城市河道水质改善与生态修复技术研究——以海口市美兰区污水处理PPP项目为例

于光军

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000)

0 引 言

城市河道水质改善的中心环节及任务核心就是在保证生态平衡，以科学有效的方式进行系统的、有组织的、科学的污水处理。常见的污水出处主要为居民生活用水，工厂废水排放等，而同样，在处理污水方面，大多为简单的物理沉淀法及基础的化学污水处理法，无法从自然、环保、绿色的生态角度满足当下的环保需求，因此需要采取物理沉降术为代表的物理法、利用化学反应来自然分解反应的化学法、后期高效生态技术修复法三方面进行系统阐述。

1 对物理沉降术、化学反应术为代表的物理法、化学法的先前系统使用的弊端罗列

1.1 物理降解的不合理性

由于物理降解针对的群体多样化且针对的群体的限制不多，但过滤的杂物只限于颗粒大的污染物，但现在的污染物基本以小颗粒物或无形态的污染物居多，普通的物理沉降法显然不可满足该种污染物的过滤功效，在面对此类污染物时“形同虚设”无法正常进行有效的物理沉降，即耗费了时间经历又收效甚微，得不偿失。

1.2 传统化学改善方式的后续污染性问题

在部分地区，尤其时海南省海口市美兰市在前期的利用化学方式讲解污染物或者利用化学反应改善城市河道水质时，通常采用的化学反应方式会造成在反应后期产生不必要的自身化学反应所带来的气体污染或者是再生物污染，例如产生二氧化碳、二氧化硫等污染性气体，加重该地的污染[1]。

1.3 物理法、化学法两者结合的双重污染性

由于物理法的物体大小局限性、化学反应所带来的气体及再生废弃物的污染，两者结合采用在短时间内的确可以提升其净化及改善河水的功能，提升效能，但以长远角度看，却不符合当下绿色、健康、共享、美丽的生态环保的呼唤性。

2 如何有效地采用物理沉降术为代表的物理法、利用化学反应来自然分解反应的化学法、后期高效生态技术修复法进行城市河道水质改善

2.1 在单一物理生态修复法的基础上融入生物法

针对部分地区目前存在的城市河道水质改善方式中单一的物理传统改善方式——沉淀(重力分离)——利用污染物的重力不同，污水中原本存在的固体物质在重力作用下自然的沉降到在该河道下部的收集仓内；截流筛选法—采取过滤机器进行对污染物的改善；气浮上浮法——借助一些密度接近于水的污染物，通过向该污染流域注入空气的方式完成沉降。但以上三种传统的沉降法过于单一且收效及针对的群体是比较的具有针对性，所以要结合现代的新式物理生态修复法让三者传统的物理法可以更好的进行、发挥其应有的功效，及时改进其不完善的方案。目前在生态修复过程中，部分地区技术人员广泛使用生物法中的生物毡来进行环境修复，而所谓的生物毡实际上是一种结构多孔、密度较大的物质，其能够给河道中的微生物提供适宜的栖息地，从而促进微生物的繁殖和生存，所以应该建立健全海口市美兰市河道生物毡铺设规范，结合实际的河道情况，对于生物毡铺设的方案进行有效的确定。在具体的铺设过程中，技术人员应该根据现场出现的情况进行方案的灵活调整，促进河道生物毡生态作用的稳定发挥。在另一方面，可以采取曝气的方式进行河道中含氧量的增加，曝气指的是通过有效的手段，将空气中所含有的氧强制性的转移至液体中，从而实现液体含氧量的有效增加。对此，海口市美兰市应该针对当地河道治理的实际情况，建立健全河道曝气的规范流程，在一定程度上提高河道内的水质含氧量，从而为微生物的繁殖提供足够的氧气。同时还可以采取种植人工水草的方式，通过水草的光合作用，提高河道中水质的含氧量，提高微生物的数量，充分发挥微生物在河道水质改善方面的生态作用[2]。

例如以海南省海口市美兰市的现代城市河道污水处理PPP项目为例，该地在进行污水处理方案上，保留了传统的物理方式，将效能发挥到最高：

1)采用物理沉降法、气浮上浮法、截留筛选法的步骤依次进行，具体操作如下：首先，在该城市(海南省海口市美兰市)的城市河道内下层铺设废物收集的不渗水的特殊材料的收集装置，用来收集沉降后的污染物，其次，环保局及污水处理局建立相对的物理沉降小组，采取一一对应的模式及专业对口的形式，下设三个同样等级的小组：一个领导班子(3人，参与整体的统筹规划及时间、工程量安排的活动)三个专业小组(六人，每组两人，负责物理沉降法、气浮上浮法、截留的专业技术指导，及技术设计的后续操作、经验总结)若干施工小分队(选取经验充足的担任施工队长，采用一老带一新的施工策略，保证在未来今年新生代可以渐渐独当一面。

2)在第一步的物理沉降的过程中，还需要另派遣负责收集的同志，确保在物理沉降环节，污染物可以准确的落到收集袋中，防止二次污染，此时环保局可以采取：分段管理的方式即：3人负责10m的水域，将河段分成多个流域，完成基础的沉降及收集活动，两人负责技术探测，一人负责基础的技术后期检验，依次形成一个完备的技术网络。

3)在气浮上浮中，对与水密度接近物质的选择中要保证其自身在水中不溶于水且不与水发生化学反应，产生其他的污染物，因此，可以采取PPP中’3+3+1”的形式实现正确的物理高效环保水质改善。第一个“3”是指要至少选出三种与水密度接近的合适的物质(不溶于水且不与水发生反应)，然后交给相关质监局的负责检验的工作人员，通过大量实验数据的结果的方式来进行“优中取优”选取其中的一项，第二个“3”是指，三个实践行动小组，分别负责，前期调研与实践、中期投入城市河水水质改善的过程，后期投入到质量检测与反馈中。形成一条完整的关系链条。

4)在最为关键的截流筛选法中，主要分为以下3个方面：①污水处理项目PPP(海南省海口市美兰市的应用)是针对不同的气候、地形、当地的社会生活状态所进行不同调整的项目，以海南省海口市美兰市的气候来讲，属于亚热带气候，湿热多雨，所以其城市河道水的积攒的水量总数会随着湿雨季而提高其污水处理的难度，因此，如何赶在湿雨季题前做好相应的污水处理，需要从政府部门到施工处的齐心协力努力：②政府在统筹兼顾的同时要联合气象部门、水利部门施工部门一起做好前期的调研，气象部门一定要依靠现代有力的数字图像技术及时的对天气状况作出预判，赶在湿雨季到来前做好准备工作；水利部门则需要根据气象部门的数字判断，来做好相应的计划(例如3月15号为湿雨季的开始，今天为3月1日，水利局需要将这14d的工作量及进度作出系统的规划，例如，第一天，哪个部门负责哪个位置，预计合适完成，如果碰上阴雨等不良天气需要怎么办)。而施工部门则需要根据气象部门及水利部门所发布的指令，保质保量的完成，依次保证在此次湿雨季到来前可以保质保量的完成此地(海南省海南市美兰区)城市河道的水质改善的问题。③在城市河道水质改善规划实施的方面，以铺设生物毡为例，首先在选购生物毡时，应该对于商家的销售资质进行确认，在保证质量的前提下，预先选购一条生物毡样本进行实验，即在所要改善水质的河道内进行预铺设，根据河道水质的密度和淤泥分布情况，进行生物毡铺设效果的检验，如果所选生物毡能够正常的沉入河道深度2/3处，那么则证明生物毡的种类符合要求。在生物毡的铺设方面，应该选择河道内水生植物较为丰富的位置，因为此处众多水生植物光合作用产生的氧气较多，水中所含有的氧气量较多，能够促进微生物的呼吸作用，并且在水生植物死亡后会被分解者分解产生无机物，有利于微生物的营养供应。所以在水生植物聚集区微生物的数量较多，将生物毡放置在此处，能够使得足够多的微生物进行生物毡的利用，为其提供更加适宜的生存环境，有利于促进河道水质的有效改善。在对于河道进行曝气的方面，以机械曝气为例，应该借助叶片、叶轮等机械设备，对于部分河道进行水质的强制性运动，使得深层次的河道水能够不断与空气进行接触，从而使得大气中的氧进入河道水中，提高河道中氧的含量，促进微生物的生存和繁殖，提高水质改善的效果。气浮上浮法原理见图1。

图1 气浮上浮法原理

2.2 加强化学方式改善水质的效能及降低其污染

随着现代化学化工及材料工程的蓬勃发展一些依靠化学兴起的产业蓬勃发展，在社会发展中起着中流砥柱的作用，同样，应对城市河道水质改善问题，利用化学反应的方式，将改善水质的效能提高，在降低原有的基础污染的情况下，还可以借助新反应产生一些新物质帮助改善水质，保证水质，一举两得，实现共赢。其次，按照传统的化学方式来讲，许多的化学反应通常会带有一些不良的物质，例如，产生像二氧化碳、二氧化硫等的碳的氧化物及硫化物等，或者是产生一些新的不溶于水的小分子的污染物，不仅没起到基础的防空处理效果，还增加了其负担，得不偿失，因此，需要改进传统的化学方式利用化学反应得到有用的物质，尽早的利用混凝法、酸碱中和法、氧化还原法、电解法、吸附法、化学反应沉淀法处理该地区的河道水质问题，逐步向美丽中国的目标迈进，还给人民大众一个绿水青山，让更多的子孙后代造福于此。

例如以海南省海口市美兰区的城市河道水质改善的化学方法为例，通常分为以下几种形式：混凝法、酸碱中和法、氧化还原法、电解法、吸附法、化学反应沉淀法等多种形式进行。

1)以酸碱中和法为例，城市河道水因为生活用水的原因，大多是排放出酸性物质为主(厨余垃圾等)，而因为当地以老旧小区为主，在对当地的城市河道水质的影响较大，根据2018年的数据显示，当地的居民用户所排放的废弃垃圾占污水处理总数额的54%，占绝大多数，且其中最多的是酸性物质。在化学反应中可以充分利用酸碱中和的方式来有效的进行水质改善具体方法如下：①监管局利用先进的仪器检测该流域的水质问题，酸性物质所占比例的多少，②化学管理所需要按照所提供的有效数据进行科学的对比，计算出所搭配碱性物质的多少，然后取少量的比例酸性、碱性物质进行科学的比对与多次实验然后通过实验组成员的检测结果，给施工人员投入，利用酸碱中和的原理改善当地酸性过度的情况。而针对氧化还原反应是考虑到在污水中有呈溶解状态的有机物与无机物，此时可利用常见的氧化还原反应进行处理，投入足量的氧化剂(纯氧、臭氧)、还原剂(铁、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁)。首先，实验组要模拟投入流域的环境，从气候到实际日常投入量等变量都要一一模拟完备。

2)派遣专门的实地勘测人员，深入到当地，考虑氧化剂、还原剂的选择种类，看看是否符合当地的流域情况。

3)在投入环节，因为是化学反应，其材料用量需要进行严格的实际控制及用量报备，当地政府需要积极配合，各施工队要按照PPP中’3+3+1”的形式实现正确的物理高效环保水质改善，切勿不科学、不规律的进行基础的化学物质的投放。在前期的调研及中期的投放中，施工队及专家领导小组要积极总结每次实验结果所反映出来的得失情况，是否可以在合适的环节，增加或减少氧化剂、还原剂的使用以实现最高效能的城市河道水质的改善问题，帮助海南省海口市美兰市的水质改善。以电解法为例，在起先的专家组讨论环节要派实验组亲自前往实验改进地提取废水，然后以会议实验直播的形式，现场做实验—在所取当地(海南省海口市美兰市)废水中插入电极并通过电流，看在另一端的阴极板上是否会接到电子，阳极上是否会产生氧气，其搭配所使用的量是多少，最科学的比例是多少，是否在完整的过程中产生还原反应。其次，在中期的投入中，当地(海南省海口市美兰市)的居民生活用水的水系是否因为该化学反应—电解法，产生一些不必要的影响，要及时进行民意沟通，以确保当地城市河道水质的改善的顺利进行。电解废水实验示意图见图2。

图2 电解废水实验示意图

2.3 加强后期高效生态技术新型修复法(生物法)的使用

海口市水体中的含盐量较高，这不利于各种水生植物的生长，所以生态修复人员应当使用物理法、化学法以及生物法等进行污水处理以及环境修复。而在对现有的几种常见的城市河道水质的治理改善方式进行系统的对比过后发现，以生物法著称的高效生态技术新型修复法(生物膜法、氧化沟、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化)更适合当下的海南省海口市美兰市的污水处理PPP项目的实质性进展，更加能够满足当下绿色、环保的理念及对居民的生活影响较之前的传统的物理、化学方式对其影响更小，所以城市河道水质改善与生态环境修复中，技术人员应当加强生物法的运用。

首先以生物膜法为例可按照以下步骤进行。 ①在该城市河道水中铺设固体填料，其铺设方式遵循河流的流向做递减的“坡度”搭配。②生物膜以泥垢状分布，多有机物，以便于吸附力强的净化物质繁衍生长。③环境水域监管局要定期进行生物膜质量检测及时进行系统的调整政策。同时，在投放微生物的方面，考虑到海口市美兰市河道水质的实际情况，应该选择包括红菌在内的多种组合菌进行投放，主要用于分解水中的污染物。研究发现，红菌能够很好地吞噬污水中的氨氮污染物，并且在其去污过程中不产生污泥，也不产生二氧化碳，并能够节省60%的电能消耗，大大地降低了治污成本，是一种绝佳的改善水质的微生物。在红菌的投放过程中，其具体做法是，通过截污减源使河道水体的氧化还原电位差从-200--300提高到接近0左右，再投入清源公司培养的包括光合红菌在内的微生物，能够有效提高光合红菌的生存和繁殖能力，增强河道水质的生物改善效果。生物膜法原理见图3。

图3 生物膜法原理

3 总 结

现代城市河道水质改善对整个社会的发展进步起着十分重要的作用，以海南省海口市美兰区的污水处理的方案为例，整个系统的发展必须以可持续、绿色、环保为主要目标，采取物理沉降术为代表的物理法、利用化学反应来自然分解反应的化学法、后期高效生态技术修复法三个方面进行系统的修复管理，以确保海南省海口市美兰区的污水处理可以尽早的实现系统化。