河湖水處理的理論和實踐

作者：王清熙

　　　　　　　　　　　　　　
　　半個世紀(jì)前中國很落后，但山清水秀，那個時代歐洲很發(fā)達(dá)，但污染十分嚴(yán)重，許多河湖發(fā)臭；今日的中國異軍突起，迅猛發(fā)展，卻也帶來了河湖的嚴(yán)重污染，看來任何國家都不能擺脫這樣的發(fā)展規(guī)律。可喜的是，歐洲這半個世紀(jì)來在經(jīng)歷痛苦后深深地吸取了教訓(xùn)，投入了大量的人力和巨額的物力，雖然遠(yuǎn)談不上根本解決所有河湖水污染，但基本上已經(jīng)取得了驕人的成績，大部分河湖已經(jīng)還清，或基本還清，有的已經(jīng)著手或準(zhǔn)備著各項巨大的還清工程。我國黨和政府十分重視環(huán)境工程，已經(jīng)投入極大的人力物力治理河湖，不要半個世紀(jì)，而是在20年內(nèi)，中華大地將可以基本根除污染，達(dá)到生態(tài)平衡，那時國力空前強(qiáng)盛，山更清，水更美。
實際上我國對河湖污染的處理早在半個世紀(jì)前也已經(jīng)開始了，如對天津市的海河實行“咸淡分家，清濁分流”工程，使殖民地時代列強(qiáng)造成的黑臭海河，次年已經(jīng)變清?？梢妼雍卫淼氖滓P(guān)鍵是“清濁分流”，截斷所有入河的污水，使其流向污水處理廠進(jìn)行處理，再由上游引入清水或依靠大氣降水來補(bǔ)充河水，使河水恢復(fù)，達(dá)到生態(tài)平衡，，這也是歐洲等其它國家的做法。
但是我國人口眾多，嚴(yán)重缺水，已經(jīng)出現(xiàn)無水可引的局面，在這種嚴(yán)峻條件下，如何保持河湖永遠(yuǎn)清澈、永遠(yuǎn)秀美，就全世界來說，并無前車之鑒，歷史的重?fù)?dān)落在當(dāng)代中國水處理專家的肩上。

我們對深圳華僑城的所有天然和人工水系幾乎都作了處理，如世界之窗的美洲湖、澳洲湖、錦繡中華的翠湖、歡樂谷湖泊和各水系，波托菲諾的燕棲湖，華僑城生態(tài)廣場的河湖，以及北京的菖蒲河、萬泉河，還有玉泉山的九大湖水系的水處理，使用了仿生學(xué)的原理，開創(chuàng)了世界上處理景觀河湖的先例，取得了巨大的成功。 　　     鑒于國際上對于細(xì)菌處理景觀水尚處于研究階段，實施過程中出現(xiàn)的問題很難解決，不像人們想象的那么容易，故沒有任何國家處理過任何大型河湖的成功先例。我們摒棄了拿處理污水的思路來處理河湖景觀水。特別是去年SARS病毒流傳全球，向人類敲起了警鐘，用細(xì)菌來處理景觀河湖的研究帶有一定的危險性，因為細(xì)菌和病毒的變異是無法預(yù)測的，也是無

法阻止的。此外菌種皆由溫室中培植，很嬌嫩，在自然界中迅速死亡，存活期太短，周而復(fù)始地向天然河湖中布撒均勻并非易事，反倒不如向河湖中投撒混凝劑來得快捷、徹底和廉價。

　　眾所周知，地球的水實際是有限的，生物鏈形成這十幾億年來，每一滴水不知進(jìn)入生物體循環(huán)往復(fù)有多少次，但人類工業(yè)污染之后，才形成了不可逆反應(yīng)，自然界本身對其水體的污染是可以自行修復(fù)的，億萬年的地球與地球上的生物發(fā)展史告訴人們，只要不對它進(jìn)行化學(xué)污染，依靠地球本身的水系是會自行修復(fù)的，天然水體本身有個自凈過程，通常我們所說的水體自凈，就是這個過程。什么叫水體自凈，要講敘清楚這個問題得分開來說。

　　關(guān)于河水的自凈。先舉一個實際例子。北京的官廳水庫，由于上游桑干河和溈河的水帶有大量有機(jī)物質(zhì)，總氮、總磷嚴(yán)重超標(biāo)，使得官廳水庫的庫水嚴(yán)重污染，變成了不能使用的五類水體。從泄水閘下放出的庫水水質(zhì)比五類水更差，但經(jīng)過83km行程，流至三家店水庫時，水質(zhì)得到大大改善，明顯提高到了三類水體。水質(zhì)這種自凈的原理是什么呢？一、呼吸的作用——曝氣：瀑布、跌水、湍流、漩渦、急流，使某些氣體揮發(fā)又使某些氣體溶入水中，最有效的是溶入氧氣，使可以氧化的有機(jī)物和無機(jī)物質(zhì)得以氧化，使水活化，不變質(zhì)，溶解氧使水得以鮮化的根本原因。二、沉淀過濾作用——平流和潛流。水在河里流動，河道有時窄有時寬，在寬闊處流速很慢，往往能起到沉淀作用。有時又滲入地下（如河床的含砂層）經(jīng)過一段潛流，再流出來的時候，將水中雜質(zhì)截流下來，不斷改善著水質(zhì)。三、生化作用——在水生動植物和細(xì)菌的生命過程中參與了水的凈化過程。這就是河水所客觀存在的“免疫”能力。
關(guān)于湖水的自凈，一、有匯入的河流和流出的河流的湖泊自凈與河水的自凈相同。二、無匯入河流和流出河流，但有地下潛流，此類湖水和地下潛水不斷地交換，水質(zhì)自然不會變壞。三、既無匯入和流出的河流，有無地下水的交換的湖泊，如粘土湖底、各種人工防滲層的湖底，這種湖就是死湖。湖本身沒有任何自凈能力，人若創(chuàng)造生態(tài)條件是極為困難的，人們無法阻止腐敗菌的繁殖，無法使水保持充分的溶解氧，這就是為什么當(dāng)今世界上對死湖湖水束手無策的原因。大型死湖湖水使用人工培植的生態(tài)法，并不能以人的粗淺片面認(rèn)識可以解決，自然界的生態(tài)并不以人的意志而轉(zhuǎn)移。對于當(dāng)代來說，期待死湖真正的自然生態(tài)完全形成是不可能的。
地球上的一切生物都在重復(fù)和模擬著地球的規(guī)律，一切生物都離不開水，水是一切生命（動物、植物、細(xì)菌、孢子、病毒）之源，它們是如何保持它們體內(nèi)這個微小世界的水質(zhì)不變壞呢？仍然是模擬了地球水質(zhì)不壞的三大要素。一、呼吸、排走有害氣體，吸入氧氣，吐故納新。動物靠肺呼吸，植物、細(xì)菌、病毒靠氣孔呼吸，無一例外。二、排除水中有害成分和渣滓。動物靠腎、腸過濾排除，植物靠半透膜，微小生物也是靠半透膜的作用來過濾。三、生化作用。生物體的生化作用就是它的免疫力，我們的世界實際上是充滿了細(xì)菌、病菌和病毒的世界，任何生命體一旦失去免疫力，它的生命便會結(jié)束。
　　
　　我們對河湖的水處理也必須遵循這樣的規(guī)律，當(dāng)前國際上的三類作法，都帶有人們的主觀片面性，與地球的自然規(guī)律不相吻合，自然不會十分成功。當(dāng)前國際上的四類作法是：一、曝氣法；二、過濾法；三、細(xì)菌法；四、生物法。把它們有機(jī)地結(jié)合起來，再加以根本地改變，將成為模擬肺的呼吸+模擬腎的排泄+免疫功能或者叫做：吐故納新器+過濾器+消毒殺菌器，以這樣的環(huán)節(jié)處理河湖水，將使河湖水永遠(yuǎn)清澈，永遠(yuǎn)鮮化、永遠(yuǎn)活化，永不變質(zhì)。

　　在這一思想認(rèn)識的指導(dǎo)下，我們經(jīng)過數(shù)十年的努力，成功設(shè)計制造出了一種水力自動化全塑水處理系統(tǒng)，也就是我們理解的三大要素：模擬肺，模擬腎，模擬免疫力，才保證了河湖自行更新，永遠(yuǎn)清澈，有幾乎接近飽和的溶解氧，并根本地抑制了細(xì)菌和病毒的生長和繁殖，使河湖永遠(yuǎn)秀美，因此獲得了國際發(fā)明專利。

水力自動化全塑水處理系統(tǒng)的功能與效果

一、呼吸功能
　　
　　自然界的水體自凈的關(guān)鍵就在于水在流動過程發(fā)生的呼吸功能，“流水不腐”不是因為運動，而是運動過程中出現(xiàn)的呼吸功能。急流、旋渦、浪花、跌水、瀑布、拍岸、紊流都會發(fā)生氣水混合，水向空氣中蒸發(fā)，水分子逸出，水中溶解的氮、氨氮、二氧化碳、硫化氫、甲烷等帶氣字頭的物質(zhì)都可能逸出。同時氧氣大量溶于水中，使水得到鮮化、活化。水體流動所產(chǎn)生呼吸作用是不容質(zhì)疑的。地球萬物都復(fù)制了地球的規(guī)律。生物界全部在呼吸，沒有不呼吸的生命，因為沒有不含水的生命。呼吸的作用都是吐故納新，排除廢氣，吸入氧氣，使生物的血液、汁液得以凈化、鮮化、活化。
　　
　　給水領(lǐng)域里應(yīng)該引進(jìn)“呼吸”功能這個很重要的概念。水力自動化全塑水處理系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展演變，由實踐到理論，由理論到實踐的多次反復(fù)，已發(fā)展到了第15代。越來越突出地強(qiáng)調(diào)呼吸功能，強(qiáng)調(diào)吐故納新，有害氣體得到有效揮發(fā)，溶解氧達(dá)到飽和濃度，有利于水中雜質(zhì)的氧化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，使水進(jìn)入良性循環(huán)過程，不斷地變好，得到凈化、鮮化、活化。

二、發(fā)泡除泡—浮選功能

　　呼吸作用得到了吐故納新，但產(chǎn)生了泡沫的堆積。泡沫是什么？泡沫是油質(zhì)、脂肪、蛋白、酶、氨氮、有機(jī)磷、陰離子合成劑、洗衣粉、肥皂泡、苯、酚、萘等有機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)發(fā)泡以后漂浮在水面，越堆越多，越積越厚，終于從浮選裝置逸出排入下水道。河道、湖泊、景觀水處理都是無限循環(huán)水處理，全部水體要一次又一次地進(jìn)機(jī)處理，曝氣發(fā)泡要一次又一次地進(jìn)行，漂浮泡沫時刻被浮選裝置溢出排走，有機(jī)物質(zhì)不斷地被清除，直至減少到無泡沫產(chǎn)生。此過程使水中發(fā)泡的各種有機(jī)物質(zhì)得到較徹底地清除。

三、精濾功能

　　按滲井原理級配的復(fù)合多層濾料過濾，水按重力自上而下流動。第一層粒徑d1=0.8～1.6mm、比重r1=2.4、厚度h1=300mm；第二層粒徑d2=0.4～0.8mm、比重r2=3.2、厚度h2=200mm；第三層粒徑d3=0.2～0.4、比重r3=4.2、厚度h3=70mm；第四層……。第一層截留顆粒重的97%，顆粒數(shù)的3%，第二層截留顆粒重的3%的97%，顆粒數(shù)的97%的3%，以下類推。第一層濾料的厚度最大，逐層厚度減薄，每一層都允許透過重量的3%，每一層都沒有堵死，都有空隙。最后一層仍然有空隙，只不過此時濁度已經(jīng)小于0.4度，沒有必要再增加過濾的層數(shù)。
滲井的特點是，污水雖然濃度大，含污量大，但長期使用不會堵死，不會不再滲水。按此理論設(shè)計的精濾機(jī)具有同樣效能，不易堵塞，不會頻繁沖洗，使工作周期大大延長。
按滲井反濾層級配的依據(jù)就是著眼污水本身的特性。濾層粒徑與污水中分散顆粒，它們之間是相吻合的。污水中的分散顆粒，可以按顆粒大小排列出許多級別，正常規(guī)律是顆粒大的這一級與緊靠它的顆粒小的這一級之間的關(guān)系基本都是97%和3%的關(guān)系 ，上層截留的大顆粒與下層截留的小顆粒存在著一種微妙的比例關(guān)系，即上層截留的顆粒重量占總重量的97%，而顆粒數(shù)只占3%，而下層截留的顆粒重量又是3%的97% ，以此類推。這就是按滲井反濾層級配的復(fù)合濾料層，把污水中的顆粒按層截留，拉開距離，每層都不會堵死，延長工作周期的原因，也是最有效地提高出水水質(zhì)的原因。
由于這種分層過濾的特點所致，甚至可以達(dá)到細(xì)菌的去除率90%以上。眾所周知，大腸桿菌的粒徑是0.5μ，換句話說這種復(fù)合濾層可以去除0.5μ以上的所有顆粒粒子，對0.5μ以上的藻類同樣得到有效地去除。

四、“免疫”的功能

　　所謂水的免疫功能，是水中必須含有微量長效殺菌因子—0.05～0.3mg/l的余氯。它能有效的抑制水中病菌和病毒的繁衍增長，抑制藻類和藻類孢子的增長，防止水生動植物的病變，從而健康成長。長效殺菌因子被稱做水的免疫力，就是因為它是保持水質(zhì)不壞的根本保證，當(dāng)代變異病毒層出不窮（去年SARS流行，今年禽流感流行）水的“免疫”功能更顯得多么重要！
當(dāng)代水的長效殺菌因子只有一種 — 余氯。而臭氧、雙氧水、紫外線、超聲波、電磁波等都不是，它們都是短效的、瞬間的殺菌。
對于河湖水處理的殺菌，采用短效瞬時殺菌的作法是一種誤解。因為事后細(xì)菌馬上還會重新繁殖，我們不僅需要水中基本無菌，我們還需要水中有抑制細(xì)菌、病菌、病毒和制止它們再次生長繁殖的因子，我們需要水有“免疫力”。
導(dǎo)入銀 離子、導(dǎo)入銅離子入水，雖然也都可以稱做水的“免疫力”，但它們都嚴(yán)重地影響著水質(zhì)，而且對水生動植物來說有劇毒，是河湖水處理應(yīng)該慎重使用的措施。

　　凡是使水中產(chǎn)生余氯的，只有液氯和氯的各種制劑，別無其它辦法。也就是說，液氯、次氯酸鈉、二氧化氯、氯化鈣、二氯異氰尿酸鈉、三氯異氰尿酸鈉、過氯乙酸……凡含氯，又能在水中游離出氯的任何氯的化合物都可以使用。當(dāng)然也要看它的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，才能決定取舍。
　
　　世界上沒有不用長效余氯的給水廠、污水處理廠、游泳館池水處理站，也沒有任何一個真正成功的河湖水處理不使用長效余氯的成功先例。

河湖水處理的循環(huán)周期

　　河湖水體的污染處理，在國際上的常規(guī)作法都是截污疏導(dǎo)、排水、清淤、導(dǎo)入清水，這種只作水利工程的方法，對于事后再無清水可不斷導(dǎo)入的國家和地區(qū)來說，那里的河湖水體又都很快惡化。對于只能一次性導(dǎo)入清水的河湖即使導(dǎo)入的清水是優(yōu)質(zhì)地下水，甚至全部放入自來水結(jié)果都是一樣的，都會很快惡化。在炎熱的夏季有一個普遍規(guī)律，水體水質(zhì)第一天、第二天能見度基本不變，第三天能見度明顯降低，以后每天能見度變化較大，水體一天天變綠、混濁。在第六天、第七天時水體產(chǎn)生臭氣。春季、秋季就不是這種規(guī)律，水質(zhì)不易變壞，冬季水質(zhì)逐日優(yōu)化，可以得到改善。
　　
　　河湖水處理是一個全新的領(lǐng)域，在國際上尚處在初期研究階段，只有對小水體的研究成果，沒有一個使大水體徹底改變的成功先例。只有我國才有突飛猛進(jìn)的發(fā)展，我國成功地原因是從事實出發(fā)，既不把河湖水處理看成是給水處理，照搬給水處理的作法，又不把河湖水處理看成是污水處理，照搬污水處理的作法，也不把它看成是中水處理，而是按自然界的水體自凈規(guī)律，模擬生物體血液、汁液自凈、鮮化、活化的道理展開研究，開創(chuàng)了循環(huán)處理的新理念。

　　作為循環(huán)水處理來說，首先遇到的問題就是循環(huán)水量的問題，換句話說就是循環(huán)周期如何確定。國際上循環(huán)水處理最成熟的理論莫過于對游泳池循環(huán)水處理周期的確定，國際上法定的循環(huán)周期是6～8 h，即每天循環(huán)3～4遍。河湖水體不考慮人體入水污染，自然要拉長水處理周期。如上所述，因為第三天水體開始顯現(xiàn)水質(zhì)變差，故周期采取2～3天。按處理周期為48～72h設(shè)計的工程有北京玉泉山九大湖系、北京萬泉河、北京菖蒲河、深圳燕棲湖、深圳歡樂谷河湖水系、深圳錦繡中華翠湖、深圳世界之窗美洲湖、澳洲湖等。根據(jù)這些河湖運轉(zhuǎn)幾年的情況看，循環(huán)周期采用48h是合適的，夏季時水體能見度也可達(dá)到1米。一般在暴雨時，都會出現(xiàn)混濁，雨后循環(huán)2～3個周期即4～6天后水體又恢復(fù)清澈如初，因此循環(huán)周期定為48h是合理的。
　　
　　 48～72h作為河湖水的循環(huán)周期是遵循：實踐—理論—再實踐，這樣的過程產(chǎn)生的。當(dāng)然也不是固定不變的。譬如，不同的季節(jié)循環(huán)周期可以相差很大，涼季可以停機(jī)，48h是指炎夏而言，其它季節(jié)可以延長循環(huán)周期，減少循環(huán)水量或停機(jī)。因此還有一個后期運轉(zhuǎn)管理的問題，對于水力自動化全塑水處理系統(tǒng)來說，管理極為方便，它是“傻瓜”系統(tǒng)，任意開、任意停，不會出現(xiàn)任何事故。凡觀察到水體清澈透亮的時候都可以隨時停機(jī)。

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