污水就地截污消化及初期雨水污染控制的新技术，对于从根本上控制河道污染、改善河道水质具有重要意义，并具有广阔的应用前景；（2）提出将硅藻土及其衍生产物（如硅藻土陶粒）作为人工湿地的主要
36、基质，国内外尚无类似报道；硅藻土多孔、质轻、比表面积大、吸附性好，且资源丰富，因此基于硅藻土基质的人工湿地将有可能具有较高的污染去除效率，从而实现人工湿地的小型化与装置化，同时为硅藻土，特别是低品位硅藻土，在环境领域的应用开辟一条新的途径。（3）作为基质的硅藻土陶粒可方便地通过焙烧方式再生，从而实现资源的循环利用。2河道污染控制技术概述21现有河道截污技术实现河道环境综合整治、控制河道污染的方法大致包括清淤、截污、驳岸、曝气等工程措施，以及人工水草、人工浮岛、水体养殖等生态修复措施。以下主要介绍人工浮岛、人工湿地、硅藻土、人工曝气、管道截污技术。211人工浮岛人工浮岛是一种长有水生植物或陆生植
37、物、可为野生生物提供生境的飘浮岛,主要由浮岛基质、植物和固定系统组成。在水体中设置人工浮岛,浮岛上的植物根系能够吸附和吸收水中的氮、磷等物质,贮存在植物细胞中,可以降低水体化学需氧量COD、总氮TN、总磷TP及重金属含量1。人工浮岛技术是把植物种植在填料床表面，或直接利用水体作为植物生长介质，然后用漂浮性材料作为植物在水体表面的支撑材料。人工浮岛的生态功能包括提供生境、净化水质、消浪护岸、改善景观等。然而，尽管人工浮岛提供了一种较好的水体原位生态修复技术，但因其植物生长介质基本位于水面以上，或者直接利用水体作为植物生长介质，因而其对水体的作用方式主要是植物根系的吸收作用以及附着于根系之上的微生
38、物的作用，所以其对水质改善的效果非常有限，特别是其脱N除P的效果并不理想。针对人工浮岛较低的氮磷净化效率限制了其应用，由此，复合流人工浮岛作为一种新型的辅导形式而发展起来。目前的人工浮岛技术对有机物的去除效果好，但对磷的去除能力还比较有限，去除率仅为20。这主要是由于人工浮岛中植物和微生物对磷的摄取量非常有限，磷主要是通过矿物质填料的吸附沉积作用去除2。因此在人工浮岛基质颗粒矿物填料，就可以弥补其对磷去除率低的缺点。人工浮岛是植物、微生物和基质综合作用的生态修复系统，因此影响其处理效果的外界条件有水力梯度、水力停留时间、温度、原水水质。水力停留时间会直接影响到人工浮岛植物、微生物等生长，造成净
39、化效果恶化；温度会影响植物、微生物的生长代谢，而人工浮岛对氮、有机物的净化作用主要是通过微生物转化、降解来完成的。根据原水水质的不同，可以控制填料体积的多少来处理需要去除的污染物。212人工湿地人工湿地就是利用自然湿地生态系统中物理、化学、生物的协同作用,通过人工设计建造的一种新型污水处理工艺3。它是通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。依靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用可完成对N的去除；人工湿地对P的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成的4。湿地生态系统中的许多水生植物不仅具有抵御污水污染的能力,而且可以吸收和富集水体
40、中重金属离子,对污水的净化起着重要作用。湿地生态系统通过好氧菌分解有机物,如芦苇沼泽16D内几乎能去除100的BOD和COD。在美国佛罗里达,城镇废水经过柏树沼泽后98的氮和97的磷被吸收净化5。首批用人工湿地来处理废水实验的是由DRKATHESEIDEL在1950S在德国发现的以及在1960S后期以第一次全面系统被提出并进入运行6。不过在我国起步较晚。人工湿地分为垂直流人工湿地、潜流式人工湿地、自由水面人工湿地三种基本形式，人工基质、水生植物和微生物是人工湿地的主要组成部分。人工湿地填料表层土壤中可种植一些处理性能良好,成活率高,生长周期长,美观及具有经济价值的水生植物如芦苇,构成一个湿地生
41、态系统。虽然人工湿地得到了广泛的应用,但系统中还存在不少的问题。不精确的设计运行参数,生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏,易受病虫害影响,缺乏长期运行系统的详细资料以及基质堵塞和水生植物的衰退。气候条件的制约对人工湿地有重要影响。由于我国对湿地的研究起步较晚，缺少对数据的可靠积累，湿地设计者及工程人员都无法找到值得参考的相关经验。由于人工湿地有着其自身的优点，它将是一项不断深化、研究、应用的新技术,具有传统技术所不能比拟的综合效益。随着研究的深入，人工湿地技术工艺也得到不断的改进，复合人工湿地技术比传统单一的人工湿地技术有更高效的污染物去除性能,其中以复合垂直流人工湿地更为突出。21
42、3硅藻土硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩,其化学成分主要是SIO2,含有少量AL2O3、FE2O3、CAO、MGO、K2O、NA2O和有机质。硅藻土具有很强的吸附力和很大的吸附容量，因为形成硅藻土的硅藻壳体具有大量的、有序排列的微孔，从而使硅藻土具有很大的比表面积（3160M2/G）；另一方面，在我国有很大的储量，有近50个硅藻土矿床，遍布14个省区。我国是世界第二大硅藻土生产国，目前总的生产能力超过了40万T/A7。硅藻土巨大的储备量也为以后广泛应用的前景提供物质基础。但是我国的硅藻土品位较低。但是随着我国硅藻土研究方面的深入，其在提纯方法和技术上有很大的进步，大大减少了其提纯加工的成本，从
43、而拓宽了其应用领域8。硅藻土已应用于城市污水、造纸废水、印染废水、屠宰废水、含油废水和重金属废水的处理中9。再一方面，因为硅藻土是一种天然矿物，硅藻土污泥的回收利用空间大，且稳定性好，经适当的处理可回用到农业、废水处理或建材等领域。硅藻土若直接投入废水中吸附去除污染物，处理效率较低。若将其焙烧、复配或性能改进后再用作废水处理，可大大提高其净化效率。生活污水和工业废水中的胶体颗粒大多是带负电的，而硅藻土表面也为负。因此，普通硅藻土作为污水的吸附剂，无法使胶体脱稳，处理效果不佳。改性硅藻土有巨大的比表面、强大的吸附性以及表面电性,使其在污水处理过程中,不但能去除颗粒态和胶体态的污染物质,还能有效地
44、去除色度和以溶解态存在的氮、磷、金属离子等污染物10。改性硅藻土处理城市污水技术可利用较少的投资和运行费用达到较好的污水处理效果，是一项符合我国国情的技术。理论研究和生产性试验研究都表明，该技术在技术和经济上都是可行的。但因改性硅藻土废水处理技术还是一项较新的技术，各方面还不完善，还需加强理论和实际工程应用上的进一步研究和探索11。改性硅藻土如硅藻土陶粒，硅藻土陶粒可悬浮于水面，因此该设想类似于浮动床生物陶粒处理工艺，其巨大的比表面积可为微生物提供良好的繁衍场所，将有可能较大幅度提高N、P等营养类污染物的处理效率，从而减少人工湿地占地面积，实现人工湿地的小型化与装置化。214人工曝气技术河道曝
45、气技术是充分利用天然河道和河道已有建筑就地处理污水的一种方法12。部分欧美国家的成功经验和我国已经开展的一些试验结果表明人工曝气复氧是治理河流污染的一种有效的工程措施13。河道水质的污染通常是有机污染物的超标或水中氮、磷营养元素含量较多造成藻类异常繁殖的富营养化污染，有机污染物过多，消耗大量的溶解氧，溶解氧不足，造成水体发黑发臭，故可以采用人工曝气弥补天然曝气的不足，使其由缺氧转变为富氧水体，在溶解氧的作用下，河水中的有机物往往为好氧菌所分解，H2S、FES、NH3等物质被氧化成FEHO3和NO3等物质。河道曝气一般应用于以下两种情况第一种是在污水截流管道和污水处理厂建成之前,为解决河道水体的
46、有机污染问题而进行人工充氧。第二种是在已经过治理的河道中设立人工曝气装置作为对付突发性河道污染的应急措施。人工曝气复氧对即时消除河道水质黑臭效果良好,是治理河道水质黑臭的一种好方法,且无二次污染。综合国内外河道曝气的工程实践可以看出,在河流水质变化的不同时期应用河道曝气技术,可以分别达到消除黑臭,减少水体污染负荷。河道曝气技术具有占地面积小、设备投资少、运行简单、处理水量大等优点,且无二次污染,其费用仅为达到同样处理效果的污水处理厂投资的1/4以下；作为一种投资少、见效快的河流污染治理技术,在很多国家被优先采用14。目前，国内外采用的人工曝气复氧技术主要有以下几种（1）纯氧增氧系统，主要有纯氧
47、一微孔布气设备曝气系统，纯氧混流增氧系统；（2）鼓风机微孔一布气管曝气系统；（3）叶轮吸气推流式曝气器等。215管道截污河流的污染一般包括工业污染、农业污染、生活污染、畜禽饲养业污染、受上游水质影响和底泥污染物释放污染等污染源。这些污染物或者通过管道直接排到河道中或者通过雨水管道形成雨污合流排放到河流中。然而，如何根据污染物量的多少合理地设计排污管直径的大小、材料以及泵站能力的大小,并将这些污染源产生的污染物集中起来并且送到污水处理厂中进行处理是十分关键的。但是，管道铺设在既定的排水管网很难再衔接管道。由于河道两侧住宅或企业房屋多临河而建，且均为一二层建筑物，沿河几乎无空间敷设截污管道。即使有
48、沿河道路，路幅往往偏小，管道开挖难以实施15。因此，只能考虑在河道内侧敷设截污管道。河道截污的现有方法主要是管道截污，也有在陆地考虑以截污井或人工湿地就地截污，但截污井的截污效果很差，而人工湿地又占用大量土地，因此在城市河道周边陆地实现人工湿地截污并不现实。河道水质修复现有方法主要是在污水排入河道后通过曝气、人工水草、人工浮岛、水体养殖措施等；但将排入河道的污水控制在排污口附近的河道局部，并采取强化措施将截留在局部河道的污染物就地消化，其思路及相应技术方法尚无报道。22技术比较与分析上述技术都是比较实用的可用于城市内河河道截污的技术，但是这些系统都有其优缺点和处理上的局限性。严格来说,人工浮岛
49、属于人工湿地的一种。相比而言,人工浮岛是一种改进的人工湿地技术,可供选择种植的植物范围较广。另外，人工浮岛还具有占用土地少,二次污染弱,作为景观可操作性更高等优点。与富营养化水体治理的传统技术相比,人工浮岛的建设工艺简单、运行成本较低。相对传统治污技术,人工浮岛的工艺费用可以节省50以上1。不过人工浮岛的基质容易降解、外来物种侵害等缺陷，如将其与合适的基质及植物相结合，很可能会达到意想不到的净化效果，从而缩短生态修复的周期。人工湿地基本上无耗能，无需日常维护，而且其出水水质好,具有较强的氮磷处理能力,投资及运行费用低,比较适合于管理水平不很高、水处理量及水质变化不很大的城郊或乡村。人工湿地也存在占地面积大、易堵塞、难以处理高浓度污水、易受气候地理条件限制等不足16。因而，人工湿地应用于处理工业废水的实例不不多见。传统的人工湿地基质主要有土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石、鹅卵石等，除了这些常用的基质,专家还开发了许多新型基质。硅藻土因其自身的优势，可以作为人工浮岛及人工湿地很好的基质。研究表明，生物陶粒处理工艺具有很高的脱氮除磷效率。因此，硅藻土陶粒人工湿地，将有可能较大幅度提高N、P等营养类污染物的就地消化效率。此外，硅藻土陶粒自身可悬浮于水面且具有巨大的比表面积，因而是制作人浮动式人工湿地和工浮岛的理想材料。河道截污主要是管道截污，因此在河流截污设计
