湖泊水環境污染綜合治理技術

技術負責人：胡将軍

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在截污、清淤的基礎上，對湖泊污染水體進行脫氮除磷、構建人工浮島生态工程、水生植被恢複重建、生态系統重建，改善重點區域水環境質量，促進大東湖生态水網流域内環境質量的改善，為區域内的旅遊業、外資引進等提供基礎條件，促進社會經濟發展，為建成經濟快速發展、環境清潔優美、生态良性循環的新農村奠定基礎。

1、生物濾池處理工藝

生物濾池是水處理中常見的有效措施，關鍵在于濾料的選擇，本項目選擇選用适合用于低氮磷濃度的湖水的處理，吸附處理容量大，運行費用低的“F.F”吸附過濾材料。該濾料主要由矽、鋁、氧三種原子構成，是表面粗糙、内部由大量微孔組成的多孔性材料，具有比表面積大，密度小，吸附容量大等優點。

“F.F”吸附過濾材料對NH₄⁺的吸附是以離子交換作用力為主的專性吸附過程，生物“F.F”吸附過濾材料表面和孔内富集的物質主要是NH₄⁺以及“需氮微生物”産生的各類形态的氮化合物。NH₄⁺、NO₃^-等小分子物質，可通過促進擴散和主動運輸進入微生物細胞，而無需胞外酶的輔助作用。因此，生物“F.F”對氨氮的吸附-再生相對于一般的生物再生來講，更加迅速，并且極具針對性，具有其獨特的優勢，因此對NH₃-N和TN有較好的去除效果，去除率可達60-70%，同時對TP也有一定的去除效果。

運用“F.F”吸附過濾材料的整個處理系統流程見圖1，該流程除了脫氮除磷功能之外，還有湖水循環功能。

圖1 生物濾池湖水循環系統示意圖

圖2 生物濾池剖面圖

目前運用“F.F”吸附過濾材料的生物過濾工藝已經在滇池、太湖、東湖、北京部分湖泊湖水淨化處理工程中應用，取得滿意的效果。

2、生物淨化系統

生物淨化系統是利用生物吸收和淨化湖水中的污染物質特别是氮、磷等營養物質，達到淨化湖水的目的。第一階段工程中主要采用生物膜法處理工藝、造流曝氣充氧工藝和人工生态浮島技術。

① 生物膜法處理工藝

生物膜法是利用附着生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生态系統，其附着的固體介質稱為填料或載體。生物膜自填料向外可分為厭氣層、好氣層、附着水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水層有機物，由好氣層的好氣菌将其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則将老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往複以達到淨化污水的目的。

目前在湖水水質處理中，生物膜法有着廣泛的應用，其基本原理也是利用填料在湖中形成的生物膜，生長大量的微生物菌群，這些微生物以有機污染物為食，通過自身的新陳代謝作用分解水體中的有機污染物，淨化湖水。同時很重要的是，在湖水水質處理中，以微生物為食的小魚等其他小生物會聚集在填料的周圍，填料成為魚類及其他高級水生動物的優良卵床與養育空間，給水生生物搭建栖息地。這樣在水體中構成以微生物、小蝦小魚、大魚為基礎的循環生态鍊，通過食物鍊達到最終去除水中COD、N、P等營養物質的目的，逐步修複受損的水體生态系統。

目前用于湖水水質處理的生物膜法有許多工藝，生态基、碳纖維、立體彈性填料等，其實質都是在湖水中構建供水生物栖息的生物載體，利用栖息其中的水生物吸收降解湖水中的氮、磷和有機污染物。不同公司的差别在于生物載體的形式不同，或者利用不同的水生物種群，有投加人工培養的生物制劑，也有利用湖水中的土著水生物。圖3-5為幾種生物膜填料，其中（a）為立體彈性填料，（b）為碳素纖維，（c）為生态基。

（a） （b） （c）

圖3 生物膜填料

受污染湖泊水質一般都是屬於劣五類，聚集數十年污染的底泥以及尚沒有完全截留的彙流區面源點源污染，使官橋湖的湖水處理相當于低濃度的污水處理，必須采取強有力的處理措施才能奏效，為後階段的生态調控和生态系統構建提供必要的水質條件。

本工程在生物膜法處理技術中采用的填料，篩選了聚烯烴類和聚 酰胺中的幾種耐腐、耐溫、耐老化的優質品種，混合以親水、吸附、抗熱氧等助劑，采用特殊的拉絲，絲條制毛工藝，将絲條穿插固着在耐腐、高強度的中心繩上，由于選材和工藝配方精良，剛柔适度，使絲條呈立體均勻排列輻射狀态，制成了懸挂式填料的單體，填料在有效區域内能立體全方位均勻舒展滿布，使氣、水、生物膜得到充分混滲接觸交換，有效處理流動速度較慢的湖水。

3、草-菌-魚立體複合生物操縱原位生态修複技術

針對湖泊水環境中氮磷營養鹽含量偏高，水生植物群落消失，生态系統脆弱，水體自我淨化能力較差的現狀，選擇耐污、生物量豐富、能四季生存且景觀效果好的苦草和黑藻，運用生物操縱技術理論，結合室内植物淨化模拟實驗，形成廉價易行的河湧、池塘原位生态修複技術，即草-菌-魚立體複合生物操縱原位生态修複技術。

該技術不僅使水體生态環境得到明顯改善，而且能獲得具有良好經濟效益的漁獲物，其對氮、磷營養鹽處理率達到30-50%，藻類去除率達到80%以上。

圖4 草-菌-魚立體複合生物操縱原位生态修複

4、天然覆蓋材料原位控制湖泊底泥氮磷及重金屬釋放技術

湖泊由于長期的外源輸入和水生生物殘渣的沉積，底泥富集了大量的污染物，如重金屬、氮、磷等營養物和難降解有機物等，在水環境條件發生改變時，可重新釋放入上覆水成為地表水潛在污染源。為此，研發天然覆蓋材料原位控制湖泊底泥氮磷及重金屬釋放技術，達到控制底質營養鹽與重金屬離子釋放的效果。

圖 109 四種材料對PO43-的吸附與固定

（a，等溫吸附曲線拟合；b，多步解吸結果）

圖110四種材料對Cd2+的吸附與固定

（a，等溫吸附曲線拟合；b，多步解吸結果）

圖111 四種材料對Pb2+的吸附與固定

（a，等溫吸附曲線拟合；b，多步解吸結果）

完成項目：

中央環境保護專項“官橋湖（廟湖）水環境綜合治理工程”