本發(fā)明涉及一種城市河道黑臭水體治理方法，尤其是涉及一種采用鐵粉-錳砂耦合工藝對城市河道黑臭水體進行治理的方法及其含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著改革開放的深入，我國國民經(jīng)濟建設(shè)得到了飛速發(fā)展。但對經(jīng)濟建設(shè)的盲目追求，一度使我國的自然資源深度開采，同時也忽視了失衡發(fā)展對環(huán)境造成的巨大污染。目前我國的環(huán)境污染已嚴重威脅到了人民群眾的生命安全和生活質(zhì)量。

目前環(huán)保問題已是世界各國共同關(guān)注的目標。提倡綠色、環(huán)保的發(fā)展理念，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是目前經(jīng)濟建設(shè)必須注重的頭等大事。

有目共睹的是，上世紀70/80年代還是河水清澈的河流，目前已是黑臭水遍地，滿目狼藉。污染容易恢復(fù)難，現(xiàn)在已然到了為過去的過失付出代價的時候。全國各地在嚴厲打擊亂排亂放的同時，都加強了對污染河道的治理，以恢復(fù)水清草綠的面貌。當前，對污染河道以及黑臭水體的治理，已成為相關(guān)技術(shù)人員致力的熱門課題。

黑臭水體顏色呈黑色或泛黑色并散發(fā)出刺激的氣味，嚴重影響了我國的形象，成為影響生態(tài)安全的重大環(huán)境問題。水體黑臭的成因復(fù)雜，復(fù)氧與耗氧失衡導(dǎo)致水相和沉積相氧化還原環(huán)境變化，造成鐵、硫化合物的化學/生物轉(zhuǎn)化機制及其產(chǎn)物的變化。有研究發(fā)現(xiàn)水體懸浮顆粒物中鐵含量高并且亞鐵是水體致黑的主要原因，水體逸出的惡臭氣體中主要為硫化氫。目前黑臭水體治理方法有物理法（增氧曝氣）、化學法（投加絮凝劑、氧化劑等）和生物法（生態(tài)浮床、生物酶和人工濕地等）。

水體曝氣是采用人工方式加速水體的復(fù)氧過程，提高水中好氧微生物的活力，增強河流自凈能力，以改善水質(zhì)。人工增氧在泰晤士河(英)、Berlin河(德)、清河(北京)、綏寧河(上海)和白馬支河(福州)都曾采用。王美麗等利用黑臭河道模擬裝置對比研究了在靜置和人工曝氣兩種方式下底泥污染釋放特征及對上覆水水質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與靜置釋放相比，人工曝氣促使實驗前期底泥污染物快速釋放，使得上覆水體中的各項污染物指標上升；隨著水體中DO濃度的增加；硝化細菌、嗜磷菌等好氧細菌的活性增強，水體中的COD、氨氮、TN和TP得到降解或轉(zhuǎn)化，濃度快速下降。因此，該技術(shù)適合黑臭河道的水體修復(fù)。錢小燕等通過高錳酸鉀強化PAC混凝工藝處理溫瑞塘河黑臭水體，預(yù)氧化時間5 min后投加混凝劑PAC1.5mg/L，水質(zhì)明顯改善。上海市浦東咸塘港東支流的工程，經(jīng)過十二個月的生物酶治理，整個河道具備一定的自凈能力，水體及底泥恢復(fù)到自然狀態(tài)，水質(zhì)指標接近III~IV地表水標準。其原因是造成水體黑臭的有機物和無機還原性物質(zhì)都被降解和氧化，水體中耗氧有機物和還原性物質(zhì)減少，減輕水體溶氧負荷，實現(xiàn)水體反應(yīng)的良性循環(huán)，從而達到消除黑臭的目的。

進入河流的污染物中只有1%以下的污染物能溶解于水中，其它則經(jīng)過長期沉降累積在底泥中。故底泥淤積了大量的耗氧性物質(zhì)、重金屬污染物、持久性有機污染物和Ｎ、Ｐ營養(yǎng)鹽等污染物。當外來污染源得到改善，上覆水體水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)時，底泥中污染物質(zhì)會向上覆水體釋放，河道底泥成為向上覆水體不斷釋放污染物的“源”，影響上覆水體的水質(zhì)。2016年5月鄭州市經(jīng)三路附近的東風渠因兩年未清淤導(dǎo)致水面上綠藻泛濫嚴重。因此，根本上解決河流湖泊的污染問題不僅要從源頭上切斷污染源，更重要的是要修復(fù)受污染底泥。根據(jù)處理過程中是否需要移動底泥，可將底泥修復(fù)技術(shù)分為原位修復(fù)和異位修復(fù)兩大類：（1）異位修復(fù)技術(shù)：主要是挖掘出受污染的底泥并尋找場地進行堆放和處置。該技術(shù)工程量巨大且花費不菲，而且很容易造成二次污染。參考浙江和江蘇的整治投資單價，每公里河道整治資金平均為3500萬~4500萬元(包括污染源治理、截污、污水廠建設(shè)、清淤、引水活水等建設(shè)內(nèi)容)，投資巨大。（2）原位修復(fù)技術(shù)：包括①原位覆蓋技術(shù)：直接采用砂石等材料在底泥上方形成一層或多層覆蓋物，從而阻止底泥與上覆水的接觸，防止受污染底泥中的有害物質(zhì)擴散到水體中。原位覆蓋技術(shù)能夠有效阻止底泥中的污染物進入水體，對水質(zhì)改善具有顯著作用，適用范圍較廣，成本低廉，便于施工。但也存在減小水體容量、改變河道及湖底坡度等缺陷，不適合水流速較快、水動力較強的區(qū)域；②原位生物修復(fù)技術(shù)：利用水生植物、微生物等的生命活動，對水體中的污染物進行吸附、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和降解作用，從而凈化水體并重建水生生態(tài)系統(tǒng)。該技術(shù)工程造價相對較低，無污染且修復(fù)效果較好，有利于水體生物多樣性的恢復(fù)；③原位化學修復(fù)技術(shù)：原位化學修復(fù)技術(shù)是向受污染的水體中投放多種化學藥劑，通過化學反應(yīng)消除底泥中的污染物或改變原有污染物的性狀，為后續(xù)微生物降解作用提供有利條件。這種方法費用低、見效快，目前應(yīng)用較為廣泛。

總體而言，我國城市水體整治有其特殊性，起步較晚，成功案例不多，突出表現(xiàn)在治理手段單一，往往護岸、筑壩、搞人造景觀等“三板斧”，目標往往與水質(zhì)改善虛掛；不少治理項目采取“河道加蓋”、“建設(shè)閘壩”、“三面光”等過多的“強干預(yù)”的非生態(tài)化措施，以綜合治理為名，行生態(tài)系統(tǒng)破壞之實。缺乏“水環(huán)境問題分析、方案目標確定、解決措施”之間的邏輯論證，沒有理清水體黑臭的根本原因，導(dǎo)致措施與問題缺乏關(guān)聯(lián)、各項目之間缺少關(guān)聯(lián)性、項目建設(shè)內(nèi)容不能有效支撐項目目標等問題。目前國內(nèi)許多河流湖泊的污染程度都比較嚴重，污染物種類復(fù)雜，在實際操作中單一的原位修復(fù)技術(shù)很難勝任，往往是將多種原位修復(fù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對城市河道黑臭水體嚴重的現(xiàn)狀，以湛河平頂山市西楊村河段污染水為研究對象，提出了一種城市河道黑臭水體的原位治理方法。

根據(jù)我國環(huán)保部《黑臭水體治理技術(shù)政策》中鼓勵開發(fā)應(yīng)用的新材料與制劑政策引導(dǎo)，圍繞城市黑臭水體分級的評價指標透明度、溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）和氨氮（NH₃-N）、磷（P），開發(fā)出適合我國城市黑臭水體治理的綠色材料，研究治理黑臭水體及穩(wěn)定底泥的曝氣-反應(yīng)墻協(xié)同作用機理及其技術(shù)應(yīng)用。通過考察原位投加鐵粉及錳砂治理黑臭水治理效果，考察模擬反應(yīng)墻技術(shù)治理黑臭水的效果，結(jié)果表明單獨投加鐵粉對黑臭水的氨氮、磷酸鹽、COD的去除率分別為25％、27.15％、18.17％；單獨投加錳砂對黑臭水的氨氮、磷酸鹽、COD的去除率分別為28.92％、10.81％、28.75％，說明單獨投加鐵粉和錳砂對黑臭水體的總體去除率并不是很高。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：

一種城市河道黑臭水體治理方法，利用鐵粉-錳砂耦合工藝去除河道內(nèi)黑臭水中的氨氮、磷酸鹽、COD，實現(xiàn)過程如下：1）順水流方向，依次設(shè)置含錳砂墻、含鐵粉墻或含錳砂墻、含鐵粉墻二者的相互組合；2）對依次通過含錳砂墻、含鐵粉墻或其組合處理后的黑臭水，進行曝氣處理。

一種實現(xiàn)所述城市河道黑臭水體治理方法所使用的含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，所述含錳砂墻、含鐵粉墻由箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元堆砌而成，所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元順水流方向的前、后兩個面均勻布置孔徑為5-50mm的通孔，箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元內(nèi)填充的鐵粉或錳砂的顆粒大于所述通孔的孔徑，所述鐵粉或錳砂的顆粒不大于100mm。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明城市河道黑臭水體治理方法，治理黑臭水體成本低廉。本發(fā)明采用原位治理技術(shù)，除汛期需要將反應(yīng)墻材料及裝置移出河道外，其余時間均能有效治理黑臭水體，異位修復(fù)技術(shù)成本參考浙江和江蘇的整治投資單價，每公里河道整治資金平均為3500萬~4500萬元(包括污染源治理、截污、污水廠建設(shè)、清淤、引水活水等建設(shè)內(nèi)容)，投資巨大，本發(fā)明所有成本(包括材料、裝置及人工等)僅為異位修復(fù)技術(shù)的20~30%，所用材料為綠色環(huán)保材質(zhì)，不會產(chǎn)生二次污染。

2、本發(fā)明采用反應(yīng)墻技術(shù)布置在河道上，黑臭水按一定順序流經(jīng)鐵反應(yīng)墻/錳砂反應(yīng)墻/以及太陽能曝氣等反應(yīng)工序，降低了黑臭水的氨氮、磷酸鹽、COD等有害指標。采用的錳砂來自于國產(chǎn)的天然錳礦，粉碎過篩即可；鐵為環(huán)境友好元素，所用的工業(yè)鐵粉不會對環(huán)境造成危害。

3、本發(fā)明治理黑臭水體效果顯著。通過對鐵粉和錳砂處理工藝順序進行優(yōu)化：（1）選用鐵粉-錳砂耦合工藝，其對黑臭水的氨氮、磷酸鹽、COD的去除率分別為39.40％、42.86％、45.25％；（2）太陽能驅(qū)動揚水曝氣耦合鐵粉-錳砂試驗提高了黑臭水的凈化速率，其對黑臭水的氨氮、磷酸鹽、COD的去除率分別為60.16％、63.23％、66.87％。結(jié)果表明通過氧化劑錳砂和還原劑鐵粉強化黑臭水體中有機物的礦化，太陽能驅(qū)動揚水曝氣耦合鐵粉-錳砂試驗處理后的黑臭水水質(zhì)指標有很大改善,說明該工藝對黑臭水體治理效果良好，治理成本較低，潛在的反應(yīng)墻修復(fù)工程應(yīng)用前景較大。

4、本發(fā)明城市河道黑臭水體治理方法，通過削減氨氮、磷酸鹽、COD等水質(zhì)黑臭的根本性指標入手，治本清源，使水質(zhì)惡臭治理的速度大于底泥釋放的速度，經(jīng)過一定時間，幫助水體恢復(fù)自凈能力,從而徹底修復(fù)黑臭水體。我國城市黑臭水體整治起步較晚，問題突出表現(xiàn)在治理手段單一，往往護岸、筑壩、搞人造景觀等“三板斧”，目標往往與水質(zhì)改善虛掛；不少治理項目采取“河道加蓋”、“建設(shè)閘壩”、“三面光”等過多的“強干預(yù)”的非生態(tài)化措施，以綜合治理為名，行生態(tài)系統(tǒng)破壞之實。本發(fā)明通過水環(huán)境問題分析→方案目標確定→解決措施之間的邏輯論證，理清水體黑臭的根本原因，項目建設(shè)內(nèi)容有力支撐項目目標。多種原位修復(fù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用確保能夠有效修復(fù)水體黑臭。

附圖說明

圖1是本發(fā)明城市河道黑臭水體治理方法工藝平面圖；

圖2是本發(fā)明城市河道黑臭水體治理方法工藝剖面圖；

圖3是本發(fā)明的含錳砂、含鐵粉墻結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的含錳砂、含鐵粉墻剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

實施例1

參見圖1、圖2，本發(fā)明城市河道黑臭水體治理方法，利用鐵粉-錳砂耦合工藝去除河道內(nèi)黑臭水中的氨氮、磷酸鹽、COD，實現(xiàn)過程如下：

1）順水流方向，依次設(shè)置含錳砂墻2、含鐵粉墻3；

2）對依次通過含錳砂墻、含鐵粉墻或其組合處理后的黑臭水，進行曝氣處理。

實施例2

參見圖1、圖2，本實施例的城市河道黑臭水體治理方法，與實施例1的不同之處在于：含錳砂墻、含鐵粉墻采用含鐵粉墻、含錳砂墻、含錳砂墻、含鐵粉墻依次排列的組合方式。

不同的鐵粉墻、錳砂墻及曝氣工藝的有機復(fù)式組合，凈化效果明顯提高。例如鐵-錳-錳-鐵-曝氣的效果要比鐵-錳-曝氣-鐵-錳-曝氣效果提高9%，比錳-鐵-曝氣-錳-鐵-曝氣效果提高13%，組合工藝能及時根據(jù)水中污染物的形態(tài)變化，及時提供最優(yōu)化的降解凈化工藝，提高了黑臭水體治理效果，能幫助黑臭水體快速恢復(fù)自凈能力。

本發(fā)明城市河道黑臭水體治理方法，含錳砂墻、含鐵粉墻由箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元壘集構(gòu)成，選用粒徑在5-100mm的鐵粉或錳砂顆粒放置在所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元內(nèi)，箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元的殼體順水流方向的前、后兩個面或前、后、左、右四個面均勻布置直徑5-50mm的圓孔，所述圓孔的直徑小于鐵粉或錳砂顆粒的粒徑。

實施例3

本實施例的城市河道黑臭水體治理方法，與實施例1的不同之處在于：含錳砂墻2、含鐵粉墻3中鐵粉或錳砂的粒徑在5-100mm，箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元1內(nèi)的填料孔隙率不小于30%，既保證了反應(yīng)速率，又減少了水頭損失，保證了河道的正常流速。

實施例4

參見圖3、圖4，本實施例公開了一種實現(xiàn)城市河道黑臭水體治理方法所使用的含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，所述含錳砂墻2、含鐵粉墻3由箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元1堆壘構(gòu)成，所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元殼體上設(shè)有孔徑為5-50mm的通孔，箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元內(nèi)填充的鐵粉或錳砂的顆粒大于所述通孔的孔徑，所述鐵粉或錳砂的顆粒不大于100mm。箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元內(nèi)的填料孔隙率不小于30%。

實施例5

本實施例含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，與實施例4的不同之處在于：所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元設(shè)有蓋子及匹配扣緊件，裝入鐵粉或錳砂后扣緊蓋子，所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元的殼體順水流方向的前、后兩個面或四個面均勻布置孔徑為5-50mm的通孔，所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元的殼體上設(shè)有方便吊裝的連接件。

實施例6

參見圖3、圖4，本實施例的含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，與實施例4或?qū)嵤├?進一步的不同之處在于：包括設(shè)置在兩側(cè)河沿的混凝土基礎(chǔ)槽4（預(yù)制不銹鋼槽），所述混凝土基礎(chǔ)槽4內(nèi)兩側(cè)設(shè)有格柵擋板（圖中未示出，或采用三角鐵焊接的架子），所述箱體式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)單元1堆砌在所述混凝土基礎(chǔ)槽內(nèi)及兩側(cè)的格柵擋板之間構(gòu)成墻體。混凝土基礎(chǔ)槽兩側(cè)設(shè)有鋼筋混凝土支墩8，兩側(cè)河沿的混凝土基礎(chǔ)槽上方設(shè)有龍門吊裝置7。圖4中標號9為沙袋。沙袋9的作用是彌補支撐框架（混凝土基礎(chǔ)槽4）與河岸的孔隙，防止水流經(jīng)過。為方便拆卸移動，也為汛期疏浚河道時方便取出，鋼筋混凝土槽和河岸可以不是一體的固定連接，而是可以拆卸移動的。

本發(fā)明含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，方便反應(yīng)物鐵粉塊/錳砂的更換以及汛期河道疏浚。采用太陽能曝氣的方式，采取揚水式或者射流式曝氣，增加了水中的溶解氧，幫助黑臭水體恢復(fù)自我凈化能力，從而最終徹底修復(fù)河道黑臭水體。太陽能電池板布置在岸邊，揚水曝氣的多個電機布置在水面以下5-30cm的不同深度，電機的平面布置按一定規(guī)律，保證河道寬度方向上都能揚水曝氣。圖1、圖2中，標號5為太陽能電池板，標號6為曝氣裝置，a表示河岸，b為河底，c為水面。

本發(fā)明針對黑臭水體中氨氮、磷酸鹽、COD含量過高，超出了其恢復(fù)自凈的能力，利用錳砂的強氧化性、鐵粉的強還原性對造成水體黑臭的有機物和無機還原性物質(zhì)進行降解和氧化，水體中耗氧有機物和還原性物質(zhì)減少，減輕水體溶氧負荷，實現(xiàn)水體反應(yīng)的良性循環(huán)，幫助黑臭水體恢復(fù)自凈能力，從而達到最終消除黑臭的目的。