用于再生水景观水体维护的DePAT系统
作者：白宇 于德淼 周军 胡洪营 甘一萍 刘立超
清华大学环境科学与工程系 北京城市排水集团有限责任公司
给水排水, Water & Wastewater Engineering,年 08期
关键词：再生水，污水再生利用，DePAT系统，景观水体
再生水是解决北京市景观用水来源的必要途径。由于富含N、P等营养盐,再生水用于景观水体易产生以绿藻为主的水华。DePAT系统由旁滤、水力改善及生态强化系统共同组成,可以成功抑制再生水水华,在夏季能够将藻计数控制在108个/L以下。试验表明优化选择DePAT工艺,可以实现良好的景观水体脱色除臭功能。
1. DePAT 系统介绍
北京城市排水集团有限责任公司是北京市生产再生水大户。预计到2008 年, 将提供再生水90 万m3/ d, 其中近20%用于城市景观用水。鉴于目前北京市河湖现状, 已没有多余的水源进行补水, 再生水景观利用率将远远大于上述比例。针对如何生产高品质再生水, 保障景观用水, 结合实际工程, 北京城市排水集团有限责任公司进行了长达3 年的小试、中试及1 000 m3 / d 的示范工程研究, 最终取得了突破性成果, 成功抑制了再生水水华的发生。
试验采用DePAT 系统对再生水水华进行控制。它由旁滤系统、水力改善系统及生态强化系统三部分共同构成, 如图1 所示。
图1 DePAT 处理系统示意
1. 1 旁滤系统
DePAT 中旁滤系统是广义性概念, 是指对景观水体进行旁路循环处理。主要作用是降低水体中的藻类、悬浮物及营养盐浓度。由于最初研究多采用直接过滤对景观水体进行净化, 故称之为旁滤系统。实际工程上旁滤可以由单体工艺或不同单体工艺组合构成。系统选择要由景观水体的水质、水量及具体工程背景、环境特点而定。一般来说受占地限制的小区或早期建设公园可采用成熟的单体工艺, 如混凝、过滤等[; 地广而又注重景观效果的公园或高尔夫球场可充分利用土地处理系统, 如新型慢滤池(NSBF ) 、湿地等。
示范工程表明: 新型慢滤池( NSBF ) 处理湖水, 出水浊度几乎测不出来, 色度小于10 度, BOD5小于5 mg/ L。这主要是慢滤池的新型填料使处理效果得到了强化 。另外, 再生水景观水体随着时间的推移, 即使完全抑制水华, 由于藻种不断发生变化及内外源污染的积累, 湖体最终的色度和浊度不断升高, 同样会影响景观效果。因此旁滤系统工艺的选择要充分考虑除色除浊功能, 如利用臭氧、活性炭工艺等。示范工程中, 高碑店污水处理厂培训中心人工湖旁滤系统采用的强力混凝技术, 酒仙桥污水处理厂人工湖选用臭氧- 活性炭技术, 都取得了令人满意的抑藻效果。
1. 2 水力改善系统
水力改善系统是指人为增强水体流动性的举措。包括水力环、曝气充氧、推流搅动等不同操作过程。流动的水体可以改变藻类的运动状态, 控制藻类生长。同时通过流动向水中供氧避免产生死水区而破坏水体观赏效果 。目前, 一些研究结论认为在景观水中增加曝气是解决藻类大量生长的重要手段。但是多年试验结果及运行经验表明: 是否采取曝气则要根据效果调控。这是因为通常城市景观水体属于浅层水体, 并不易发生缺氧状态; 另外由于再生水是深度处理后的城市污水, 难免会残留发泡物质, 因此曝气的同时会引起水体产生大量气泡,再加上夏季藻类分泌粘性物质, 会形成气泡连成片的景象, 严重破坏了景观效果。水力改善系统是利用数学模拟寻找最佳的循环点及循环量。试验证明水力改善系统对抑藻起着重要作用, 同时它对水体美学效果的影响也非常大。一般水力循环点多设置在水体死区, 能够营造出浅层水体微波荡漾的宜人景象。
1. 3 生态强化系统
生态强化系统主要通过人工筛选培养特定动植物增强水体的自净能力, 并起到美化环境的功效。水生植物的选择原则主要以植物吸收营养盐能力及遮光效果为主。前者以千屈菜为佳, 后者以睡莲、荷花为首选。试验中挺水植物生命力强、对土壤的要求不高, 适于北方景观水体栽培。目前由于受水量及水质的限制, 大部分景观水体采用了防渗, 防渗系统减少了水体的自净能力, 增加了治水成本。
DePAT 系统对再生水景观水体进行维护及保障推广性较强。在炎热的夏季, 景观水体能够将藻计数控制在108 个/ L 以下, 叶绿素60 mg/ m3 以下,避免了水华发生, 水体pH 为7. 9 ~ 8. 6, DO 为2. 4~ 11. 9 mg/ L, 并未发生缺氧死鱼现象。景观水体试验效果如图2 所示。
图2 DePAT
2 再生水维护过程中应注意的问题 根据长期的示范工程试验, 再生水的维护与保障要获得成功需要注意以下几方面: ( 1) 动手要早。再生水产生水华与自然水体水华不同, 爆发周期短, 症状性弱, 往往在一个晚上就会发生严重水华, 水体腥臭。常规认为水华喜光喜热, 夏季易爆发。但实际上, 在不处理底泥情况下,再生水水华经过漫长的冬季潜伏后, 早春能够为其创造一个适宜的条件,此时最易发生水华, 如不及时采取措施, 必定产生水华, 而水华产生后如再采取措施则难上加难。因此再生水水华控制应将藻类抑制在萌芽阶段。 ( 2) 营养盐去除应和杀藻充分结合。目前将N、P 降到什么程度可以完全避免水华发生并没有定论。另外, 再生水本身就是富含N、P 的富营养水源, 通过单独去除N、P 实现抑藻经济费用大。因此应该将营养盐去除和杀藻充分结合, 双管齐下, 更有利于及时控制藻类生长。 ( 3) 除藻工艺选择应考虑藻种特征。再生水产生的水华优势藻种和自然水体的蓝藻不同, 以绿藻中的月牙藻、多芒藻居多。这些藻的密度和水基本相同, 因此不像蓝藻那样漂浮在水体表面, 而是呈现均匀混合状态。因此除藻工艺的选择应尽量避免采取单独气浮工艺。绿藻的直径多在几微米, 直接砂滤作用效果有限。 ( 4) 工艺选择应因地制宜, 考虑长效。由于再生水景观水体除藻具有季节性及周期性, 且受自然条件的影响大, 因此抑藻技术的选择应具有长远目标, 尽量选择污染物负荷较大, 脱色除臭功能较强的工艺, 同时还要兼顾因地制宜, 多功能相结合原则。 示范工程试验表明, 再生水景观水体要达到一定的美学效果, 除了建立经济有效的维护与保障措施外, 补水水源同样非常重要。生产高品质再生水是未来大力推广再生水景观利用的又一重要保障。 3 小结 (1) 用再生水作为景观水体的补水水源, 氮磷等营养成分较高, 易发生水华现象, DePAT 系统能够避免富营养化水体发生水华。 (2) DePAT 由旁滤、水力循环及生物强化系统共同构成, 同时具有化学、物理及生物抑藻功能。 (3) 再生水景观水体抑藻工作应根据藻类特征早动手, 因地制宜, 考虑长效并脱氮、除磷、除藻相结合。
