【摘 要】
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城市河湖位于人、水交互作用强烈的区域,构成了城市生态环境系统,更与城市的发展建设紧密相连,因此历来是城市水环境污染的“重灾区”。2015年以来,我国城市黑臭水体问题日益严峻,开始受到国家的重视,并在各地开展了黑臭水体整治行动。研究员们针对城市黑臭水体的治理措施进行了各种尝试与研究,目前单一的修复技术存在着适应性窄、治理效果不足、不能满足实际工程需要的问题,而体外治理措施成本太高、体量不足、需要额外
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城市河湖位于人、水交互作用强烈的区域,构成了城市生态环境系统,更与城市的发展建设紧密相连,因此历来是城市水环境污染的“重灾区”。2015年以来,我国城市黑臭水体问题日益严峻,开始受到国家的重视,并在各地开展了黑臭水体整治行动。研究员们针对城市黑臭水体的治理措施进行了各种尝试与研究,目前单一的修复技术存在着适应性窄、治理效果不足、不能满足实际工程需要的问题,而体外治理措施成本太高、体量不足、需要额外占地,因此具有不额外占地、投资能耗低、净化效果好、适应性广、操作方便、处理过程与自然系统能保持相融性等显著优点的组合式原位修复技术成为了国内外研究、应用的热点。组合式一体化原位修复技术及其装置能够根据水质特点灵活组合有针对性的修复技术,形成优势互补,协同增效,大幅提高单一处理技术的效果,正逐渐成为城市黑臭水体治理技术的重要发展方向。论文将人工强化曝气充氧技术与固定化生物膜技术相结合,设计研发了一套组合式一体化黑臭水体原位净化处理设备——沉载式固化生物膜复氧净化装置。该设备经设计、制作、组装后,首先对设备进行了启动与试运行调试。在此过程中,通过监测设备运行过程中进出水及沿程各个反应区的水体水质,探究装置的净化效果及内部净化过程,同时为后续设备改良优化提供数据支撑。随后选取重庆大学民主湖污染严重的滞水区为对象水体进行了中试试验研究,监测并分析了处理设备对主要水质污染物的去除效果和处理能力;并以透明度为评价水体黑臭的特征指标,对民主湖的透明度与其他环境因子之间的相互关系进行了相关性分析,揭示了民主湖水体透明度的主要影响因素和改善方向,为后续装置针对不同水质的改良应用提供依据。论文主要得到以下结论:（1）设备在试运行阶段对水体CODCr（8.4 mg/L）、氨氮（12 mg/L）、亚硝态氮（1.0 mg/L）和硝态氮（22.1 mg/L）分别实现了77.1%、90.8%、93.3%、和73.8%的去除率,反应器出水DO上升到原来的5倍,p H稳定在在8.0～8.4,出水浊度较进水明显降低。（2）装置缺氧区和好氧区对CODCr均有去除,好氧区硝化菌的硝化作用是NH3-N、NO2-N的主要去除途径,NO3-N则主要由缺氧区的反硝化细菌进行反硝化反应实现去除,而好氧区生物膜内部形成DO梯度出现了同步硝化反硝化作用,NO3-N的去除由于曝气推流作用有限而略有延迟。（3）利用本装置对民主湖水体净化105天后,水体水质明显提升,氨氮浓度由34.1 mg/L降低到8 mg/L以下,达到了黑臭水体的治理要求;水体CODCr浓度由84.3 mg/L降低至14 mg/L,达到《地表水环境质量标准》的Ⅲ类水水质标准;经过治理,民主湖水体透明度和溶解氧明显上升,以装置为中心25 m半径范围内可分别升到原来的1.3倍（1.06 m）和3.5倍（3.2 mg/L）以上,达到了黑臭水体的治理要求;以叶绿素a值为基础的藻类现存量指标实现了97%（5.5μg/L）的降解率,脱离富营养化状态。（4）民主湖水体透明度受多个环境因素的共同影响,皮尔逊相关性与多元逐步回归分析显示,在P值小于0.01的情况下,叶绿素a、溶解性无机氮和溶解氧是民主湖水体透明度的主要影响因子,沉载式固化生物膜复氧净化装置通过曝气充氧辅助和人工强化微生物作用,得到了良好的脱氮效果,对民主湖溶解氧的提升和藻类生长的控制起到了有效的改善作用,后续装置的优化依然着眼于这三个方面,对人工曝气的充氧效率、表现优良的挂膜填料及装置制造运行成本的控制等进行优化提升。（5）沉载式固化生物膜复氧净化原位处理装置单台设备对黑臭水体的处理能力约为1000 m~3/d/台,可根据水体水量于不同点位设置多台处理装置,灵活安装,快速、有针对性地实现水污染的治理修复,强化角落位置的水力循环作用,避免形成局部黑臭,同时可与其他表面水体处理技术相结合,实现近期效果与远期稳定兼顾。
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