某下游河段水质提标可行性Word文档格式.docx
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2.3.2.1用量及价格比较20
2.3.2.2污水净化效果与去除成本比较20
2.3.2.3新型生态碳纤维工程应用案例22
2.3.2.4生物纤维草应用案例24
第三章工程设计基础26
3.1设计目的及要求26
3.2设计依据及原则26
3.3设计范围27
3.4工程规模27
3.5工程地点27
第四章工程方案设计27
4.1工程建设总体方案27
4.2水闸下游生物接触降解工艺设计27
4.2.1填料的设计和制作（适用于4.3）27
4.2.2填料的安装28
4.2.3考察指标及方法29
4.3水闸上游新型生态碳纤维浮岛工艺设计29
4.3.1工艺流程及说明29
4.3.2考察指标及方法32
？
4.4工程投资估算32
4.5工程工期33
4.6施工部署与管理34
4.7工程建设方案说明与备用建议34
第五章工程运行养护流程及水质检测方法35
5.1工程运行与养护35
5.2工程水质检测项目和方法35
第六章工程设计单位研究基础与工作条件37
6.1北京市水处理环保材料工程技术研究中心37
6.2环境科学与工程技术中心38
第七章项目工程方案可行性分析39
7.1技术可行性分析39
7.1.1碳纤维生物接触降解应用实例39
7.1.2新型碳纤维浮岛工艺技术优越性分析39
7.2环境可行性分析40
7.3经济可行性分析41
7.4资源可行性分析41
附一：
新型生态碳纤维及生物纤维草应用案例报告44
第一章概况
1.1XX河概况
1.1.1XX河
XX河源于XX区后泥洼村，流经XX区、大兴区、通州区，于榆林庄闸上游汇入北运河，是北运河的一条主要支流。
全长58公里，流域面积629．7平方公里。
有草桥河、马草河、马草沟、大羊坊沟、萧太后河等支流。
50年代中期拓宽治理后，河道上建有大红门、马驹桥、新河、张家湾4座拦河闸，可蓄水400多万立方米，灌溉农田20多万亩。
XX河水系干流发源于石景山区，源头是首钢污水处理场的退水口（出水口），流经海淀、宣武、XX、大兴、朝阳、北京市经济技术开发区、通州等区县，在通州区榆林庄闸上游汇入北运河，全长约68公里。
XX河水系总流域面积605.7平方公里，玉泉路石槽桥以上称人民渠，石槽桥至莲花池暗涵出口称新开渠，莲花池暗涵出口至万泉寺铁路桥称莲花河，万泉寺铁路桥以下称XX河。
XX河曾在北京城的建城史上占据着重要的地位，这条古称洗马沟、桑乾水、莲花河的河道，曾经是辽金两朝最重要的城市供水河道。
它同时还将水体引入城内，依靠它，城内修建了同乐园和鱼藻池，并成为皇城中水体景观的中心。
图1.1XX河（南顶村段）
XX河是北京南城地区的一条主要大河，同时又是一条多年用于排污的河道。
由于经首钢污水处理厂处理的水，大部分被首钢再利用，因此从污水厂退水口出的水量已经很少。
由于XX河支流收纳的污水全部流入干流，干流又继续接纳污水，才形成了河道四季有水的景象。
当然，这也是XX河长期臭气熏天的原因。
北京市从1990年开始进行污水治理，目前流经城区的主要排污大河只剩XX河一条。
1.1.2XX河的污染治理现状
XX河是北京市城南地区重要的行洪排水河道。
2004年至2005年，XX河西四环至大兴旧宫段进行了治理，对河道进行疏挖拓宽，以满足流域内排洪需要，并实施污水截流，还清河道，同时结合两岸实际情况进行了绿化和滨河路修整。
XX河水环境得到了初步改善。
近来，XX河下游旧宫段出现特大排污口，臭味熏人。
调查发现，XX河的下游马驹桥河段污染更为严重。
6月22日，民间环保组织达尔问环境研究所调查取样，证明水质污染严重。
据悉，亦庄及马驹桥地区地下排污主管线已建好，等待支线完善后，便可将污水转接入亦庄污水处理厂，同时还在筹建其他污水处理厂。
XX河人工湿地
XX河人工湿地位于北京经济技术开发区XX河的南岸，占地面积约为2.6hm2。
通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物同化分解和植物吸收等途径去除河水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等，来实现对XX河的高效净化，同时促进绿色植物的生长并使其增产，实现废水的资源化。
XX河人工湿地项目采用表流型人工湿地和潜流型人工两种湿地类型来净化河道水质。
根据开发区环保局对地表水监测结果分析，水质常年为劣V类的水体经过人工湿地处理后，通过现场对人工湿地出水水样取样检测，已经得出如下结论：
经湿地净化后出水达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的地表水V类水质标准。
自然环境的改善，提高了亦庄开发区招商软环境，提升已经入区的企业的满意度，加快两区融合，有非常明显的推动作用。
但是不断加重的生活污染和工业废水排放，很快超过了XX河人工湿地的有效负荷。
市水务局监测数据显示，从2011年底开始，XX河水质出现恶化反弹，重新变为劣V类，并且一直得不到有效改善。
治理之后好景不长
近10年来，政府致力于整治该河环境，该河上游治理效果明显，下游问题仍有待解决。
旧宫地附近XX河问题很严重。
经政府治理后，扩宽了河道，清理了淤泥，绿化了两岸河堤，大大小小不少的排污口也都被封住了。
但不知什么时候，河两岸本来用于流雨水的出水口开始排污水进河道。
附近排污口宽有2米，高约1米，一直有灰褐色的污水不间断地流进XX河。
排污口附近有一条明显的分界线，河水原本的颜色和被污染的水有明显差别，此处臭味扑鼻，与岸边绿化植被极不协调。
顺着此处排污口向上游走约2千米，我们又发现大小不一的5个排污口。
再往上游，河水渐变清澈。
没有污水排入前，河里还有小鱼游动，每天在河边散步是件享受事，可现在臭味都飘进附近居民的家了。
马驹桥段污染更重
过了旧宫桥向下游走去，仍可看见数处排污口，排污量不大。
行车11公里，来到马驹桥段。
该地区为城乡接合部，马驹桥北侧是大兴地界，南侧则是通州地界，河两岸可见堆积的生活垃圾和建筑垃圾。
河边浓烈刺鼻的臭味迎面扑来。
向桥下望去，闸门正在放水，河水呈黄褐色，还有大量泡沫，马驹桥东西两侧各有一处排污口。
河水污染指数超标
6月21日，民间环保组织——达尔问环境研究所工作人员前往旧宫河段调查采样。
研究员邵先生和张先生沿XX河旧宫段河岸向上游行走约半小时，目测了5处排污口。
6月22日，达尔问环境研究所给出检测数据表明，旧宫段最大的排污口所排放的确实是生活污水，氨氮及COD指数均有超标现象。
污水会引起水中生物丧失平衡、抽搐甚至死亡等现象，XX河最终流入北运河，如果有居民长期饮用，会有致病风险。
生活污水排入河道
大兴区环保局工作人员表示，旧宫段有污水进入XX河的主要原因是，长乐街以东一直到XX河河边的居民区，没有进行完全截污的工作，一小部分污水进入小红门污水处理厂，一部分污水由于市政管网不完善，只能从最大的排污口排入XX河。
该排污口以前是条名叫小龙河的污水河，经改造后，被铺设在地下，现在成为主要排污通道。
至于其他几个小的排污口，也都是生活污水。
污水厂太少不够用
北京市水务局主管XX河，市水务局热线工作人员称，已经联合包括XX河管理处、大兴水务局以及亦庄水务局在内的多家单位共同协商处理。
对于下游马驹桥段排污严重的问题，工作人员称，主要措施有结合排水集团做截污处理，从根本上断截污水的来源，其次是定期喷洒生物试剂，分解河内有机物以解除异味。
市水务局工程处负责人说，马驹桥段属于城乡接合部，基础设施建设追不上人口增长速度，所以才出现大量污水无处可排的局面。
“以前有1个污水处理厂够用，现在居住人口太多，已经超负荷了。
”市政府已经在实施预案，亦庄及马驹桥地区地下的排污主管线早已建好，等待支线完善后，便可将污水转接入亦庄污水处理厂，同时还在筹建其他污水处理厂，届时XX河会彻底清澈起来。
1.1.3XX河水质现状
通过查阅北京市水务局公布的北京市河流水质信息得知，XX河从今年2月分以来，一直是劣V类水质，查询截图如下：
图1.2XX河水质
而通过现场采样检测，结果也为劣V类，监测结果如下：
表1.1A闸下游监测断面河水水质
指标
COD
氨氮
浓度（mg/L）
70
14
1.2河道水质提标背景
1.2.1河道综合治理在城市建设中的意义
从古至今人们就有着十分浓厚的“水情结”，喜欢滨水而栖，逐水而居，所以水环境是人类文明、生态文明的一面镜子。
对都市居民而言，特别希望拥有一个美好的水环境。
城市河道是城市繁荣和文明发展的载体，随着城市化进程加快，城市人口猛增，产生的废水日益增多，对城市干支流河道造成了严重的污染，也影响了人们的身体健康和城市形象，所以城市河道综合治理既关系着城市的基础设施建设，也关系着城市生态建设和形象建设。
近年来，很多城市都开始重视对城市河道的治理，为此投入了大量的资金和人力，并已经取得了一定的成绩。
河道综合治理不仅提高了城市的防洪、排水、排污能力，而且还在一定程度上美化了城市环境。
因此，进行城市河道综合治理是十分必要的。
城市河道综合治理是一项综合性的系统工程，涉及交通、生物化学、环境科学、水利、河流景观设计专业等。
城市河道综合治理要从人文、生态、经济、城市可持续发展、社会效应等多个方面考虑，既要恢复河道的功能，又要满足人类生存的要求。
1.2.2市民与政府要求
近几年来，随着城市建设的加快，水系流域内建设区面积不断扩大，地表径流发生较大变化，同频率洪水流量大幅度增加，河道行洪能力不足严重威胁着城区的防洪安全。
同时，XX河现状为城市主要排污河道，由于上游城市生活、生产废水的排人，造成河水水质恶化，底泥已受到污染，使河水常年散发臭味，广大市民强烈要求进行彻底治理。
2002年对河段下游的北京市经济技术开发区河段进行了治理绿化。
2003年进行了上游人民渠、新开渠西四环路以上段清淤治理，2004年北京市政府下决心全面整治XX河，并列为为群众生活拟办的56件实事之一。
1.3河道水质处理目标
通过该项目工程，重点解决河水的NH4+-N、COD超标问题，使A闸下游水质达到V类标准以内，下表是河道的水质需要达到的目标：
表1.2A闸下游监测断面河水水质
40
2
目前，A闸下游监测断面检测数据为COD=70mg/L左右、氨氮=15mg/L左右，属于劣五类，水质浑浊，臭气熏天，急需治理。
第二章工程方案比选
2.1处理水质与水量
2.1.1水质水量
北京XX河平均每日流经水量为18.2*3600*24=157万吨，规划水质为IV类水质标准，执行城镇河道水处理V类排放标准。
目前出水COD浓度为70mg/L左右，氨氮浓度为14mg/L左右。
考虑到北京市河道水水质规划目标是满足《地表水环境质量标准》中IV类水体的标准；
而近期目标是将河道水水质控制在《地表水环境质量标准》的V类水质标准以内。
随着我国最严格水资源管理制度的推行，全国污水处理厂将严格执行排放标准从一级B提到一级A，化学需氧量（COD）、总氮和氨氮等污染物的排放标准都将有一定幅度的提高。
污水处理厂提标排放改造已经如火如荼的进行着，河道水质的提标治理也迫在眉睫。
2.1.2相关水环境标准
目前由于我国最严格水资源管理制度的推行，污水处理厂提标排放改造已经如火如荼的进行着，河道水质的提标治理也迫在眉睫。
北京市河道水水质规划目标是满足《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水体的标准；
如下表：
表2.1地表水环境质量标准基本项目标准限值单位：
mg/L
2.2工艺选择
该河道目前采用的是人工湿地处理技术，XX河人工湿地位于北京经济技术开发区XX河的南岸，占地面积约为2.6hm2。
XX河人工湿地前期处理效果良好，水质由劣V类转变为V类，水质变清，臭气也消失。
但是治理之后好景不长，由于生活污水，污水处理厂等污染源不断增加，今年，XX河的水质又变得十分恶劣，反弹为劣五类水，部分河段又现难闻刺鼻的臭味，已经引发不少市民、媒体、环保组织的反映。
鉴于人工湿地曾发挥良好的处理作用，在一段时间内改善了XX河水质和周边生态环境，且没有产生任何环境风险，证明生物处理方法在XX河水质提标中是切实可行的。
目前水质反弹，说明仅凭现有的人工湿地处理，力度是不够的（污水的浓度已经超过人工湿地的有效负荷）。
因此考虑采用加强的新型生态碳纤维草以及人工生态浮岛工艺，结合现有的人工湿地，形成系统的复合增强型生物生态处理工艺。
2.2.1生物接触降解工艺
生物接触降解法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，即在生物接触降解池内装填一定数量的填料，利用吸附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的。
在该工程中，微生物由污水提供溶解氧，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及水体流动的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将作为底泥沉入水底，作为鱼虾的食物或者被降解。
其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触降解池中存在污水与填料接触不均的缺陷。
该工艺净化效率高，处理所需时间短，对进水有机负荷的变动适应性较强；
不必进行污泥回流，同时没有污泥膨胀问题，运行管理方便。
目前存在的问题主要是池内填料间的生物膜有时会出现堵塞现象，尚待改进。
研究的方向是针对不同的进水负荷控制曝气强度，以消除堵塞；
其次是研究合理的氧化池池型和形状、尺寸以及材质合适的填料。
2.2.2生态浮岛工艺
生态浮岛，又称为人工生物浮岛、无土栽培浮岛、生物浮岛等，是指将植物种植于浮于水面的床体上，利用植物根系吸收水体中污染物质，同时植物根系附着的微生物降解水体中污染物，从而有效进行水体修复的技术。
截至目前，生态浮岛技术已在世界范围内成为一项重要的水质修复技术，并已成功地应用在许多湖泊、河流的生态修复、生态整治工程中，受到了越来越多的关注。
生态浮岛拥有多种功能，主要包括：
（1）提供鸟类及鱼类的栖息处；
（2）吸收氮、磷，净化水质；
（3）具有景观美化作用；
（4）具有消波及保护湖岸作用。
根据植物的根部是否与水接触，将人工浮岛分为湿式和干式两大类。
植物和水不接触的为干式，接触的为湿式。
干式人工浮岛一般利用混泥土、发泡苯乙烯等制作而成。
湿式人工浮岛还可以分为无框架（只须制作底盘，一般用椰子纤维，泡沫等）和有框架（除了无框架所需之物件外，还需要木材、混泥土等）两种。
在实际的运用中，湿式偏多，干式偏少，其主要原因是，湿式不仅能起到景观美化的作用，而且还能起到很好的水质净化功效。
与其他水处理工艺相比，浮岛更接近自然，具有更好的经济效益。
浮岛上栽种的植物美化了环境，和周围环境融为一体，成为新的景观亮点。
还可以利用浮岛种植一些经济作物，在净化水体的同时带来一定的经济效益。
国内外的实践证明，生态浮岛的建设、运行成本较低。
建成后运行和维护方便、简易，运行费用低。
能持续去除水体中氮磷等污染物的原位生态修复技术，具有净化水质、改善景观、收获农产品、提供生物的生息空间、消波等综合功能，在富营养化的湖泊、水库、城市景观河道等水体的修复治理中具有广阔的应用前景。
2.2.3EM菌剂
EM菌剂（微生物菌剂）是采用大自然的有效微生物，通过独特的富集混合培养，将厌氧性和兼养性有益微生物混合培养而生成的有效生物活菌群体。
它们在生长过程中产生的分泌物，成为各自或相互生长的营养物质，这些微生物之间形成一种复杂、结构稳定、共生共存的增值关系，是作用互补、稳定的微生物群体。
2.2.3.1EM菌剂净化污水机理
微生物菌剂含有天然及有益的微生物群体，种类较多，能改善水质，随着微生物的大量繁殖，能把有机废物改变为细菌生物团、二氧化碳和水分。
具有减少污泥、去除藻类、将水体中有机气体（氨、氮等）转化、增快硝化作用、减少恶臭成因、以原生物作用减少病原体。
由于采用纯自然方法、而不是化学方法、不会对水域及周围环境造成破坏；
能降解污水中的氮、氨；
高度浓缩。
少许用量即可获得良好效果；
使用方便，投资少、收效快。
在水中自然生长、繁殖、再建微生物生态平衡、提高水的自净能力。
2.2.3.2EM菌剂应用于水处理的特点
EM菌剂比起传统污水处理工艺有三低三高的特点。
三低是：
（一）一次性投资低，设备简单，占地面积小；
（二）运行费用低，无污泥产生，采用微曝，耗电少；
（三）运行管理要求低，操作管理人员仅为现有人员三分之一。
三高是：
（一）耐高负荷。
即使CODcr高达数万或数十万mg/L的有机废水无需稀释。
（二）耐高冲击负荷。
在废水负荷变化较大时，也能较好地是适应；
（三）高效处理效果。
生化性较好的高浓度有机废水做到一次达标。
2.3净化材料选择
工业废水、生活污水处理中的生物接触降解法、上流式曝气生物滤池及膜生物反应器技术，是比较高效的水处理工艺，而填料是这些工艺的核心部分，无论是好氧、兼氧还是厌氧过程中，生物填料作为微生物的载体影响着生物的生长、繁殖和脱落的整个过程，它的性能直接影响和制约着处理的效果。
一般选用填料时，要综合考虑以下几点：
①微生物挂膜快，老化生物膜易脱落；
②稳定性，要求填料能抗酸、抗碱、耐氧化，不易生物降解，不易老化等；
③充氧效率高；
④安装维修方便；
⑤质轻，机械强度大；
⑥价格便宜等。
其中，充氧性能是一个主要指标，直接关系着填料类型选择、处理效果、基建投资和能源消耗等，选择合适的填料，能够缩短工艺的反应时间，提高运行效果及运行稳定性等。
我国目前使用的生物填料大致可以分为三大类：
第一类为定型固定式填料，主要是蜂窝类填料；
第二类为悬挂式填料，如软性填料、半软性填料、弹性立体填料、组合型填料等；
第三类为堆积式、悬浮式填料即分散式填料，如鲍尔环、阶环、空心球、悬浮粒子等。
对于性能更好的亲水填料及生物亲和（活性）填料，目前市场上常见的生物填料主要以聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚酯等为原材料而制成，填料开发的侧重点在填料的比表面积、填料结构与布水、布气性能及生物膜更新等方面。
2.3.1常用污水净化材料概述
2.3.1.1日本生态草
碳素纤维生态草是用于生态性水处理的材料，由日本水利用工法研究会会长、日本群马工业学校小岛昭教授发明，已成功应用于世界各地的水体生态环境修复和水污染防治领域。
用于水处理领域的碳素纤维是由丙烯酸长纤维制造的PAN系纤维，与一般工业用的纤维不同，是经过浆纱过程特殊处理的、能够在水中迅速蔓延开的纤维。
它是由直径7微米的12000根长丝集合而成。
一旦放入水中便迅速散开，再加上其各自表面上都有细微的凹凸结构，从而形成巨大的比表面积。
采用碳素纤维来净化水质对环境没有二次污染，是经济且有效的方法。
碳素纤维具有高度的生物亲和性，会产生活性生物膜，通过借助微生物的生长繁殖把水体中的污染物质吸收、降解。
另外，碳素纤维经太阳光照射后发出的声波能够激发微生物的活性，吸引水生动物，达到形成产卵和生长、繁殖的藻场。
2.3.1.2美国阿科蔓生态基
阿科蔓生态基是一种应用于生态性水处理的高科技材料（微生物载体），由科学家RoderickJ.McNeil博士发明，并于1995年推广应用于世界各地的水生态环境修复和水污染防止领域，是自然生态性水处理技术产品。
2001年，阿科蔓生态基技术引入到中国，并针对中国的国情，发展成多种适合中国国情的综合应用模式。
至今，阿科蔓技术已经成功应用于湖泊、水库、湿地、人工景观水体、饮用水源的前处理及长期维护；
城市污水深度处理与利用、城镇小区生活污水处理与资源利用、景观一体化建设；
农村污水治理、环境卫生整治、生态环境一体化建设、城镇区域性污水处理及高效生态系统建设、高浓度废水生态处理和高效生态健康的水产养殖等领域。
阿科蔓生态基高效的微生物载体，其表面培养的大量而丰富的微生物群落是水中污染物降解的主力军。
给水生态系统的基础组分创造了优越的生存环境，是阿科蔓水体治理维护系统的核心部分，有较好的生物降解功能。
2.3.1.3新型生态碳纤维及生物纤维草
生态碳纤维是一种与生物有着良好兼容性的新型填料，由腈纶、丙纶和经表面修饰后的活性碳纤维复合而成。
由环境中心与碳纤维国家重点实验室研发的活性碳纤维（ACF），与普通活性碳纤维相比，它经过表面修饰后，具有更好的生物亲和性、具有高达1000m2/g以上的比表面积。
丙纶材料具有抗拉强度高、化学稳定性好、低温柔性好变形适应能力强等特点，属树脂类聚乙烯系列高分子防水材料，是一种无毒、无污染的绿色环保型材料。
但由于丙纶材料热稳定性差，不耐日晒，所以易于老化。
而腈纶具有耐日光性与耐气候性很好的特点。
因此，将腈纶、丙纶与活性碳纤维复合而成的生态碳纤维材料，结合了活性碳纤维、腈纶和丙纶三者的优点，具有化学稳定性能好、不易老化、高吸附性能、生物亲和力强的特点，优越性显著。
新型生态碳纤维是用于净化受污染水域，修复水环境生态的优良选择，能实现对环境的零负荷与完全的生物安全。
碳纤维具有极高的吸附性与生物亲和性，是良好的微生物挂膜填料，在生物法污水处理领域具有明显的竞争优势。
在淡水水产养殖方面也有广阔应用前景，在去除水体污染物的同时聚集以微生物为食的低等动物，成为鱼类及高级水生动物的优良卵床与养育空间。
利用碳纤维治理水体，通过构建水下森林，给水生生物搭建栖息地，最终逐步构建健康的水体生态系统。
该材料已成功应用于水产养殖水体净化与污水处理、印染废水与再生水净化处理。
目前新型生态碳纤维已经申请了国家发明专利，其专利号为201110425425.3，
2.3.1.4生物纤维草
北京化工大学环境中心联合国家碳纤维工程中心对生态碳纤维进行二次表面活性处理，模拟天然水草形态加工而成并编织成环状生物草，使其具有极高的吸附性和生物亲和性，经太阳光照射后，吸引微生物菌群并在其表面形成粘着性活性生物膜。
这些微生物以有机污染物为能量来源，通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物。
该材料是一种生物接触降解法和厌氧发酵法处理废水的生物载体，用于污水、废水处理工程，配套于接触氧化塔、氧化池、氧化槽等设备。
生态碳纤维不仅可以用于处理生活污水、水产养殖废水及微污染水，而且适用于各种有机废水的处理，可对含
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