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河湖水处理的理论和实践

日期:2024-08-02 10:24
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摘要:
                                                                河湖水处理的理论和实践
     半个世纪前中国很落后,但山清水秀,那个时代欧洲很发达,但污染十分严重,许多河湖发臭;今日的中国异军突起,迅猛发展,却也带来了河湖的严重污染,看来任何国家都不能摆脱这样的发展规律。可喜的是,欧洲这半个世纪来在经历痛苦后深深地汲取了教训,投入了大量的人力和巨额的物力,虽然远谈不上根本解决所有河湖水污染,但基本上已经取得了骄人的成绩,大部分河湖已经还清,或基本还清,有的已经着手或准备着各项巨大的还清工程。我国党和政府十分重视环境工程,已经投入极大的人力物力治理河湖,不要半个世纪,而是在20年内,中华大地将可以基本根除污染,达到生态平衡,那时国力**强盛,山更清,水更美。
实际上我国对河湖污染的处理早在半个世纪前也已经开始了,如对天津市的海河实行“咸淡分家,清浊分流”工程,使殖民地时代列强造成的黑臭海河,次年已经变清。可见对河湖水治理的首要关键是“清浊分流”,截断所有入河的污水,使其流向污水处理厂进行处理,再由上游引入清水或依靠大气降水来补充河水,使河水恢复,达到生态平衡,,这也是欧洲等其它国家的做法。
但是我国人口众多,严重缺水,已经出现无水可引的局面,在这种严峻条件下,如何保持河湖永远清澈、永远秀美,就全世界来说,并无前车之鉴,历史的重担落在当代中国水处理专家的肩上。
       大家对深圳华侨城的所有天然和人工水系几乎都作了处理,如世界之窗的美洲湖、澳洲湖、锦绣中华的翠湖、欢乐谷湖泊和各水系,波托菲诺的燕栖湖,华侨城生态广场的河湖,以及北京的菖蒲河、万泉河,还有玉泉山的九大湖水系的水处理,使用了仿生学的原理,开创了世界上处理景观河湖的先例,取得了巨大的成功。
鉴于国际上对于**处理景观水尚处于研究阶段,实施过程中出现的问题很难解决,不像人们想象的那么容易,故没有任何国家处理过任何大型河湖的成功先例。大家摒弃了拿处理污水的思路来处理河湖景观水。特别是去年SARS病毒流传全球,向人类敲起了警钟,用**来处理景观河湖的研究带有一定的危险性,因为**和病毒的变异是无法预测的,也是无法阻止的。此外菌种皆由温室中培植,很娇嫩,在自然界中迅速死亡,存活期太短,周而复始地向天然河湖中布撒均匀并非易事,反倒不如向河湖中投撒混凝剂来得快捷、彻底和低价。
      众所周知,地球的水实际是有限的,生物链形成这十几亿年来,每一滴水不知进入生物体循环往复有多少次,但人类工业污染之后,才形成了不可逆反应,自然界本身对其水体的污染是可以自行修复的,亿万年的地球与地球上的生物发展史告诉人们,只要不对它进行化学污染,依靠地球本身的水系是会自行修复的,天然水体本身有个自净过程,通常大家所说的水体自净,就是这个过程。什么叫水体自净,要讲叙清楚这个问题得分开来说。

  关于河水的自净。先举一个实际例子。北京的官厅水库,由于上游桑干河和沩河的水带有大量有机物质,总氮、总磷严重超标,使得官厅水库的库水严重污染,变成了不能使用的五类水体。从泄水闸下放出的库水水质比五类水更差,但经过83km行程,流至三家店水库时,水质得到大大改善,明显提高到了三类水体。水质这种自净的原理是什么呢?一、呼吸的作用——曝气:瀑布、跌水、湍流、漩涡、急流,使某些气体挥发又使某些气体溶入水中,*有效的是溶入氧气,使可以氧化的有机物和无机物质得以氧化,使水活化,不变质,溶解氧使水得以鲜化的根本原因。二、沉淀过滤作用——平流和潜流。水在河里流动,河道有时窄有时宽,在宽阔处流速很慢,往往能起到沉淀作用。有时又渗入地下(如河床的含砂层)经过一段潜流,再流出来的时候,将水中杂质截流下来,不断改善着水质。三、生化作用——在水生动植物和**的生命过程中参与了水的净化过程。这就是河水所客观存在的“**”能力。
关于湖水的自净,一、有汇入的河流和流出的河流的湖泊自净与河水的自净相同。二、无汇入河流和流出河流,但有地下潜流,此类湖水和地下潜水不断地交换,水质自然不会变坏。三、既无汇入和流出的河流,有无地下水的交换的湖泊,如粘土湖底、各种人工防渗层的湖底,这种湖就是死湖。湖本身没有任何自净能力,人若创造生态条件是极为困难的,人们无法阻止腐败菌的繁殖,无法使水保持充分的溶解氧,这就是为什么当今世界上对死湖湖水束手无策的原因。大型死湖湖水使用人工培植的生态法,并不能以人的粗浅片面认识可以解决,自然界的生态并不以人的意志而转移。对于当代来说,期待死湖真正的自然生态完全形成是不可能的。
地球上的一切生物都在重复和模拟着地球的规律,一切生物都离不开水,水是一切生命(动物、植物、**、孢子、病毒)之源,它们是如何保持它们体内这个微小世界的水质不变坏呢?仍然是模拟了地球水质不坏的三大要素。一、呼吸、排走有害气体,吸入氧气,吐故纳新。动物靠肺呼吸,植物、**、病毒靠气孔呼吸,无一例外。二、排除水中有害成分和渣滓。动物靠肾、肠过滤排除,植物靠半透膜,微小生物也是靠半透膜的作用来过滤。三、生化作用。生物体的生化作用就是它的**力,大家的世界实际上是充满了**、病菌和病毒的世界,任何生命体一旦失去**力,它的生命便会结束。
  
  大家对河湖的水处理也必须遵循这样的规律,当前国际上的三类作法,都带有人们的主观片面性,与地球的自然规律不相吻合,自然不会十分成功。当前国际上的四类作法是:一、曝气法;二、过滤法;三、**法;四、生物法。把它们有机地结合起来,再加以根本地改变,将成为模拟肺的呼吸+模拟肾的排泄+**功能或者叫做:吐故纳新器+过滤器+****器,以这样的环节处理河湖水,将使河湖水永远清澈,永远鲜化、永远活化,永不变质。

  在这一思想认识的引导下,大家经过数十年的努力,成功设计制造出了一种水力自动化全塑水处理系统,也就是大家理解的三大要素:模拟肺,模拟肾,模拟**力,才保证了河湖自行更新,永远清澈,有几乎接近饱和的溶解氧,并根本地抑制了**和病毒的生长和繁殖,使河湖永远秀美,因此获得了国际发明**。

水力自动化全塑水处理系统的功能与效果

一、呼吸功能

  
  自然界的水体自净的关键就在于水在流动过程发生的呼吸功能,“流水不腐”不是因为运动,而是运动过程中出现的呼吸功能。急流、旋涡、浪花、跌水、瀑布、拍岸、紊流都会发生气水混合,水向空气中蒸发,水分子逸出,水中溶解的氮、氨氮、二氧化碳、硫化氢、甲烷等带气字头的物质都可能逸出。同时氧气大量溶于水中,使水得到鲜化、活化。水体流动所产生呼吸作用是不容质疑的。地球万物都复制了地球的规律。生物界全部在呼吸,没有不呼吸的生命,因为没有不含水的生命。呼吸的作用都是吐故纳新,排除废气,吸入氧气,使生物的血液、汁液得以净化、鲜化、活化。
  
  给水领域里应该引进“呼吸”功能这个很重要的概念。水力自动化全塑水处理系统经过几十年的发展演变,由实践到理论,由理论到实践的多次反复,已发展到了第15代。越来越突出地强调呼吸功能,强调吐故纳新,有害气体得到有效挥发,溶解氧达到饱和浓度,有利于水中杂质的氧化反应持续进行,使水进入良性循环过程,不断地变好,得到净化、鲜化、活化。

二、发泡除泡—浮选功能

  呼吸作用得到了吐故纳新,但产生了泡沫的堆积。泡沫是什么?泡沫是油质、脂肪、蛋白、酶、氨氮、有机磷、阴离子合成剂、洗衣粉、肥皂泡、苯、酚、萘等有机物质。这些物质发泡以后漂浮在水面,越堆越多,越积越厚,终于从浮选装置逸出排入下水道。河道、湖泊、景观水处理都是无限循环水处理,全部水体要一次又一次地进机处理,曝气发泡要一次又一次地进行,漂浮泡沫时刻被浮选装置溢出排走,有机物质不断地被**,直至减少到无泡沫产生。此过程使水中发泡的各种有机物质得到较彻底地**。

三、精滤功能

  按渗井原理级配的复合多层滤料过滤,水按重力自上而下流动。**层粒径d1=0.8~1.6mm、比重r1=2.4、厚度h1=300mm;**层粒径d2=0.4~0.8mm、比重r2=3.2、厚度h2=200mm;第三层粒径d3=0.2~0.4、比重r3=4.2、厚度h3=70mm;第四层……。**层截留颗粒重的97%,颗粒数的3%,**层截留颗粒重的3%的97%,颗粒数的97%的3%,以下类推。**层滤料的厚度*大,逐层厚度减薄,每一层都允许透过重量的3%,每一层都没有堵死,都有空隙。*后一层仍然有空隙,只不过此时浊度已经小于0.4度,没有必要再增加过滤的层数。
渗井的特点是,污水虽然浓度大,含污量大,但长期使用不会堵死,不会不再渗水。按此理论设计的精滤机具有同样效能,不易堵塞,不会频繁冲洗,使工作周期大大延长。
按渗井反滤层级配的依据就是着眼污水本身的特性。滤层粒径与污水中分散颗粒,它们之间是相吻合的。污水中的分散颗粒,可以按颗粒大小排列出许多级别,正常规律是颗粒大的这**与紧靠它的颗粒小的这**之间的关系基本都是97%和3%的关系,上层截留的大颗粒与下层截留的小颗粒存在着一种微妙的比例关系,即上层截留的颗粒重量占总重量的97%,而颗粒数只占3%,而下层截留的颗粒重量又是3%的97%,以此类推。这就是按渗井反滤层级配的复合滤料层,把污水中的颗粒按层截留,拉开距离,每层都不会堵死,延长工作周期的原因,也是*有效地提高出水水质的原因。
由于这种分层过滤的特点所致,甚至可以达到**的去除率90%以上。众所周知,大肠杆菌的粒径是0.5μ,换句话说这种复合滤层可以去除0.5μ以上的所有颗粒粒子,对0.5μ以上的藻类同样得到有效地去除。

四、“**”的功能

  所谓水的**功能,是水中必须含有微量长效**因子—0.05~0.3mg/l的余氯。它能有效的抑制水中病菌和病毒的繁衍增长,抑制藻类和藻类孢子的增长,防止水生动植物的病变,从而健康成长。长效**因子被称做水的**力,就是因为它是保持水质不坏的根本保证,当代变异病毒层出不穷(去年SARS流行,今年禽流感流行)水的“**”功能更显得多么重要!
当代水的长效**因子只有一种 — 余氯。而臭氧、双氧水、紫外线、超声波、电磁波等都不是,它们都是短效的、瞬间的**。
对于河湖水处理的**,采用短效瞬时**的作法是一种误解。因为事后**马上还会重新繁殖,大家不仅需要水中基本无菌,大家还需要水中有抑制**、病菌、病毒和制止它们再次生长繁殖的因子,大家需要水有“**力”。
导入银离子、导入铜离子入水,虽然也都可以称做水的“**力”,但它们都严重地影响着水质,而且对水生动植物来说有剧毒,是河湖水处理应该慎重使用的措施。

  凡是使水中产生余氯的,只有液氯和氯的各种制剂,别无其它办法。也就是说,液氯、次氯酸钠、二氧化氯、氯化钙、二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸钠、过***……凡含氯,又能在水中游离出氯的任何氯的化合物都可以使用。当然也要看它的技术经济指标,才能决定取舍。
 
  世界上没有不用长效余氯的给水厂、污水处理厂、游泳馆池水处理站,也没有任何一个真正成功的河湖水处理不使用长效余氯的成功先例。

河湖水处理的循环周期

  河湖水体的污染处理,在国际上的常规作法都是截污疏导、排水、清淤、导入清水,这种只作水利工程的方法,对于事后再无清水可不断导入的国家和地区来说,那里的河湖水体又都很快恶化。对于只能一次性导入清水的河湖即使导入的清水是上等地下水,甚至全部放入自来水结果都是一样的,都会很快恶化。在炎热的夏季有一个普遍规律,水体水质**天、**天能见度基本不变,第三天能见度明显降低,以后每天能见度变化较大,水体**天变绿、混浊。在第六天、第七天时水体产生臭气。春季、秋季就不是这种规律,水质不易变坏,冬季水质逐日优化,可以得到改善。
  
  河湖水处理是一个全新的领域,在国际上尚处在初期研究阶段,只有对小水体的研究成果,没有一个使大水体彻底改变的成功先例。只有我国才有突飞猛进的发展,我国成功地原因是从事实出发,既不把河湖水处理看成是给水处理,照搬给水处理的作法,又不把河湖水处理看成是污水处理,照搬污水处理的作法,也不把它看成是中水处理,而是按自然界的水体自净规律,模拟生物体血液、汁液自净、鲜化、活化的道理展开研究,开创了循环处理的新理念。

  作为循环水处理来说,首先遇到的问题就是循环水量的问题,换句话说就是循环周期如何确定。国际上循环水处理*成熟的理论莫过于对游泳池循环水处理周期的确定,国际上法定的循环周期是6~8h,即每天循环3~4遍。河湖水体不考虑人体入水污染,自然要拉长水处理周期。如上所述,因为第三天水体开始显现水质变差,故周期采取2~3天。按处理周期为48~72h设计的工程有北京玉泉山九大湖系、北京万泉河、北京菖蒲河、深圳燕栖湖、深圳欢乐谷河湖水系、深圳锦绣中华翠湖、深圳世界之窗美洲湖、澳洲湖等。根据这些河湖运转几年的情况看,循环周期采用48h是合适的,夏季时水体能见度也可达到1米。一般在暴雨时,都会出现混浊,雨后循环2~3个周期即4~6天后水体又恢复清澈如初,因此循环周期定为48h是合理的。
  
  48~72h作为河湖水的循环周期是遵循:实践—理论—再实践,这样的过程产生的。当然也不是固定不变的。譬如,不同的季节循环周期可以相差很大,凉季可以停机,48h是指炎夏而言,其它季节可以延长循环周期,减少循环水量或停机。因此还有一个后期运转管理的问题,对于水力自动化全塑水处理系统来说,管理极为方便,它是“傻瓜”系统,任意开、任意停,不会出现任何事故。凡观察到水体清澈透亮的时候都可以随时停机。

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