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北京交通大学李德生教授团队:研发绿色创新技术,实现黑臭水体修复

时间:2018-12-11 点击:

城市黑臭水体是近年来民生领域的热点词汇,黑臭水体不仅影响城市形象,更是严重损害了人居环境,制约了可持续发展。尽快消除湖泊、河流、水塘等黑臭水体,改善水环境质量,促进社会和谐,显得尤为重要与紧迫。如何消除黑臭水体,国内外众多学者已经进行了深入的研究,并形成了多种水体修复方法。

在中国首届“与自然和谐”国际水环境生态建设技术发展会议上,会议主办方特邀多位专家学者对水环境治理与修复展开深入而专业的探讨,其中涉及的众多创新技术令人耳目一新,收益匪浅。在“专题报告专场——湖泊生态与生态材料”专场中,北京交通大学土木工程学院李德生教授团队就向与会代表介绍了一项新型黑臭水体修复技术,获得了一致好评。

会后,记者也请到了李德生教授团队,请他们谈谈黑臭水体的修复与治理。

北京交通大学土木工程学院李德生教授

北京交通大学土木工程学院教授李德生团队刘静轶博士

团队首先向记者介绍了全国范围内黑臭水体治理现状。据介绍, 季节性或终年黑臭水的状况来自于我国城市经济的快速发展和城市规模的日益膨胀带来的城市污水排放量不断增加,大量污染物未经处理或未经完全处理后被排入河流,从而导致水体中化学需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)、重金属(如铁、锰、镉等)等污染物浓度超标。此外,大量营养盐、重金属、有机物通过大气沉降、雨水冲刷等方式再进入水系,使城市生态水系的生态平衡崩溃。

在富营养化水体中,N、P超标致使藻类爆发,藻类死亡后被微生物分解消耗大量溶解氧,造成水体缺氧,从而导致黑臭现象的产生。另一方面,处理不完全的黑臭底泥又不断释放污染物加剧水体的富营养化。因此富营养化是黑臭水体的前提,而黑臭水体是富营养化的极端体现,也是我国现阶段环境治理的重点和难点。

团队表示,在政策层面上,在国务院印发的《水污染防治行动计划》中,对水环境质量有突出影响的总氮、总磷等指标,已纳入流域、区域污染物排放总量控制约束性指标体系,并明确要求“十三五”期间,严格控制富营养化的总氮、总磷指标,从而实现2020年底前地级及以上城市黑臭水体均控制在10%以内,2030年城市建设区黑臭水体总体得到消除。

黑臭水体的成因复杂,地域特征及水体的环境条件都会直接影响黑臭水体治理的难度和工程量,因此需要根据水体的污染原因、污染历史、污染程度和治理阶段的不同以及环境、气候和水力条件的差异,有针对性地选择适用技术和确定组合模式。团队也向记者介绍了几项目前普遍采用的技术,主要有疏浚法、物化法和生态修复法等。

物化法不移动底泥位置,采取一定措施阻止污染物进入水体,切断污染源的污染途径。对于去除水体中的有机物、营养盐等污染物质,常采用的物理方法包括:活性炭、粘性土的吸附等,这种方法可对水体中的硝态氮、氨态氮、无机磷和COD有较好的去除效果;

生态修复法主要是通过水生植物植物和其附着的微生物的共同作用净化水域,起到保护生态环境的目的。底泥有机物长期厌氧分解产生还原性物质是造成黑臭的主要原因,研究表明,城市河道黑臭底泥还原性耗氧物质主要包括硫化物、低价态重金属(Fe2+为主)、氨氮和低分子有机物(如挥发性脂肪酸等);其中酸挥发性硫化物(AVS),包括硫化氢和重金属硫化物(如FeS),是造成底泥黑臭的主要污染物质。而研究证实,通过抑制SRB产生硫化物和去除硫化物这两种方法可以有效控制臭味:控制SRB的生态因子,如pH、温度、ORP,碳源等,通过抑制SBR的活性降低硫化物的产生;投加抑制菌或者杀菌剂直接抑制SBR的活性或者将SBR直接杀死,但一些抑菌剂和灭菌剂对大部分细菌均有作用,造成破坏生态环境;投加硝酸盐(如硝酸钙等)为电子受体可以增加有机物的氧化降解,同时促进NR-SOB(硝酸盐还原硫氧化细菌)去除硫化物;或直接曝气,利用其强氧化性氧化去除硫化物。

抑藻除藻螯合铁复合载体

在本次会议上,李德生教授团队向与会嘉宾推介了“抑藻除藻螯合铁复合载体及水体生物化学修复技术”。据介绍,抑藻除藻螯合铁复合载体是以螯合铁为主体的多元材料组合,经过高温煅烧而成。载体表面孔隙率高,比表面积大,经过培养后的微生物膜呈现黄褐色,扫描电镜下的扫描电镜下也可以看到载体附着的丰富的生物膜。该载体可以通过化学催化反应产生的化感物质抑藻或杀藻,同时载体与生物膜的耦合又可去除水体中的氮、磷、有机物等污染物。该载体能够承受较大的载荷,填充后不易破碎和磨损,降低了水处理过程中的物理损失。

载体可以通过自身化学作用将P固化,同时为微生物提供电子,实现自养异养的同步脱氮;载体还可以通过生物耦合机制去除有机物等污染物,促进植物生长,抑制藻类繁殖,进而完善水生生态系统,恢复水体的自净能力。基于该载体的生物化学修复技术主要包括覆盖法和人工浮床法,通过应用于不同的组合方式实现景观水体和黑臭水体的长效修复,不需要重复投资,在恢复生态系统的同时增加景观水体的美感。

抑藻除藻螯合铁复合载体机理模型

据了解,该载体已在相关领域得到应用,包括北京玉带河黑臭水体修复、北京交通大学富营养化明湖修复、北京香山公园水体修复和北京交通大学雨水花园、沈阳建筑大学雨水花园等,这些应用均取得了良好的修复效果。并且,李德生团队还表示,团队依靠此载体开发了一套具有完整理论体系同时具有应用价值的水体修复技术,除黑臭水体修复之外,还可以应用于人工湿地、雨水花园、人工浮岛、生态床等实际工程中。

水资源是人类生存和发展不可或缺的宝贵资源,是我们经济社会可持续发展的重要基础。在国家全面推进生态文明的关键时期,不断革新技术,不断投入力量是我们共同的职责。我们也期待着涌现出更多的创新技术,为建设美丽中国做出积极贡献。

(素材提供:李德生教授团队 编辑:严杭)

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