浅谈环境保护中的水污染治理措施

张龙飞

（临沂市生态文明建设服务中心，山东 临沂 276000）

引 言

水污染治理是环保领域的一项重大任务，需要进行全面规划并持续执行，同时必须得到充足的技术与资金支撑。目前我国已经取得了一定的水污染治理成果，实施了污水排放标准并采用了水污染治理技术，解决了诸多水污染问题。然而，不同地区的水污染事件仍时有发生，导致生态被破坏，影响了人们的生产生活。因此，我们需要进一步研究更科学的污水治理方法。

1 人工水草净化技术

1.1 人工水草布置

该技术选取的人工水草为超细立体纤维人工水草，该类型的水草材料为超细纤维，具有安全环保、吸附能力强的优势，使水体中的微生物附着表面积进一步扩大。投放的人工水草密度应为1棵／m2，并在底部搭载配重，顶部配备塑料植被作为浮子，确保水草在水中始终保持在合适的位置。

1.2 人工水草净水

1.2.1 温度

1.2.1.1 COD去除率

人工水草净水的COD（化学需氧量）去除率取决于温度，-20 ℃低温条件下的COD去除率极低，40 ℃高温条件下的COD去除率高，并在持续3 d后逐渐趋于稳定，由此可说明在40 ℃条件下可以高效去除COD。这是因为40 ℃的温度下，人工水草会成为微生物的栖息地，此时人工水草的主要作用是吸附微生物。在这一温度条件下，微生物会在人工水草表面生长繁殖并逐渐形成生物膜，此生物膜成为COD降解的主要成分。-20 ℃低温环境下的微生物活性被严重削弱，因此COD去除率下降。

1.2.1.2 氨氮去除率

进一步分析不同温度条件下，人工水草对污水氨氮的去除率，40 ℃温度条件下的氨氮去除率相比-20 ℃的氨氮去除率更高，同理是因为温度决定了水中微生物的活跃度，-20 ℃的温度条件会阻碍硝化和反硝化反应的进行，使得微生物无法持续性地开展硝化反应，导致氨氮降解效率下降。

1.2.2 水力停留时间

1.2.2.1 COD去除率

人工水草去除COD的浓度在初期与时间成反比，经过48 h、72 h后，去除浓度保持平缓，即COD去除浓度维持在稳定状态。人工水草COD去除率与水力停留时间成正比，相应的伴随时间的延长，水中微生物更加活跃，此时的人工水草表面附着的生物膜可以充分降解COD，同样经过48 h、72 h后，去除浓度保持平缓，即COD去除浓度维持在稳定状态。

1.2.2.2 氨氮去除率

在水力停留时间不同的情况下，人工水草去除氨氮浓度与水力停留时间呈反相关，且48 h后逐渐趋于稳定，即浓度达到最小值且无大幅度变化。因此，人工水草去除氨氮浓度与水力停留时间呈反相关，且经过48 h，浓度变化趋于稳定，氨氮去除率与水力停留时间呈正相关，同样经过48 h达到稳定状态。

2 人工湿地生态系统

2.1 搭建人工湿地

2.1.1 工程平面布置

布置总平面需要结合区域场地实际情况，具体为避开周边必要建筑、避免破坏生态环境；最大限度减少开挖土方量，可以使工程造价减少。单元布置需要充分结合现有的地形、地貌情况，具体包括充分利用地势情况进行单元分隔。将人工湿地划分为7个区域，配合总体并联、内部串联的布置方式，其中每个区域都拥有1个兼性塘、1个潜流湿地单元，潜流湿地出水遵循就近原则进入表流湿地，其主要作用为好氧塘-兼性塘的沉淀、水解、配水。人工湿地工艺单元设计中的兼性塘水面总面积为21.5 hm2，且要求进水口高于塘底1.0 m，污水通过进水管道流入深度为4.0 m的兼性塘。塘末端底部配备生态基，该生态基为厌氧微生物创造附着生长条件，提升微生物净水效果。

2.1.2 湿地内部细化设计

人工湿地配水系统利用水的自重流至兼性塘，湿地设计的水平潜流宽度为100 m。人工湿地配水方式为多级配水、多级集水交互方式，配水干渠宽度为10 m、深度为1.5 m；相应的配水支渠宽度为5 m、深度为1.5 m。在人工湿地的每个处理单元侧均配备应急排水通道，宽度为5 m、深度为3 m，设计坡度比为1：3。鉴于本次研究中 的人工湿地拥有较高的生态敏感性，因此本人工湿地选用的防渗手段为原土夯实，要求黏土厚度≥30 cm[1]。

2.1.3 辅助工程

2.1.3.1 鱼巢砖护坡

鱼巢砖护坡工程主要依赖鱼巢砖之间的连接来锁定，并借助砖的自重固定岸坡。砖空隙内栽种水生植物，充分发挥水生植物固土净水的作用，并为水生生物提供水下生存栖息地。

2.1.3.2 植草袋护坡

植草袋护坡能够削弱水流对植物和护坡的冲击力，与此同时达到保土渗水的效果，使植被拥有更加理想的生存条件。

2.1.3.3 石笼生态坡

石笼生态坡能够为水下生物提供栖息、繁衍条件。该工程具有理想的通透性，其充分运用植物、岩石、木桩、土体的相互作用，构建一种综合性护坡，可以有效防护岸坡、拦截入河污染物、保护河岸免受水流侵蚀。

2.2 打造人工生态系统

2.2.1 水生植物群落

水生植物是人工湿地的主要组成部分，在生态系统中起到了重要作用。人工湿地充分运用水生植物的净化功能实现水体的净化。人工湿地对水生植物进行选择的过程中，需要遵循因地制宜的原则，充分发挥水生植物的净化价值、经济价值、观赏价值。人工生态系统选择的水生植物包括芦苇、香蒲等湿生植物，在表湿地浅水区选择黄花莺尾、菖蒲等挺水植物；在深水区选择苦草、金鱼藻、轮叶黑藻等沉水植物，由此增强人工湿地对氮、磷的生态净化作用。

2.2.2 底栖动物群落

为了进一步加速人工湿地沉积物积累，本次研究选择在水底搭建适应低溶解氧、耐有机污染的生物群落，并通过在人工生态系统内构建完整的生物链来达到这一目的。主要投入底栖动物作为生态系统的分解者，实现生态系统循环。

3 蚯蚓生态滤池技术

3.1 培养蚯蚓

3.1.1 圆形蚯蚓生态滤池

滤池尺寸：直径q=3.7 m、总高h=1.83 m。蚯蚓滤池内部拥有明确的区域划分，包括布水区、填料区、滤出液排水区。滤池布水使用旋转布水器。填料区的生物填料透气度、透水性高，属于混合型惰性载体，由8～12目石英砂作为主要填料。填料高度保持在0.25 m，滤出液排水区有效高度保持在0.16 m。

3.1.2 蚯蚓培养床

该技术使用专用的蚯蚓培养床培养蚯蚓，蚯蚓培养床为尺寸30×30×30 cm的竹编框。框体内加入厚度为10 cm的底层基质，其主要成分为含水率32%的土壤与含水率64%的蚯蚓粪，按照质量比2∶1均匀混合而成。框体底层基质接种蚯蚓个体，质量为（200±15）mg，约200条，持续平衡48 h后，将不同比例混合的500 g基质投入各培养床中，当70%的基质成功转化为蚓粪时，再次添加500 g基质。每次添加新基质需要平整覆盖在原有基质表层，每次添加新基质前，需要取出框体内已经变质和板结的基质，且需要将基质厚度维持在5 cm。

3.2 增加含氧量

填料中蚯蚓的一系列活动会使滤池氧含量增加，并且可以有效改善滤池内沉积的污泥，确保蚯蚓的生存环境始终保持良好状态。滤床中含有的蚓粪拥有多孔带负电性，因此蚓粪能够吸附污水中的有机物、铵态氮，使得滤池硝化能力得到提升，相应的出水水质、污泥减量化、稳定化能够得到保障。

3.3 微生物同步处理

3.3.1 物理截留和吸附

蚯蚓微生物生态滤池的粒径填料直径通常为3～5 mm，相应增加填料比表面积可使滤池体积利用率及滤池截留和吸附能力得到提升。在蚯蚓的运动下，滤池能够保持理想的疏通效果，有效防止传统小粒径填料堵塞生物滤池，使滤池系统的透气性始终保持在良好状态，为滤池污染物降解提供充足的氧气，防止滤池系统形成厌氧环境，影响蚯蚓生活。

3.3.2 生化降解转化

在滤池填料的截留和吸附作用下，污水中含有的有机污染物的生物降解性增强，可以在微生物的作用下直接降解合成微生物体，其余部分都会被蚯蚓吸收利用。通常难于生物降解的有机物质会在蚯蚓、微生物的多次循环利用下，以蚯蚓生物体、蚓粪作为最终形态出现。该过程在提升有机污染物生物降解性的同时，还从根本上减少了系统代谢产物量，并且有效改善了生物滤池的卫生条件[2]。

4 生物浮岛技术

4.1 浮岛类型选择

使用曝气生态浮岛，污水氨氮去除率低下的主要原因是溶解氧（DO），而在浮岛系统中配备曝气管，使得溶解氧硝化作用及氨氮去除效果得到强化，为水处理中的好氧微生物生长、发育、繁殖创造条件。

4.2 搭建立体净化系统

4.2.1 曝气生态浮岛

曝气生态浮岛为组合式生态浮岛净化系统，主要由中心设备箱、生态浮床共同组成。中心设备箱连接生态浮床，且中心设备箱中配备微生物调理剂添加装置、空气压缩机，其中中心设备箱上表面配备光伏板系统，且中心设备箱与生态浮床的下表面均配有橡胶浮垫，在生态浮床的上方种有水生植物。同时中心设备箱、生态浮床下表面均配有生物填料绳，生物填料绳当中装填微生物且底部有配重。空气压缩机的出气端与浮岛系统主气管连接，主气管出气端与出气管网连接，在出气管网的表面拥有N个出气孔。

4.2.2 远程控制生物脱氮

空气压缩机、输送泵接受控制系统的远程控制，由此可以定时启动空气压缩机。通过调整运行周期、曝气时间，可以使浮岛中的微生物同时在固定时段拥有缺氧、好氧条件，从而为生物脱氮创造最佳环境条件。缺氧条件下的反硝化菌的碳源为水中的有机物，硝态氮被还原为氮气；好氧条件下，水中的有机物被碳氧化，氨氮硝化反应生成硝酸氮[3]。

5 氧化沟技术

5.1 装置介绍及选择

（1）氧化沟装置为T型氧化沟系统，正式投入氧化沟净水的设备共计三组系统。系统转刷曝气机实现曝气和混合，系统沟壁上设有连通孔，该连通孔为每组系统彼此间的连接创造条件。位于中间的系统称作中间沟，中间沟的转刷保持持续运转，分列两侧的系统氧化沟交替进行曝气氧化、反硝化，中间沟转刷的运行必须要处于曝气和混合反硝化进行阶段。（2）污水经过处理后在沉淀池中沉淀，出水堰对沉淀池进行自动调节，随后将处理水溢出。每组氧化沟系统的处理能力：处理量为33 000 m3/d、氧化沟宽度为73 m、水深为3.5 m、沉淀池容积为19 950 m3。（3）氧化沟转刷属于消耗品，因此需要及时更换、保养。为便于转刷的维护与使用，在每组氧化沟系统上方配备一组转刷桥，且配备52部转刷安装曝气机，包括24部单速曝气机、18部双速曝气机。氧化沟系统使用的转刷参数：直径为1 m、长度为9 m、转速为72 r/min、功率为45 kW、充氧速度为75 kgO2/h。（4）每组氧化沟的中间桥配备一只溶解氧连续测定探头，作用是连续测定处理水中含有的溶解氧值，并及时将测定数值传输到PLC、总控室，全过程由预设程序控制。（5）两侧氧化沟出水口各配备8部可调式溢流出水堰，作用是调节控制转刷浸水深度。将预先编制的运行程序输入氧化沟系统的PLC，随后启动氧化沟系统，PLC会严格按照程序对进水、沟内运行方式进行调整，由此实现对整个污水处理工艺流程的控制。氧化沟装置配备溶解氧控制系统，在控制时间的基础上结合氧化沟设定的溶解氧范围自动控制转刷的工作状态，实现半自动化运行。氧化沟的出厂运行模式包括硝化运行模式、硝化—反硝化模式。其中硝化溶解氧控制浓度为2.0 mg/L、反硝化溶解氧浓度<0.5 mg/L。进入硝化运行模式，此时只需氨氮氧化即可；进入硝化一反硝化模式，能够达到生物脱氮的效果，相关人员应结合实际情况选择合适的模式[4]。

5.2 水脱氮

5.2.1 硝化阶段

好氧条件下应准备氨化细菌、好氧氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌。在反应器中置入含氮有机物，再由氨化细菌降解含氮有机物为氨氮，作为亚硝化基质。亚硝化菌将氨氮氧化为亚硝态氮，而后进一步被氧化为硝态氮。

5.2.2 反硝化阶段

反硝化阶段需要保持缺氧环境，通过反硝化细菌还原硝态氮为氮气并排出，最终实现脱氮。

5.3 水除磷

除磷法为两阶段生物法，氧化沟系统在好氧环境下吸收磷、在厌氧环境下释放磷。聚磷菌在厌氧环境下会将发酵产物和有机酸吸收，吸收的物质被运输至聚磷菌细胞内，随后同化为能源储存物质，由聚磷水解细胞内的糖酵解提供全过程能量，厌氧环境下的磷酸盐被全部释放。聚磷菌在好氧环境下经过氧化分解获取能量，从而重新恢复活性。在厌氧阶段，原污水中的磷在聚磷菌细胞体内合成聚磷酸盐，并以富磷污泥的形式存储，再排出氧化沟系统实现除磷。

6 结语

水是人类生存不可或缺的要素，我国是人口大国，虽然水资源相对丰富，但人均淡水资源却低于世界平均水平，所以保护水资源迫在眉睫。有关部门需加强对水污染治理的重视程度，找出污染源头并实施综合防治措施，持续推进生态环境的进步。