湖泊水环境污染综合治理技术

技术负责人：胡将军

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在截污、清淤的基础上，对湖泊污染水体进行脱氮除磷、构建人工浮岛生态工程、水生植被恢复重建、生态系统重建，改善重点区域水环境质量，促进大东湖生态水网流域内环境质量的改善，为区域内的旅游业、外资引进等提供基础条件，促进社会经济发展，为建成经济快速发展、环境清洁优美、生态良性循环的新农村奠定基础。

1、生物滤池处理工艺

生物滤池是水处理中常见的有效措施，关键在于滤料的选择，本项目选择选用适合用于低氮磷浓度的湖水的处理，吸附处理容量大，运行费用低的“F.F”吸附过滤材料。该滤料主要由硅、铝、氧三种原子构成，是表面粗糙、内部由大量微孔组成的多孔性材料，具有比表面积大，密度小，吸附容量大等优点。

“F.F”吸附过滤材料对NH₄⁺的吸附是以离子交换作用力为主的专性吸附过程，生物“F.F”吸附过滤材料表面和孔内富集的物质主要是NH₄⁺以及“需氮微生物”产生的各类形态的氮化合物。NH₄⁺、NO₃^-等小分子物质，可通过促进扩散和主动运输进入微生物细胞，而无需胞外酶的辅助作用。因此，生物“F.F”对氨氮的吸附-再生相对于一般的生物再生来讲，更加迅速，并且极具针对性，具有其独特的优势，因此对NH₃-N和TN有较好的去除效果，去除率可达60-70%，同时对TP也有一定的去除效果。

运用“F.F”吸附过滤材料的整个处理系统流程见图1，该流程除了脱氮除磷功能之外，还有湖水循环功能。

图1 生物滤池湖水循环系统示意图

图2 生物滤池剖面图

目前运用“F.F”吸附过滤材料的生物过滤工艺已经在滇池、太湖、东湖、北京部分湖泊湖水净化处理工程中应用，取得满意的效果。

2、生物净化系统

生物净化系统是利用生物吸收和净化湖水中的污染物质特别是氮、磷等营养物质，达到净化湖水的目的。第一阶段工程中主要采用生物膜法处理工艺、造流曝气充氧工艺和人工生态浮岛技术。

① 生物膜法处理工艺

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为填料或载体。生物膜自填料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

目前在湖水水质处理中，生物膜法有着广泛的应用，其基本原理也是利用填料在湖中形成的生物膜，生长大量的微生物菌群，这些微生物以有机污染物为食，通过自身的新陈代谢作用分解水体中的有机污染物，净化湖水。同时很重要的是，在湖水水质处理中，以微生物为食的小鱼等其他小生物会聚集在填料的周围，填料成为鱼类及其他高级水生动物的优良卵床与养育空间，给水生生物搭建栖息地。这样在水体中构成以微生物、小虾小鱼、大鱼为基础的循环生态链，通过食物链达到最终去除水中COD、N、P等营养物质的目的，逐步修复受损的水体生态系统。

目前用于湖水水质处理的生物膜法有许多工艺，生态基、碳纤维、立体弹性填料等，其实质都是在湖水中构建供水生物栖息的生物载体，利用栖息其中的水生物吸收降解湖水中的氮、磷和有机污染物。不同公司的差别在于生物载体的形式不同，或者利用不同的水生物种群，有投加人工培养的生物制剂，也有利用湖水中的土著水生物。图3-5为几种生物膜填料，其中（a）为立体弹性填料，（b）为碳素纤维，（c）为生态基。

（a） （b） （c）

图3 生物膜填料

受污染湖泊水质一般都是属於劣五类，聚集数十年污染的底泥以及尚没有完全截留的汇流区面源点源污染，使官桥湖的湖水处理相当于低浓度的污水处理，必须采取强有力的处理措施才能奏效，为后阶段的生态调控和生态系统构建提供必要的水质条件。

本工程在生物膜法处理技术中采用的填料，筛选了聚烯烃类和聚 酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝，丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式填料的单体，填料在有效区域内能立体全方位均匀舒展满布，使气、水、生物膜得到充分混渗接触交换，有效处理流动速度较慢的湖水。

3、草-菌-鱼立体复合生物操纵原位生态修复技术

针对湖泊水环境中氮磷营养盐含量偏高，水生植物群落消失，生态系统脆弱，水体自我净化能力较差的现状，选择耐污、生物量丰富、能四季生存且景观效果好的苦草和黑藻，运用生物操纵技术理论，结合室内植物净化模拟实验，形成廉价易行的河涌、池塘原位生态修复技术，即草-菌-鱼立体复合生物操纵原位生态修复技术。

该技术不仅使水体生态环境得到明显改善，而且能获得具有良好经济效益的渔获物，其对氮、磷营养盐处理率达到30-50%，藻类去除率达到80%以上。

图4 草-菌-鱼立体复合生物操纵原位生态修复

4、天然覆盖材料原位控制湖泊底泥氮磷及重金属释放技术

湖泊由于长期的外源输入和水生生物残渣的沉积，底泥富集了大量的污染物，如重金属、氮、磷等营养物和难降解有机物等，在水环境条件发生改变时，可重新释放入上覆水成为地表水潜在污染源。为此，研发天然覆盖材料原位控制湖泊底泥氮磷及重金属释放技术，达到控制底质营养盐与重金属离子释放的效果。

图 109 四种材料对PO43-的吸附与固定

（a，等温吸附曲线拟合；b，多步解吸结果）

图110四种材料对Cd2+的吸附与固定

（a，等温吸附曲线拟合；b，多步解吸结果）

图111 四种材料对Pb2+的吸附与固定

（a，等温吸附曲线拟合；b，多步解吸结果）

完成项目：

中央环境保护专项“官桥湖（庙湖）水环境综合治理工程”