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論河湖水處理

2009/4/10

河湖水處理的理論和實踐

作者：王清熙

　　　　　　　　　　　　　　
　　半個世紀前中國很落后，但山清水秀，那個時代歐洲很發達，但污染十分嚴重，許多河湖發臭；今日的中國異軍突起，迅猛發展，卻也帶來了河湖的嚴重污染，看來任何國家都不能擺脫這樣的發展規律。可喜的是，歐洲這半個世紀來在經歷痛苦后深深地吸取了教訓，投入了大量的人力和巨額的物力，雖然遠談不上根本解決所有河湖水污染，但基本上已經取得了驕人的成績，大部分河湖已經還清，或基本還清，有的已經著手或準備著各項巨大的還清工程。我國黨和政府十分重視環境工程，已經投入極大的人力物力治理河湖，不要半個世紀，而是在20年內，中華大地將可以基本根除污染，達到生態平衡，那時國力空前強盛，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前也已經開始了，如對天津市的海河實行“咸淡分家，清濁分流”工程，使殖民地時代列強造成的黑臭海河，次年已經變清。可見對河湖水治理的首要關鍵是“清濁分流”，截斷所有入河的污水，使其流向污水處理廠進行處理，再由上游引入清水或依靠大氣降水來補充河水，使河水恢復，達到生態平衡，，這也是歐洲等其它國家的做法。
但是我國人口眾多，嚴重缺水，已經出現無水可引的局面，在這種嚴峻條件下，如何保持河湖永遠清澈、永遠秀美，就全世界來說，并無前車之鑒，歷史的重擔落在當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，使用了仿生學的原理，開創了世界上處理景觀河湖的先例，取得了巨大的成功。 　　     鑒于國際上對于細菌處理景觀水尚處于研究階段，實施過程中出現的問題很難解決，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，用細菌來處理景觀河湖的研究帶有一定的危險性，因為細菌和病毒的變異是無法預測的，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，每一滴水不知進入生物體循環往復有多少次，但人類工業污染之后，才形成了不可逆反應，自然界本身對其水體的污染是可以自行修復的，億萬年的地球與地球上的生物發展史告訴人們，只要不對它進行化學污染，依靠地球本身的水系是會自行修復的，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物質，總氮、總磷嚴重超標，使得官廳水庫的庫水嚴重污染，變成了不能使用的五類水體。從泄水閘下放出的庫水水質比五類水更差，但經過83km行程，流至三家店水庫時，水質得到大大改善，明顯提高到了三類水體。水質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，使可以氧化的有機物和無機物質得以氧化，使水活化，不變質，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）經過一段潛流，再流出來的時候，將水中雜質截流下來，不斷改善著水質。三、生化作用——在水生動植物和細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，人若創造生態條件是極為困難的，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法，并不能以人的粗淺片面認識可以解決，自然界的生態并不以人的意志而轉移。對于當代來說，期待死湖真正的自然生態完全形成是不可能的。
地球上的一切生物都在重復和模擬著地球的規律，一切生物都離不開水，水是一切生命（動物、植物、細菌、孢子、病毒）之源，它們是如何保持它們體內這個微小世界的水質不變壞呢？仍然是模擬了地球水質不壞的三大要素。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，它的生命便會結束。
　　
　　我們對河湖的水處理也必須遵循這樣的規律，當前國際上的三類作法，都帶有人們的主觀片面性，與地球的自然規律不相吻合，自然不會十分成功。當前國際上的四類作法是：一、曝氣法；二、過濾法；三、細菌法；四、生物法。把它們有機地結合起來，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，以這樣的環節處理河湖水，將使河湖水永遠清澈，永遠鮮化、永遠活化，永不變質。

　　在這一思想認識的指導下，我們經過數十年的努力，成功設計制造出了一種水力自動化全塑水處理系統，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，永遠清澈，有幾乎接近飽和的溶解氧，并根本地抑制了細菌和病毒的生長和繁殖，使河湖永遠秀美，因此獲得了國際發明專利。

水力自動化全塑水處理系統的功能與效果

一、呼吸功能
　　
　　自然界的水體自凈的關鍵就在于水在流動過程發生的呼吸功能，“流水不腐”不是因為運動，而是運動過程中出現的呼吸功能。急流、旋渦、浪花、跌水、瀑布、拍岸、紊流都會發生氣水混合，水向空氣中蒸發，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。水體流動所產生呼吸作用是不容質疑的。地球萬物都復制了地球的規律。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。
　　
　　給水領域里應該引進“呼吸”功能這個很重要的概念。水力自動化全塑水處理系統經過幾十年的發展演變，由實踐到理論，由理論到實踐的多次反復，已發展到了第15代。越來越突出地強調呼吸功能，強調吐故納新，有害氣體得到有效揮發，溶解氧達到飽和濃度，有利于水中雜質的氧化反應持續進行，使水進入良性循環過程，不斷地變好，得到凈化、鮮化、活化。

二、發泡除泡—浮選功能

　　呼吸作用得到了吐故納新，但產生了泡沫的堆積。泡沫是什么？泡沫是油質、脂肪、蛋白、酶、氨氮、有機磷、陰離子合成劑、洗衣粉、肥皂泡、苯、酚、萘等有機物質。這些物質發泡以后漂浮在水面，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水處理，全部水體要一次又一次地進機處理，曝氣發泡要一次又一次地進行，漂浮泡沫時刻被浮選裝置溢出排走，有機物質不斷地被清除，直至減少到無泡沫產生。此過程使水中發泡的各種有機物質得到較徹底地清除。

三、精濾功能

　　按滲井原理級配的復合多層濾料過濾，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%，顆粒數的3%，第二層截留顆粒重的3%的97%，顆粒數的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小于0.4度，沒有必要再增加過濾的層數。
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。按此理論設計的精濾機具有同樣效能，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系基本都是97%和3%的關系 ，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系，即上層截留的顆粒重量占總重量的97%，而顆粒數只占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的原因。
由于這種分層過濾的特點所致，甚至可以達到細菌的去除率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不壞的根本保證，當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”。
導入銀 離子、導入銅離子入水，雖然也都可以稱做水的“免疫力”，但它們都嚴重地影響著水質，而且對水生動植物來說有劇毒，是河湖水處理應該慎重使用的措施。

　　凡是使水中產生余氯的，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。當然也要看它的技術經濟指標，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。

河湖水處理的循環周期

　　河湖水體的污染處理，在國際上的常規作法都是截污疏導、排水、清淤、導入清水，這種只作水利工程的方法，對于事后再無清水可不斷導入的國家和地區來說，那里的河湖水體又都很快惡化。對于只能一次性導入清水的河湖即使導入的清水是優質地下水，甚至全部放入自來水結果都是一樣的，都會很快惡化。在炎熱的夏季有一個普遍規律，水體水質第一天、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、第七天時水體產生臭氣。春季、秋季就不是這種規律，水質不易變壞，冬季水質逐日優化，可以得到改善。
　　
　　河湖水處理是一個全新的領域，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的發展，我國成功地原因是從事實出發，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，開創了循環處理的新理念。

　　作為循環水處理來說，首先遇到的問題就是循環水量的問題，換句話說就是循環周期如何確定。國際上循環水處理最成熟的理論莫過于對游泳池循環水處理周期的確定，國際上法定的循環周期是6～8 h，即每天循環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水質變差，故周期采取2～3天。按處理周期為48～72h設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。根據這些河湖運轉幾年的情況看，循環周期采用48h是合適的，夏季時水體能見度也可達到1米。一般在暴雨時，都會出現混濁，雨后循環2～3個周期即4～6天后水體又恢復清澈如初，因此循環周期定為48h是合理的。
　　
　　 48～72h作為河湖水的循環周期是遵循：實踐—理論—再實踐，這樣的過程產生的。當然也不是固定不變的。譬如，不同的季節循環周期可以相差很大，涼季可以停機，48h是指炎夏而言，其它季節可以延長循環周期，減少循環水量或停機。因此還有一個后期運轉管理的問題，對于水力自動化全塑水處理系統來說，管理極為方便，它是“傻瓜”系統，任意開、任意停，不會出現任何事故。凡觀察到水體清澈透亮的時候都可以隨時停機。

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