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(duì)城市河道黑臭水體進(jìn)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(jì)建設(shè)得到了飛速發(fā)展。但對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的盲目追求，一度使我國的自然資源深度開采，同時(shí)也忽視了失衡發(fā)展對(duì)環(huán)境造成的巨大污染。目前我國的環(huán)境污染已嚴(yán)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(biāo)。提倡綠色、環(huán)保的發(fā)展理念，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是目前經(jīng)濟(jì)建設(shè)必須注重的頭等大事。

有目共睹的是，上世紀(jì)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(jià)的時(shí)候。全國各地在嚴(yán)厲打擊亂排亂放的同時(shí)，都加強(qiáng)了對(duì)污染河道的治理，以恢復(fù)水清草綠的面貌。當(dāng)前，對(duì)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(yán)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(xué)/生物轉(zhuǎn)化機(jī)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(xué)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)前期底泥污染物快速釋放，使得上覆水體中的各項(xiàng)污染物指標(biāo)上升；隨著水體中DO濃度的增加；硝化細(xì)菌、嗜磷菌等好氧細(xì)菌的活性增強(qiáng)，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(qiáng)化PAC混凝工藝處理溫瑞塘河黑臭水體，預(yù)氧化時(shí)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(gè)月的生物酶治理，整個(gè)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(biāo)接近III~IV地表水標(biāo)準(zhǔn)。其原因是造成水體黑臭的有機(jī)物和無機(jī)還原性物質(zhì)都被降解和氧化，水體中耗氧有機(jī)物和還原性物質(zhì)減少，減輕水體溶氧負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)水體反應(yīng)的良性循環(huán)，從而達(dá)到消除黑臭的目的。

進(jìn)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(jī)污染物和Ｎ、Ｐ營養(yǎng)鹽等污染物。當(dāng)外來污染源得到改善，上覆水體水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)時(shí)，底泥中污染物質(zhì)會(huì)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(fēng)渠因兩年未清淤導(dǎo)致水面上綠藻泛濫嚴(yán)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(dòng)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(jìn)行堆放和處置。該技術(shù)工程量巨大且花費(fèi)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(jià)，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(kuò)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(jìn)入水體，對(duì)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(dòng)力較強(qiáng)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(dòng)，對(duì)水體中的污染物進(jìn)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(jià)相對(duì)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(xué)修復(fù)技術(shù)：原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)是向受污染的水體中投放多種化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)消除底泥中的污染物或改變?cè)形廴疚锏男誀?，為后續(xù)微生物降解作用提供有利條件。這種方法費(fèi)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(hù)岸、筑壩、搞人造景觀等“三板斧”，目標(biāo)往往與水質(zhì)改善虛掛；不少治理項(xiàng)目采取“河道加蓋”、“建設(shè)閘壩”、“三面光”等過多的“強(qiáng)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(shí)。缺乏“水環(huán)境問題分析、方案目標(biāo)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(xiàng)目之間缺少關(guān)聯(lián)性、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容不能有效支撐項(xiàng)目目標(biāo)等問題。目前國內(nèi)許多河流湖泊的污染程度都比較嚴(yán)重，污染物種類復(fù)雜，在實(shí)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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)城市河道黑臭水體嚴(yán)重的現(xiàn)狀，以湛河平頂山市西楊村河段污染水為研究對(duì)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(lì)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(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(jī)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(dú)投加鐵粉對(duì)黑臭水的氨氮、磷酸鹽、COD的去除率分別為25％、27.15％、18.17％；單獨(dú)投加錳砂對(duì)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(dú)投加鐵粉和錳砂對(duì)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(shí)現(xiàn)過程如下：1）順?biāo)鞣较颍来卧O(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(duì)依次通過含錳砂墻、含鐵粉墻或其組合處理后的黑臭水，進(jìn)行曝氣處理。

一種實(shí)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?biāo)鞣较虻那?、后兩個(gè)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(shí)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(jià)，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(huì)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(biāo)。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(huì)對(duì)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(duì)鐵粉和錳砂處理工藝順序進(jìn)行優(yōu)化：（1）選用鐵粉-錳砂耦合工藝，其對(duì)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(dòng)揚(yáng)水曝氣耦合鐵粉-錳砂試驗(yàn)提高了黑臭水的凈化速率，其對(duì)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(qiáng)化黑臭水體中有機(jī)物的礦化，太陽能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)水曝氣耦合鐵粉-錳砂試驗(yàn)處理后的黑臭水水質(zhì)指標(biāo)有很大改善,說明該工藝對(duì)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(biāo)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(shí)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(hù)岸、筑壩、搞人造景觀等“三板斧”，目標(biāo)往往與水質(zhì)改善虛掛；不少治理項(xiàng)目采取“河道加蓋”、“建設(shè)閘壩”、“三面光”等過多的“強(qiáng)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(shí)。本發(fā)明通過水環(huán)境問題分析→方案目標(biāo)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(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容有力支撐項(xiàng)目目標(biāo)。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(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)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(shí)現(xiàn)過程如下：

1）順?biāo)鞣较?，依次設(shè)置含錳砂墻2、含鐵粉墻3；

2）對(duì)依次通過含錳砂墻、含鐵粉墻或其組合處理后的黑臭水，進(jìn)行曝氣處理。

實(shí)施例2

參見圖1、圖2，本實(shí)施例的城市河道黑臭水體治理方法，與實(shí)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(jī)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(shí)根據(jù)水中污染物的形態(tài)變化，及時(shí)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?biāo)鞣较虻那啊⒑髢蓚€(gè)面或前、后、左、右四個(gè)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(shí)施例3

本實(shí)施例的城市河道黑臭水體治理方法，與實(shí)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(shí)施例4

參見圖3、圖4，本實(shí)施例公開了一種實(shí)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?dú)んw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(shí)施例5

本實(shí)施例含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，與實(shí)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?biāo)鞣较虻那啊⒑髢蓚€(gè)面或四個(gè)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(shí)施例6

參見圖3、圖4，本實(shí)施例的含鐵粉墻或含錳砂墻結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例4或?qū)嵤├?進(jìn)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(biāo)號(hào)9為沙袋。沙袋9的作用是彌補(bǔ)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(dòng)，也為汛期疏浚河道時(shí)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(dòng)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(yáng)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(yáng)水曝氣的多個(gè)電機(jī)布置在水面以下5-30cm的不同深度，電機(jī)的平面布置按一定規(guī)律，保證河道寬度方向上都能揚(yáng)水曝氣。圖1、圖2中，標(biāo)號(hào)5為太陽能電池板，標(biāo)號(hào)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(duì)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(qiáng)氧化性、鐵粉的強(qiáng)還原性對(duì)造成水體黑臭的有機(jī)物和無機(jī)還原性物質(zhì)進(jìn)行降解和氧化，水體中耗氧有機(jī)物和還原性物質(zhì)減少，減輕水體溶氧負(fù)荷，實(shí)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(dá)到最終消除黑臭的目的。