專利名稱：再生水回用于景觀水體葉綠素a和藻密度的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及再生水回用于景觀水體對(duì)葉綠素a和藻密度的控制方法，特別是氮磷 濃度和停留時(shí)間對(duì)藻類生長(zhǎng)的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人口的劇增，水資源短缺和水環(huán)境問題已成為制 約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”?；诳沙掷m(xù)發(fā)展原則和我國(guó)水資源現(xiàn)狀，城市污水再 生利用與節(jié)約用水是我國(guó)水資源開發(fā)利用的基本國(guó)策。城市污水采用適當(dāng)?shù)纳疃忍幚砗螅?補(bǔ)給景觀水體，已成為解決城市缺水、提高水資源有效利用率、增加水景設(shè)施的一條重要途 徑。目前北京污水處理廠出水回用于景觀環(huán)境的用水量近30萬m3/d，大大提高了北京的 總體水環(huán)境質(zhì)量。天津也是一個(gè)嚴(yán)重的資源型缺水城市，也在積極探索和采用再生水回用。 目前，已經(jīng)開始將再生水補(bǔ)給于市內(nèi)的衛(wèi)津河和生態(tài)小區(qū)的景觀水體。山東、河北和安徽等 地均不同程度地將再生水回用于景觀水體。再生水補(bǔ)充景觀水體，一方面緩解了資源型缺水的問題，但在另一方面由于水質(zhì) 控制不夠嚴(yán)格也帶來了一系列的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問題。雖然污水經(jīng)深度處理再生后，濁度、COD等 指標(biāo)會(huì)有所下降，但氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素仍持留在一定水平，將會(huì)導(dǎo)致藻類大量生長(zhǎng)、發(fā)生富 營(yíng)養(yǎng)化，透明度下降，水生植物和魚類因缺氧而大量死亡，水體出現(xiàn)黑臭等現(xiàn)象，使景觀水 體喪失了觀賞、娛樂等美學(xué)價(jià)值。一般認(rèn)為，水中含氮大于0. 2-0. ;3mg/L、含磷大于0. 01mg/L、B0D5大于10mg/L就可 能引起富營(yíng)養(yǎng)化。從這一標(biāo)準(zhǔn)來看，目前所利用的許多景觀水體都不同程度地存在富營(yíng)養(yǎng) 化現(xiàn)象，甚至也包括一些IV、V類水體。然而，只要水體沒有黑臭腐化就仍然具有重要的景 觀用水價(jià)值，甚至可以說，再生水回用于景觀水體的目標(biāo)并非是控制其不發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，而 是控制其不發(fā)生黑臭腐化現(xiàn)象。事實(shí)上，所謂富營(yíng)養(yǎng)化是湖泊演化分類學(xué)的一個(gè)概念，其標(biāo) 志著湖泊老化(在封閉或緩流水體中極易發(fā)生)，嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化最終易導(dǎo)致水體黑臭。對(duì) 于流動(dòng)水體，由于流動(dòng)水流不斷復(fù)氧，在開闊水體綜合生態(tài)系統(tǒng)的作用下將一定程度地維 持水體的環(huán)境容量，即使輕度的富營(yíng)養(yǎng)化不會(huì)很快使流動(dòng)水體形成黑臭現(xiàn)象?；诖?，再生 水回用于流動(dòng)景觀水體，可以不必按照控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來衡量，氮磷可以適 當(dāng)放寬。

發(fā)明內(nèi)容
本專利發(fā)明者經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究，考察了以再生水為補(bǔ)給水源條件下景觀水體 富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生條件，主要考察了氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽和換水周期對(duì)葉綠素a濃度和藻密度的影響 變化情況。實(shí)驗(yàn)以北京市某再生水廠的出水為原水配置實(shí)驗(yàn)水樣(最接近于實(shí)際)，搭建反 應(yīng)器，以營(yíng)養(yǎng)鹽底物一次投加的方式培養(yǎng)。首先控制磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度為lmg/L，配制了 lmg/L、 2mg/L,4mg/L三個(gè)不同濃度梯度的氨氮營(yíng)養(yǎng)鹽，8mg/L、12mg/L, 16mg/L三個(gè)不同濃度梯度
3的硝酸鹽氮，考察不同濃度氮營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)葉綠素a濃度和藻密度的影響情況，通過大量的實(shí) 驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1、藻類對(duì)氨氮營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收，優(yōu)于硝酸鹽氮而落后于磷酸鹽；硝酸鹽氮濃度對(duì)葉 綠素a濃度和藻密度的影響并不明顯。2、藻類的生長(zhǎng)周期為15-20天，21天后，水體顏色變黃，藻類已經(jīng)凋亡，葉綠素濃 度明顯下降，在此過程中的優(yōu)勢(shì)藻主要為四角柵藻和小圓藻，屬于綠藻，沒有發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻；3、在磷酸鹽濃度為lmg/L，氨氮濃度低于％ig/L，硝酸鹽氮濃度低于16mg/L時(shí)，不 會(huì)造成藻類大量爆發(fā)。其次控制氨氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度為％ig/L，硝酸鹽氮的濃度為16mg/L，配制0. 5mg/L、 lmg/L、1. 5mg/L三個(gè)不同濃度梯度的磷營(yíng)養(yǎng)鹽，考察不同濃度磷營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)葉綠素a濃度和 藻密度的影響情況，通過大實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1、藻類對(duì)氮磷的吸收存在優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先順序?yàn)榱姿猁}、氨氮、硝態(tài)氮；2、藻類的生長(zhǎng)周期為15-20天，21天后，藻類開始變黃減少直至凋亡，葉綠素下降 明顯，在此過程中的優(yōu)勢(shì)藻主要為四角柵藻和小圓藻，屬于綠藻，也沒有發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻；3、在磷酸鹽保持在lmg/L以下，氨氮在％ig/L，將再生水一次性補(bǔ)給景觀水體是完 全可行的，不會(huì)產(chǎn)生藻類爆發(fā)；當(dāng)磷酸鹽濃度增加至1. 5mg/L，藻密度將顯著增加。綜上，在磷酸鹽濃度低于lmg/L，氨氮濃度低于％ig/L，硝酸鹽氮濃度低于16mg/L 時(shí)，將再生水補(bǔ)給景觀水體是完全可行的，不會(huì)造成藻類大量爆發(fā)；同時(shí)嚴(yán)格控制換水周期 大于藻類的生長(zhǎng)周期，進(jìn)水停留時(shí)間大于21天后，藻類開始死亡，葉綠素下降明顯。一般認(rèn)為水中含氮> 0. 2-0. 3mg/L、含磷> 0. 0lmg/L, B0D5 > 10mg/L 就可能引 起富營(yíng)養(yǎng)化，這一標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，目前我國(guó)城市污水處理廠排放的水質(zhì)經(jīng)過進(jìn)一步的深度 處理都很難達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。盡管2002年修訂的城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 18921-2002)中氮磷的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)放寬總氮小于15mg/L，總磷小于0. 5mg/L，但仍有 大部分再生水廠難以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到目前我國(guó)污水處理廠對(duì)再生水處理程度的可實(shí) 現(xiàn)性以及水體的自凈能力，本專利的提出的控制條件比較容易實(shí)現(xiàn)，污水處理廠的出水如 果能達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)中的IA標(biāo)準(zhǔn)，就可以直接回用 于景觀水，控制好停留時(shí)間，就不會(huì)造成景觀水體中藻類的大量爆發(fā)，有一定的工程指導(dǎo)意 義。
具體實(shí)施例方式本專利在實(shí)施過程中，一方面應(yīng)嚴(yán)格控制補(bǔ)給的再生水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，將磷酸鹽濃 度控制低于lmg/L，氨氮濃度低于％ig/L。目前我國(guó)城市污水處理廠排放的水質(zhì)經(jīng)過進(jìn)一步 的深度處理都可以達(dá)到這一限制條件；另一方面再生水回用于景觀水體應(yīng)控制換水周期大 于21天，21天后，藻類逐漸凋亡，葉綠素濃度下降明顯。實(shí)施例在北京市酒仙橋再生水廠進(jìn)行中試試驗(yàn)考察本專利的具體實(shí)施情況。設(shè)計(jì)方池 (15m3)和圓池兩種方案，根據(jù)小試試驗(yàn)結(jié)果，考察中試規(guī)模的再生水補(bǔ)給型城市景 觀水體在不同水深和不同底物濃度條件下，富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生和發(fā)展過程，并驗(yàn)證本發(fā)明方 法的正確性和可實(shí)施性。
中試試驗(yàn)歷時(shí)3個(gè)月(6月18日-9月18日)，在小試的基礎(chǔ)上，通過分別改變不 同的磷酸鹽、氨氮、硝態(tài)氮的濃度，同時(shí)調(diào)節(jié)再生水不同的停留時(shí)間，得出與小試相似的結(jié) 論磷濃度及停留時(shí)間是限制藻類生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，當(dāng)磷酸鹽濃度小于lmg/L時(shí)，氨氮濃度 小于細(xì)g/L，硝酸鹽氮濃度小于16mg/L時(shí)，停留時(shí)間大于21天，藻類將死亡，葉綠素也明顯 下降，優(yōu)勢(shì)藻為四角柵藻和小圓藻，與小試試驗(yàn)完全吻合。水深、溫度和硝酸鹽對(duì)再生水補(bǔ) 給景觀水中藻類的生長(zhǎng)及葉綠素影響很小，由于布水比較均勻，方形池子和圓形池子的水 流分別處于完全混合狀態(tài)，池子的形狀對(duì)藻類的生長(zhǎng)也基本沒有影響。在三個(gè)月的調(diào)試中， 每隔21天對(duì)再生水進(jìn)行更換，沒有爆發(fā)大規(guī)模的藻類生長(zhǎng)，水體基本澄清，水體沒有發(fā)生 黑臭腐化而影響環(huán)境。綜上，基于以上研究成果，當(dāng)再生水補(bǔ)給到景觀水體中時(shí)，有效的控制景觀水體中 的磷酸鹽、氨氮、硝態(tài)氮的濃度及再生水的換水周期，可以有效的防止藻類的生長(zhǎng)而不會(huì)造 成景觀水體水質(zhì)惡化。對(duì)再生水補(bǔ)給景觀水體有很好的指導(dǎo)原則及實(shí)際意義。
權(quán)利要求
1.一種用于再生水回用于景觀水體對(duì)葉綠素a和藻密度的控制方法，特別是控制氮 磷濃度和停留時(shí)間以達(dá)到對(duì)藻類生長(zhǎng)的控制方法。將再生水回用于景觀水體時(shí)，控制再 生水磷酸鹽濃度低于lmg/L，氨氮濃度低于％ig/L，硝酸鹽氮濃度低于16mg/L時(shí)，不會(huì)造 成藻類的大量爆發(fā)，是完全可行的；同時(shí)嚴(yán)格控制換水周期(21天)大于藻類的生長(zhǎng)周期 (15-20)，21天后，藻類開始凋亡，葉綠素明顯下降。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度為磷酸鹽濃度低于lmg/L，氨氮濃度低于^ig/ L，硝酸鹽氮濃度低于16mg/L。一般認(rèn)為水中含氮大于0. 2-0. :3mg/L、含磷大于0. 0lmg/L, B0D5大于10mg/L就可能引起富營(yíng)養(yǎng)化，這一標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，目前我國(guó)城市污水處理廠排放 的水質(zhì)經(jīng)過進(jìn)一步的深度處理都很難達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明證實(shí)再生水進(jìn)入景觀水體，氮 磷濃度可以適當(dāng)放寬，并控制換水周期，不會(huì)發(fā)生藻類的大量爆發(fā)和水質(zhì)惡化，具有很強(qiáng)的 現(xiàn)實(shí)可行性。
3.根據(jù)權(quán)利1所要求的換水周期要大于21天，其根據(jù)是再生水補(bǔ)給下景觀水體中優(yōu)勢(shì) 藻為四角柵藻和小圓藻，屬于綠藻，其生長(zhǎng)周期為15-20天。21天后，藻類開始變黃減少直 至凋亡，葉綠素下降明顯，因此也不會(huì)造成水體的水質(zhì)惡化。
全文摘要
一種涉及再生水回用于景觀水體對(duì)葉綠素a和藻密度的控制方法，特別是氮磷濃度和停留時(shí)間對(duì)藻類生長(zhǎng)的控制方法。主要是提出了一種再生水回用于景觀水體時(shí)相對(duì)放寬的氮磷濃度磷酸鹽濃度低于1mg/L，氨氮濃度低于4mg/L，硝酸鹽氮濃度低于16mg/L；并對(duì)換水周期進(jìn)行了規(guī)定，嚴(yán)格控制再生水的換水周期(21天)大于藻類的生長(zhǎng)周期。這種控制方法不會(huì)造成景觀水體中藻類大量爆發(fā)和水質(zhì)惡化，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)可行性。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102079583SQ20091023863
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者馮曉娟, 祝貴兵, 范改娜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心