专利名称：再生水回用于景观水体叶绿素a和藻密度的控制方法
技术领域：
本发明涉及再生水回用于景观水体对叶绿素a和藻密度的控制方法，特别是氮磷 浓度和停留时间对藻类生长的控制方法。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展和人口的剧增，水资源短缺和水环境问题已成为制 约经济社会可持续发展的“瓶颈”。基于可持续发展原则和我国水资源现状，城市污水再 生利用与节约用水是我国水资源开发利用的基本国策。城市污水采用适当的深度处理后， 补给景观水体，已成为解决城市缺水、提高水资源有效利用率、增加水景设施的一条重要途 径。目前北京污水处理厂出水回用于景观环境的用水量近30万m3/d，大大提高了北京的 总体水环境质量。天津也是一个严重的资源型缺水城市，也在积极探索和采用再生水回用。 目前，已经开始将再生水补给于市内的卫津河和生态小区的景观水体。山东、河北和安徽等 地均不同程度地将再生水回用于景观水体。再生水补充景观水体，一方面缓解了资源型缺水的问题，但在另一方面由于水质 控制不够严格也带来了一系列的生态风险问题。虽然污水经深度处理再生后，浊度、COD等 指标会有所下降，但氮、磷等营养元素仍持留在一定水平，将会导致藻类大量生长、发生富 营养化，透明度下降，水生植物和鱼类因缺氧而大量死亡，水体出现黑臭等现象，使景观水 体丧失了观赏、娱乐等美学价值。一般认为，水中含氮大于0. 2-0. ;3mg/L、含磷大于0. 01mg/L、B0D5大于10mg/L就可 能引起富营养化。从这一标准来看，目前所利用的许多景观水体都不同程度地存在富营养 化现象，甚至也包括一些IV、V类水体。然而，只要水体没有黑臭腐化就仍然具有重要的景 观用水价值，甚至可以说，再生水回用于景观水体的目标并非是控制其不发生富营养化，而 是控制其不发生黑臭腐化现象。事实上，所谓富营养化是湖泊演化分类学的一个概念，其标 志着湖泊老化(在封闭或缓流水体中极易发生)，严重的富营养化最终易导致水体黑臭。对 于流动水体，由于流动水流不断复氧，在开阔水体综合生态系统的作用下将一定程度地维 持水体的环境容量，即使轻度的富营养化不会很快使流动水体形成黑臭现象。基于此，再生 水回用于流动景观水体，可以不必按照控制水体富营养化的水质标准来衡量，氮磷可以适 当放宽。
发明内容
本专利发明者经过长期的实验研究，考察了以再生水为补给水源条件下景观水体 富营养化的发生条件，主要考察了氮磷营养盐和换水周期对叶绿素a浓度和藻密度的影响 变化情况。实验以北京市某再生水厂的出水为原水配置实验水样(最接近于实际)，搭建反 应器，以营养盐底物一次投加的方式培养。首先控制磷营养盐浓度为lmg/L，配制了 lmg/L、 2mg/L,4mg/L三个不同浓度梯度的氨氮营养盐，8mg/L、12mg/L, 16mg/L三个不同浓度梯度
3的硝酸盐氮，考察不同浓度氮营养盐对叶绿素a浓度和藻密度的影响情况，通过大量的实 验发现1、藻类对氨氮营养盐的吸收，优于硝酸盐氮而落后于磷酸盐；硝酸盐氮浓度对叶 绿素a浓度和藻密度的影响并不明显。2、藻类的生长周期为15-20天，21天后，水体颜色变黄，藻类已经凋亡，叶绿素浓 度明显下降，在此过程中的优势藻主要为四角栅藻和小圆藻，属于绿藻，没有发现蓝藻；3、在磷酸盐浓度为lmg/L，氨氮浓度低于％ig/L，硝酸盐氮浓度低于16mg/L时，不 会造成藻类大量爆发。其次控制氨氮营养盐浓度为％ig/L，硝酸盐氮的浓度为16mg/L，配制0. 5mg/L、 lmg/L、1. 5mg/L三个不同浓度梯度的磷营养盐，考察不同浓度磷营养盐对叶绿素a浓度和 藻密度的影响情况，通过大实验发现1、藻类对氮磷的吸收存在优先级，优先顺序为磷酸盐、氨氮、硝态氮；2、藻类的生长周期为15-20天，21天后，藻类开始变黄减少直至凋亡，叶绿素下降 明显，在此过程中的优势藻主要为四角栅藻和小圆藻，属于绿藻，也没有发现蓝藻；3、在磷酸盐保持在lmg/L以下，氨氮在％ig/L，将再生水一次性补给景观水体是完 全可行的，不会产生藻类爆发；当磷酸盐浓度增加至1. 5mg/L，藻密度将显著增加。综上，在磷酸盐浓度低于lmg/L，氨氮浓度低于％ig/L，硝酸盐氮浓度低于16mg/L 时，将再生水补给景观水体是完全可行的，不会造成藻类大量爆发；同时严格控制换水周期 大于藻类的生长周期，进水停留时间大于21天后，藻类开始死亡，叶绿素下降明显。一般认为水中含氮> 0. 2-0. 3mg/L、含磷> 0. 0lmg/L, B0D5 > 10mg/L 就可能引 起富营养化，这一标准比较严格，目前我国城市污水处理厂排放的水质经过进一步的深度 处理都很难达到这一标准。尽管2002年修订的城市污水再生利用景观环境用水水质标准 (GB/T 18921-2002)中氮磷的标准已经放宽总氮小于15mg/L，总磷小于0. 5mg/L，但仍有 大部分再生水厂难以达到这一标准。考虑到目前我国污水处理厂对再生水处理程度的可实 现性以及水体的自净能力，本专利的提出的控制条件比较容易实现，污水处理厂的出水如 果能达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)中的IA标准，就可以直接回用 于景观水，控制好停留时间，就不会造成景观水体中藻类的大量爆发，有一定的工程指导意 义。
具体实施例方式本专利在实施过程中，一方面应严格控制补给的再生水的水质标准，将磷酸盐浓 度控制低于lmg/L，氨氮浓度低于％ig/L。目前我国城市污水处理厂排放的水质经过进一步 的深度处理都可以达到这一限制条件；另一方面再生水回用于景观水体应控制换水周期大 于21天，21天后，藻类逐渐凋亡，叶绿素浓度下降明显。实施例在北京市酒仙桥再生水厂进行中试试验考察本专利的具体实施情况。设计方池 (15m3)和圆池两种方案，根据小试试验结果，考察中试规模的再生水补给型城市景 观水体在不同水深和不同底物浓度条件下，富营养化的发生和发展过程，并验证本发明方 法的正确性和可实施性。
中试试验历时3个月(6月18日-9月18日)，在小试的基础上，通过分别改变不 同的磷酸盐、氨氮、硝态氮的浓度，同时调节再生水不同的停留时间，得出与小试相似的结 论磷浓度及停留时间是限制藻类生长的关键因素，当磷酸盐浓度小于lmg/L时，氨氮浓度 小于細g/L，硝酸盐氮浓度小于16mg/L时，停留时间大于21天，藻类将死亡，叶绿素也明显 下降，优势藻为四角栅藻和小圆藻，与小试试验完全吻合。水深、温度和硝酸盐对再生水补 给景观水中藻类的生长及叶绿素影响很小，由于布水比较均勻，方形池子和圆形池子的水 流分别处于完全混合状态，池子的形状对藻类的生长也基本没有影响。在三个月的调试中， 每隔21天对再生水进行更换，没有爆发大规模的藻类生长，水体基本澄清，水体没有发生 黑臭腐化而影响环境。综上，基于以上研究成果，当再生水补给到景观水体中时，有效的控制景观水体中 的磷酸盐、氨氮、硝态氮的浓度及再生水的换水周期，可以有效的防止藻类的生长而不会造 成景观水体水质恶化。对再生水补给景观水体有很好的指导原则及实际意义。
权利要求
1.一种用于再生水回用于景观水体对叶绿素a和藻密度的控制方法，特别是控制氮 磷浓度和停留时间以达到对藻类生长的控制方法。将再生水回用于景观水体时，控制再 生水磷酸盐浓度低于lmg/L，氨氮浓度低于％ig/L，硝酸盐氮浓度低于16mg/L时，不会造 成藻类的大量爆发，是完全可行的；同时严格控制换水周期(21天)大于藻类的生长周期 (15-20)，21天后，藻类开始凋亡，叶绿素明显下降。
2.根据权利1所述的氮磷营养盐浓度为磷酸盐浓度低于lmg/L，氨氮浓度低于^ig/ L，硝酸盐氮浓度低于16mg/L。一般认为水中含氮大于0. 2-0. :3mg/L、含磷大于0. 0lmg/L, B0D5大于10mg/L就可能引起富营养化，这一标准比较严格，目前我国城市污水处理厂排放 的水质经过进一步的深度处理都很难达到这一标准。本发明证实再生水进入景观水体，氮 磷浓度可以适当放宽，并控制换水周期，不会发生藻类的大量爆发和水质恶化，具有很强的 现实可行性。
3.根据权利1所要求的换水周期要大于21天，其根据是再生水补给下景观水体中优势 藻为四角栅藻和小圆藻，属于绿藻，其生长周期为15-20天。21天后，藻类开始变黄减少直 至凋亡，叶绿素下降明显，因此也不会造成水体的水质恶化。
全文摘要
一种涉及再生水回用于景观水体对叶绿素a和藻密度的控制方法，特别是氮磷浓度和停留时间对藻类生长的控制方法。主要是提出了一种再生水回用于景观水体时相对放宽的氮磷浓度磷酸盐浓度低于1mg/L，氨氮浓度低于4mg/L，硝酸盐氮浓度低于16mg/L；并对换水周期进行了规定，严格控制再生水的换水周期(21天)大于藻类的生长周期。这种控制方法不会造成景观水体中藻类大量爆发和水质恶化，具有很强的现实可行性。
文档编号C02F3/34GK102079583SQ20091023863
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者冯晓娟, 祝贵兵, 范改娜 申请人:中国科学院生态环境研究中心