水生态技术在淮安国家农科园建设中的应用研究

董翔　李静　宋雨贤

摘要：以水生態关键技术为支撑，通过在国家级农业科技园区的研究应用与示范，助力园区打造科技支撑、资源循环利用、村民参与、生态宜居、乡村绿色发展的乡村振兴样板，建设“海绵城”+“海绵田”新型美丽乡村水生态发展模式。特别是先进的污水处理技术在园区水生态保护与水环境优化的研究与应用，构建具备生态自我修复和保育的乡村生产生活模式;采用水循环利用等技术进一步促进渔业、特色农业等园区耗水产业节能绿色循环形成新的发展体系。

关键词：水生态;绿色水产;智能管理;环境保护。

Research on the Application of Water Ecological Technology in the Construction of Huaian National Agricultural Science Park

DONG Xiang LI Jing SONG Yuxian

（Huaian High Technology Institute of Lanzhou University， Huaian， Jiangsu Province， 223100 China）

Abstract：Supported by the key technologies of water ecology， the research， application and demonstration in the state-level agricultural science and technology park will help the park create a rural revitalization model of science and technology support， resource recycling， villager participation， ecological livability and rural green development， and build a new beautiful rural water ecological development model of "sponge city" + "sponge field".Especially the research and application of advanced sewage treatment technology in water ecological protection and water environment optimization in the park， to build a rural production and life model with ecological self-repair and conservation;Water recycling and other technologies will be adopted to further promote energy conservation and green recycling of water-consuming industries such as fishery and characteristic agriculture in parks to form a new development system.

Key Words：Water ecology; Green aquatic; Intelligent management; Environmental protection

1 淮安市国家农业科技园发展现状

淮安国家农业科技园核心区位于马头镇，地处淮河下游、苏中大平原北部腹地，为冲积平原，无山多水，大部分地面海拔在 8-12米之间，年均降水量为 893.5mm，境内水网密布，湖塘星列，生态本底优渥，有淮沐河、二河、京杭大运河、古黄河、张福河等河道横亘。以水为禀赋优势的产业发展是马头镇产业振兴的首要选择，如种植业、渔业是马头镇产业振兴中重要支撑。作为长江经济带和大运河文化带上的重要城市，淮安市坚持生态优先、绿色发展，自觉遵循“共抓大保护、不搞大开发”战略导向，主动策应江淮生态经济区建设，高标准打造江苏绿色发展先行区。

基于大数据、水信息、水智能等相关技术，探索水资源智能管理体系，推动乡村资源信息化、智能化管理;依托三个方面的水生态技术构建“水污染处理+水资源高效利用+水资源智能管理+产业支撑”可复制、可推广的科技示范模式，打造“海绵城”+“海绵田”新型美丽乡村水生态发展样板。

2 相关技术研究

随着科技水平不断提高，社会智能化管理日益受到重视，并在实践运用中不断创新。水资源的管理必然也离不开信息技术的支撑，水生态智能化发展并将成为重要的发展趋势。本研究对水生态技术的探索主要体现在三个方面^[1]。

2.1 水生态治理和保护环境技术方面

生活废水目前主要采用活性污泥系列工艺：吸附-生物降解（AB）工艺、厌氧折流反应器（ABR） 工艺、序批式反应器（SBR）工艺、A/O A²/O脱磷除氮工艺，以及各种氧化（OD）工艺等，但活性污泥生物絮体处理效率低、耐冲击性能不佳，难以适应国家日益严格的排放标准。传统的生物处理工艺在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理性方面已难满足不断提高的要求。

聚氨酯泡沫载体作为一种水处理材料，在废水处理中的应用正受到广泛关注，并且聚氨酯泡沫塑料具有丰富的孔结构，可以为微生物提供较大增殖生长空间，单位体积生物量大，并且还可以通过改变原料组成、配方比例、合成条件等方法制备多功能、不同的硬度、不同比表面积，不同孔径、不同密度、耐化学性以及机械强度良好的泡沫塑料材料，但单一的聚氨酯泡沫用作固定化微生物载体填料时，存在生物相容性和稳定性方面不足。本研究以环境工程高效微生物菌群和生物酶制剂的固定化技术为核心，通过新材料制备和新技术的集成开发，将固定化微生物技术及其组合工艺应用于污水处理实际工程中，开发出高效、稳定、节能及对污染物去除的多功能性的污水处理工艺，将我国污水处理效果提升至世界先进水平^[2]。

2.2 水生态循环水处理技术方面

循环水处理系统是工厂化养鱼的关键设施和技术核心， 循环水处理系统是由功能性滤料+人工湿地+复合菌组成的生态型循环水处理系统。目前大多数人工湿地使用的是石英砂、凹凸棒土等作为人工湿地的材料，存在易于堵塞、难维护、不能稳定运行等缺点。而玻璃轻石内部和表面布有密集的连通孔隙，本身具有良好的吸附和过滤特性，并有一定的絮凝、沉淀和降解水体污染物的能力^[3]。

玻璃轻石处理养殖水的原理：玻璃轻石是较好的微生物菌吸附载体。玻璃轻石表面和内部均有密集的气泡和微孔，玻璃轻石的孔径一般为数微米到5毫米以内，微生物的大小约为0.5-5微米，原生动物约5-250微米，后生动物大小在数毫米以下，通过这些生物共存，形成生物链，可以达到促进水质净化的作用。

玻璃轻石在生态循环水处理中既可用于反滤池的过滤材料，又可用于人工湿地的建设。过滤材料可以用玻璃轻石为主要原料，玻璃轻石作为细菌载体用于养殖水处理的优势：①细菌吸附在玻璃轻石上，易保存，运输方便，易于投放; ②投放于养殖水后，可使细菌附着增值，可减少换水时细菌的流失;③于传统的细菌吸附载体（沸石粉和膨松土粉）相比，玻璃轻石吸附细菌的量更大;④无需粉碎工艺;⑤可设计为150目-50毫米之间各种规格。⑥可加工成不同的颜色。

研究过程中发现，在养殖系统中引进玻璃轻石充当功能性的过滤材料和用玻璃轻石作为基质建立人工湿地具有显著的技术优势。玻璃轻石作为微生物的载体，可保持优势菌群、将微生物吸附在玻璃轻石上，可避免有时水中一些高浓度污染物和有毒物质对微生物的毒害，从而提高系统抗冲击负荷的能力，在处理养殖废水方面具有优势^[4]。

2.3 水生态智能管理技术方面

长期以来，我国乡村水环境保护意识薄弱，水排放随意，进出水质监测缺失，水源污染严重。在乡村振兴建设中水生态智能化管理非常迫切和必要。其中，最根本的和核心的是水质监测的智能化管理。我国水体污染主要以重金属和有机物等为主，水质检测也是以这两个方面为主进行。根据我国国家和环境行业标准，水质检测主要指标包括：重金属（铅、铬、汞、镉、砷、镍等）、化学需氧量（COD）、氨氮、总氮、总磷等。

水生态技术领域研究的运用目前主要集中在江河湖泊流域较大区域范围的运用，而在城市发展建设中也偶有从生态城等视角考虑水生态技术。但是在乡村发展中，着力水生态修复、水生态循环利用、水生态智能化管理的研究和运用还非常少。相比城市和较大水流域而言，乡村有其独特的特征，在我国大力推进乡村振兴战略进程中，乡村水生态技术的研究与创新亟待予以重视。

3 水生态技术研究内容

3.1水生态技术的应用创新

将水污染治理与水循环利用相结合，将生产生活污水利用污水处理先进技术进行达标处理，将处理好的水用于农业生产和生态绿化，甚至可以在适宜区域打造景观。达到水资源充分高效循环利用。

将玻璃轻石（工业废弃物）用于渔业养殖的水过滤净化处理，降低渔业生产成本，同时结合其他湿地、浮岛等建设，构建成本低廉，生态环保，景观优美的渔业宜渔宜游的渔业发展新模式。

通过开发适宜马头镇乡村水质检测监测要求的水质检测监测技术和设备，构建水生态智能管理系统，将水质检测监测贯穿于乡村发展的生产生活全程，把握好水质情况，保驾乡村居民生产生活水安全，呵护周围水域水生态安全。

以乡村为模板，利用水生态相关技术，构建居民生活的“海绵城”，开垦农村居民生产的“海绵田”，打造“海绵城+海绵田”乡村水生态新模式。

3.2 新型生物载体的制备和应用关键技术试验方法与技术

3.2.1新型生物悬浮载体配方与制备技术研究

针对马头镇废水，选择对各种污染物具有强吸附性能的无机吸附剂，对聚氨酯泡沫载体进行复合改性，通过表观密度测定、比表面测定、孔隙率测定、吸水率测定、IR-FT、元素分析、热失重、SEM测定等系统研究复合聚氨酯生物载体的原料筛选、组成、配比等条件对生物载体的关键性能参数，如比表面积、密度、亲疏水性、表面功能等的影响;通过在不同的环境因素条件下：如温度、pH值、污染物浓度、吸附时间等对废水中污染物浓度的监测，评价所制备载体对废水中污染物的吸附性能;通过不同环境下（酸、碱、热）的老化试验，评价载体的物理化学稳定性;利用活性细胞平板计数法、显微镜观察法、比好氧速率测定等方法分析载体上上的生物数量和呼吸活性，评价所制备的系列化复合聚氨酯生物载体对固定化微生物的生物量和活性的影响，优化并确定复合聚氨酯生物载体的最佳配方与工艺技术参数，形成性能良好的生物悬浮载体生产制备的关键技术，在此基础上，进行复合聚氨酯生物载体的中试放大试验，为其工业化生产提供基础参数^[6]。

3.2.2新型生物載体的应用技术研究

以最优配方的复合聚氨酯泡沫载体为悬浮生物载体，构建新型污水处理移动床反应器，通过对反应器进出水水质分析监测，详细研究复合聚氨酯生物载体生物移动床工艺参数如：水力停留时间、温度、pH值、污染物浓度、溶解氧、载体填充率、反应器的容积负荷以及反应器内部构造等对有机物去除、硝化或反硝化等的影响，获得最佳工艺条件。在此基础上，进行400m³/d的实际废水中试试验，进行水力停留时间、容积负荷等工艺参数及相应的数学模型研究，确定该工艺参数，期间利用16SrDNA扩增-变性梯度凝胶电泳（DGGE）、荧光原位杂交（FISH）等分子生态学方法，定期对复合聚氨酯生物载体生物移动床中的生物膜进行监测，详细分析生物膜上的微生物生态系统的群落结构变化，通过聚类分析等分析方法，了解在不同水质条件下，微生物的种群结构和生态学变化规律，为复合聚氨酯生物载体生物移动床在工程应用中的提供理论指导。

3.2.3 新型生物载体的生产与应用技术的工程示范

在新型生物悬浮载体配方与制备技术中试研究基础上，研究开发新型复合聚氨酯生物载体的规模化生产技术与设备，，通过优化工艺参数，获得新型复合聚氨酯生物载体生产最佳工艺条件，建立2000m³新型复合聚氨酯生物载体能力的生产线;建立新型复合聚氨酯生物载体产品的企业标准，进行新型复合聚氨酯生物载体的技术经济性能评估。

在复合聚氨酯生物载体生物移动床中试的基础上，进行2000m³/d的以上污水处理工程的设计、建设、调试及及运行考核。通过在线测试获取装置运行数据，考察工程的运行的可靠性，解决装置运行过程中出现的问题、优化装置运行的工程参数，并进行运行成本核算与分析，确立可靠的污水处理技术参数。最终形成的新型复合聚氨酯为载体的生物移动床工艺。与此同时，复合聚氨酯生物载体生物移动床现场实际废水中试处理的基础上，进行新型复合聚氨酯生物载体的工程应用研究，建立污水处理示范工程，提出以新型复合聚氨酯为载体的生物移动床工艺设计原则与技术规程，完成污水处理工艺设计工具包。

参考文献

周洪玉;循环水养殖系统生物滴滤池载体筛选及水处理效果研究[D];东北林业大学;2017.

袁梦.水生态建设项目施工方法及技术分析[J].四川建材，2020，46（09）：95-96.

郝建春.废玻璃变轻石打造绿色“海绵”工程新资材[J].中国新技术新产品，2016（03）：145-146

沈加正;海水循环水养殖系统中生物膜生长调控与水体循环优化研究[D];浙江大学，2016.

[5]尚新华.水生态保护与修复规划关键技术[J].农业科技与信息，2020（13）：43+48.

[6]蒋建斌，周建楼.池塘循环水生态化综合养殖技术[J].科学养鱼，2020（06）：15-17.