1、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
2、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112M2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。城市内河就地截污装置研究IIREASEARCHONONSITEWASTEWATERTREATMENTDEVICEFORCITYRIVERPOLLUTIONABSTRACT
3、【ABSTRACT】THEDISCHARGEOFDOMESTICSEWAGEINTOCITYRIVERRESULTSTORIVERPOLLUTIONDUETOTHEUNPERFECTCITYSEWERSYSTEMINSOMEREGIONSAONSITEWASTEWATERTREATMENTMETHODFOCUSINGONPOLLUTIONINTERCEPTIONINAREASWHERETHESEWERSYSTEMISUNPERFECTISPRESENTEDINTHEPAPER,THEMETHODSUGGESTSTHATTHESEWAGEDISCHARGEDINTOTHERIVERBECONFI
4、NEDTOTHELOCALRIVERSURFACENEARTHEDRAINOUTLET,IE,AMALLSEWAGETREATMENTDEVICESIMILARTOTHECONSTRUCTEDWETLANDSORARTIFICIALFLOATINGISLANDSBESETNEARTHEDRAINOUTLET,ANDTHEPOLLUTANTSINTHESEWAGEBEINTERCEPTEDANDDEGRADATEDBYTHEDEVICETHEDEVICECONSISTSOFTHEPRECIPITATIONUNIT,WATERDISTRIBUTIONUNITANDCONSTRUCTEDWETLAN
5、D,ANDDIATOMITEANDITSDERIVATIVESSUCHASDIATOMACEOUSCERAMICAREUSEDASTHESUBSTRATESOFTHECONSTRUCTEDWETLANDSINADDITION,THENEWMODULESTRUCTUREBUOYFORWATERPROJECTISUSEDASTHESUPPORTMATERIALOFTHEDEVICE,ANDTHEBUOYANCYISSUFFICIENTTOSUPPORTTHESEWAGETREATMENTDEVICEANDANUMBEROFADULTSGRAVITYONTHEBUOYS,MAKINGTHEENTIR
6、ESEWAGETREATMENTDEVICEAWATERPLATFORMWITHLANDSCAPEFUNCTIONTHEPRELIMINARYRESULTSSHOWTHATUNDERCONDITIONOF1DRETENTIONTIME,112M2SURFACEAREACONSTRUCTEDWETLANDISNEEDEDFORSEWAGETREATMENTINORDERTOMEETTHEWATERQUALITYOFGB8978“INTEGRATEDWASTEWATERDISCHARGESTANDARD“GRADEBBASEDONTHEABOVERESULTS,APRELIMINARYDESIGN
7、OFONSITEWASTEWATERTREATMENTDEVICEWITHCAPACITYOF2T/DISPROPOSEDINTHEPAPER【KEYWORDS】DOMESTICSEWAGEARTIFICIALWETLANDSARTIFICIALFLOATINGISLANDSONSITEWASTEWATERTREATMENTDIATOMITEIII目录摘要IABSTRACTII目录III1引言111项目背景112研究意义12河道污染控制技术概述221现有河道截污技术2211人工浮岛2212人工湿地2213硅藻土3215管道截污43河道就地截污装置的制作631项目目标632工艺流程及原理6图1工
8、艺流程图633试验装置制作7图2装置示意图734项目创新点84试验结果与分析941装置安装与运行942设计水质943水质分析方法944试验结果及分析9图4生活污水紫外光谱图115单个排污口2T/D截污装置设计136结论与展望14参考文献16致谢错误未定义书签。附录1711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
9、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
10、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
11、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。城市内河就地截污装置研究（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
12、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
13、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
14、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
15、淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高3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
16、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
17、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。213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
18、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
19、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。改性硅藻土有城市内河就地截污装置研究巨大的比表面、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
20、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
21、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
22、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
23、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5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
24、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。
25、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
26、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及其施工中,不仅要考虑施工地点的实际情况选择不同的材料、不同的施工工艺,同时还要根据实际的排污管道以及市政管网的现实情况,同时还要依靠排污管网的合理规划、截污设备的合理设置。河道截污花费大，施工困难，而且在既定排污口的区域难于操作。因此，如何在实际的规划中更有效地根据目前现有的网管设施进行河道截污的规划也成了截
27、污规划中的一个重要步骤。合理规划好管网布置，对生活污水处理的后续设施如人工浮岛等将在数量上极大的减少。河道人工曝气与其他河道截城市内河就地截污装置研究污技术相比较，主要是处理水量大，可以明显地除去水体的黑臭味及水体中的有机物，但是这种技术一般在一定的情况下才被使用。由于上述截污处理技术存在各自的局限性，但经过综合比较及在客观条件允许的状况下，在这里我们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。3河道就地截污装置的制作31项目目标将硅藻土作为主要基质，建立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
28、人工浮岛技术及其成套装置，并基于以上技术与装置建立示范工程，为从根本上控制城市河道污染、改善河道水质提供技术支持。根据以上目标，本试验需制作1套可浮动于水体的硅藻土陶粒人工浮岛截污处理成套装置，并选择1个位于河道水位线以上的排污口（1个生活污水）建立1套人工浮岛截污装置，现场考察其截污和处理效果。监测指标为COD，PH，TN，TP。将排污口排出的水引入装置中的沉淀区，在经过清水区的硅藻土第一次处理之后再经过布水管道进入主要处理污水区域，然后出水排入河道。此外，拟以苣草、水芹、水蕹菜和多花黑麦草作为人工浮岛植物。32工艺流程及原理图1工艺流程图生活污水排污口位于河水水位30CM之上，实验处理装置
29、浮于河面上，水箱内的填料区的出水口低于排污口。而且，出水口位置低于中间水箱的水位，即两者保持有一定的水位差，利用之间的水压，将排污口引入的污水经清水区后注入填料区进行消化处理。生活污水排水口连接管沉淀区隔板清水区布水管填料区7将生活污水引入水箱的沉淀区，除去生活污水中的颗粒物及其他杂质，以防后续处理装置堵塞。等到水面达到一定水平，污水从上面流入清水区底部，清水区装有一定量的硅藻土，以减小填料区处理负荷，从而更好的达到处理效果。清水区污水达到一定量时，由于水压，污水将从水箱底部的布水管道流进填料区，即主要的污水消化处理区域。水从打满空的布水管道溢出，直至布满与出水口一样的高度，然后污水会以一定流
30、量排出，流入河道。33试验装置制作该处理装置主要由沉淀单元、布水单元和人工湿地构成，并采用硅藻土陶粒作为人工湿地的基质。整套人工浮岛装置由3只水箱，1个钢铁框架及12只浮筒组成。3只水箱规格一致，均为685042CM3，填料高度为28CM，出水口位于填料面上2CM处。其中中间的水箱分为3部分，中间用木板隔离，中间区域为沉淀沉淀单元，两侧为布水单元。两边的2只水箱模拟人工湿地，均装有28CM硅藻土填料，作为主要污水消化处理的填料区。底部靠着中间水箱一侧的箱体打孔，直径为2CM，用以连接布水管道，每只水箱底部连接着2根布水管道，布水管道即是将清水区的污水引入填料区进行进一步的消化处理。联成一体的3
31、只水箱用钢铁框架固定，然后将钢铁框架固定于12浮筒上，整个装置就浮于河道水面之上。浮筒规格为505040CM3，单体浮筒最大浮力为8125KG，那么，12只浮筒浮力为975KG，足够将装置浮于水面上，人还可以站在浮筒上进行操作，取样及观察等现场活动。该实验装置安装在宁波大学国防生楼前面的一条河上，该河宽5M，水深12M，河道北侧为学生宿舍。河道边上的排水口排出的水为学生宿舍的生活污水。填料区清水区沉淀区注单位钢架布水管道硅藻土进水管排污口图2装置示意图城市内河就地截污装置研究图3实验装置图34项目创新点本项目的主要创新点主要有（1）提出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
32、将截留在局部河道的污染物就地处理的基本思路；（2）提出利用人工浮岛在河道水体中实现污水就地截污并就地处理的技术方法及其成套装置；（3）将硅藻土作为主要原料，制作具有脱氮除磷效果的轻质硅藻土陶粒；（4）提出将硅藻土及其衍生产物作为人工浮岛的主要基质，以大大提高微生物的着生面积，从而提高处理效果；（5）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），以降低处理成本，提高处理效率。94试验结果与分析41装置安装与运行说明安装位置、时间、运行的一般情况等。42设计水质根据生活污水需要处理达到GB8978污水综合排放标准一级B排放标准后排放，下表为预计进出水水质。表1净化处理后出水预期水
33、质项目及单位生活污水出水CODCR（MG/L）12080PH值6969TN（MG/L）30225TP（MG/L）2517543水质分析方法PHPH计测定；总氮（TN）碱性过硫酸钾消解，紫外分光光度法；总磷（TP）过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法；化学需氧量（COD）重铬酸钾法。44试验结果及分析以下表格中的数据是2011年3月25日污水处理装置下水运行一顿时间后，在2011年4月11日后开始对进水及出水进行监测的一系列数据。表2生活污水进出水各水质指标记录日期项目PH值TNMG/LTPMG/LCODMG/L进水7391212341092011411出水7258381577056去除率3073293
34、53进水72828620311242011415出水719243147735去除率15276346进水74829815312352011420出水73253113823去除率151261334进水7243162612542011421出水71326315784去除率168423375进水7332882028252011426出水73224414548去除率153308336城市内河就地截污装置研究从表2可以得出，宁波大学国防生楼附近生活污水的水质，PH值进水和出水都属于正常范围，进水TN浓度一般在30MG/L左右，出水TN浓度一般在25MG/L，去除率基本维持在15左右；进水TP浓度一般在25
35、MG/L左右，出水TP浓度一般在15MG/L左右，其去除率在30上下；进水COD浓度一般在100MG/L上下，出水COD浓度70MG/L左右，相对于其他水质指标，COD浓度波动较大，但去除率在35左右。从上面5组数据来做比较，除了第4组实验是做了8小时的停留时间的处理，其余4组实验都是连续进水及出水得到的数据。数据上可以看出，第4组各水质指标数据的去除率略微高于其他4组的数据，TP的去除率更是达到了423。说明，一定的水力停留时间，硅藻土的去除效率会更好。实验过程中，本人监测了一个水箱出水口8H的水流量，其水流量为044T/D。一个水箱硅藻土填料层表面面积为025M2，则其水力负荷为176T/
36、D/M2。5组实验各自各个水质指标（PH除外）的去除负荷分别为TN16547G/D/M2，TP11355G/D/M2，COD16765G/D/M2TN27568G/D/M2,TP20985G/D/M2,COD26846G/D/M2TN3792G/D/M2,TP30704G/D/M2,COD37251G/D/M2TN49328G/D/M2,TP41936G/D/M2,COD48272G/D/M2TN57744G/D/M2,TP51091G/D/M2,COD54875G/D/M2。那么，各个水质指标去除负荷的平均值分别为TN7821G/D/M2，TP1214G/D/M2，COD6802G/D/M2
37、。以上述由实验得出的去除负荷数据为依据，设计一个排污口污水一天（以24H计）的排水量为2T/D，在8H内流量为067T，且经人工浮岛消化处理后要达到GB8978污水综合排放标准一级B排放标准后排放。GB8978污水综合排放标准一级B相对应指标的浓度分别为TN20MG/L，TP15MG/L，COD60MG/L。取排污口各水质指标的平均值作为进水水质指标，分别为TN2618MG/L，TP2104MG/L，COD1106MG/L。那么，一个生活污水排污口在8H内各指标的排放总量分别为TN总1754MG，TP总1410MG，COD总7410MG。出水口在8H内各指标的排出总量分别为TN总88MG，TP
38、总066MG，COD总264MG。那么，按照此实验中的去除负荷的平均值来估算需要多少表面面积的硅藻土来处理生活污水而使其出水达到一级B标准。去除各指标使其达标所需要的表面积分别为S1112M2，S20618M2，S30701M2。为使三者都达标排放，所需要的表面积为112M2。从上图表数据比较中还可以得出，有一定水力停留时间的处理效果比连续进水出水处理效果要好。但总体来说，处理效果不是很理想，去除率比较低。在动态试验条件下，人工浮岛对TN和TP去除率随水体交换时间的增加而增加，7D时去除率为595，TP去除率为774，COD的去除率不明显，平均去除率为484（混合植物型人工浮岛的动态水质净化特
39、性）。究其原因，有以下几个客观因素（1）实验装置运行时间短暂，微生物膜还没完全长好，对TN、COD的降解影响较大；11（2）由于设计上的考虑不够周全，布水管道数量不够，布水管道之间相距甚远，使填料区的中间区域形成死水区，失去其应有的处理效能。（3）进水流量过大，导致流经填料表面的水量也较大，自然而然水力负荷也跟着变大，处理效果下降。（4）填料区表面无植物栽种，失去植物根系能够去除的污染物。（5）填料硅藻土表面带负电，表面积没有改性硅藻土大等局限性，无法极大可能地去除污染物。本实验中没有在填料区种植苣草等水生植物，而水生植物在人工浮岛有着重要作用。在人工湿地净化污水过程中,植物作用可以归纳为三个
40、方面1直接吸收利用污水中可利用态的营养物质,吸附和富集重金属和一些有毒有害物质2为根区好氧微生物输送氧气3增强和维持介质的水力传输。微生物去除有机物需要消耗氧气，少了植物根部输氧，会影响到微生物的脱氮率和COD的去除率。通过除磷率与脱氮率相比较，除磷率比较高，这是因为除磷主要是通过硅藻土的吸附沉淀作用去除的，而脱氮需要微生物氧化去除，在如此短期的实验期内，微生物膜还没长好，无法达到很好的去除有机物的效果。200300400500600700800050051152波长NM吸光度图4生活污水紫外光谱图谱图中蓝色线表示生活污水进水的吸收图，红色线为出水的吸收图。图中可以明显看出，在210240NM
41、波长范围内有强吸收峰，查有关资料，可知该有机物可能含有2个共轭双键。在这一段波长内，出水的吸收峰较进水的吸收峰有明显的下降，说明在该段波长内，该有机物的共轭双键被打断。城市内河就地截污装置研究最大吸收波峰出现在231NM，最大的差值也出现在231NM，故其最大去除率为0473。135单个排污口2T/D截污装置设计在实验结果的基础上，设计单个排污口污水截污装置，其处理能力为2T/D。该截污装置分为沉淀单元、布水单元、模拟人工湿地单元。沉淀单元容积为1500700850MM；布水单元面积为1500280MM；模拟人工湿地单元面积为15001120MM，其中填料高度为770MM。该装置主要由3个水箱
42、、20只浮筒、一个钢架构成，两侧水箱规格均为150011201000MM，中间水箱规格为150012601000MM；20只浮筒均为单体浮筒，其规格为505040；钢架规格为351015101000MM。该装置需要的材料有3只塑料水箱，一个钢制钢架，10根外径为20MM长度适宜的PVC布水管，一根外径为50MM的PVC软管作为连接管。该装置的具体安装及布置见附图。城市内河就地截污装置研究6结论与展望61结论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。根据这一思路
43、，本文设计并制作了用于排污口截污的模拟处理装置，采用该装置进行了污水处理试验，并在试验基础上提出了针对单一排污口的2T/D处理装置初步设计方案。其结果可简要表述如下（1）就地截污模拟装置由沉淀单元、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。（2）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。（3）初步试验表明，该装置基本可用于河道就地截污；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
44、要336M2的人工湿地面积。（4）在以上试验结果的基础上，提出了一般生活污水排污口就地截污装置初步设计方案。该设计基本处理流程与模拟装置相同，处理能力为2T/D，设计总面积达到1025M2，浮力为1625T，制作费用约为6000元。（5）设计采用旋流阀或自动浮闸限制流量，以实现既达到截污的目的,又有效限制过多雨污水进入处理装置，避免处理装置超负荷运行以及因处理装置排水不及时导致的排水不畅。（6）该技术有施工简单、工期短、对周围环境影响小、材料费用与施工费用低、供试植物和浮床载体材料来源广、结构组装方便、载体可移动拼装等特点。（7）由于设计和制作的不完善，模拟试验装置在运行过程中出现漏水和填塞问
45、题，有待进一步改进；特别是在实际工程设计中，可以考虑采用在人工湿地中设计气水反冲系统来解决堵塞问题；（8）由于试验时间仅1个月，而微生物在填料中稳定挂膜的时间也约需1个月，因此本次试验所监测的污染物处理效率显得较低；但随着系统运行时间的增长，其处理效率应该会有较大幅度的提高。62展望本文研究成果可广泛应用于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，提出的硅藻土人工湿地也可望运用于农村生活污水就地分散处理，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，因而具有广阔的应用前景。由于试验时间较短以及模拟装置设计和制作中的不完善等因素的影响，本次试验的结果可能难以真实15反映该技术
46、方案的实际处理效率以及实际运行过程中可能存在的问题，因此应该在此基础上作进一步扩大试验，并进行工艺优化和关键技术与设备的标准化和成套化，争取将其产业化，为控制河道污染、改善河道水质提供一种有效途径。城市内河就地截污装置研究参考文献1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,2010,448502白少原,张华解庆林复合流人工浮岛系统植物与基质在污染水体修复中的作用J净化技术,2010,29（1）9153王建军人工湿地在污水处理中的应用初探J辽宁城乡环境科技，2004,3（24）124刘衍君人工湿地在污水处理中的应用及其展望J新疆环境保护,2003,2532
47、4265王晖文,韩会玲人工湿地污水净化处理研究J安徽农业科学，2010，3811631641676JANVYMAZALCONSTRUCTEDWETLANDSFORWASTEWATERTREATMENTFIVEDECADESOFEXPERIENCEJENVIRONSCITECHNOL2011,4561697蒋小红，喻文熙，曹达文，周恭明改性硅藻土处理城市污水技术的可行性研究J环境科学与技术,2007,3（30）76788LEVINAD,TCHOBANOGLOUSG,ASANOTCHARACTERIZATIONOFTHESIZEDISTRIBUTIONOFCONTAMINANTSINWASTEWA
48、TERTREATMENTANDREUSECOMPLICATIONSJJWPCF,1985,5778058169宋来洲，李健，林万杰硅藻土在城市污水处理中的应用研究J给水排水，2004,5（30）303210池素玮城市污水处理厂氮磷达标排放新方法的研究J给水排水，2008，增刊（34）17017211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，2010,4（41）5812徐续，操家顺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）303313周杰,章永泰,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）474914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云南环境科学,2006，251444615毛威敏城市中小河道截污主要方式和工程实例J中国市政工程,2009，6454616陆继来,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,2007，520313317附录附图一人工浮岛制作图附图二钢架制作图附图三浮筒连接图
