《河道廢水治理設備技術研究與應用進展》

摘要

本文系統(tǒng)分析了河道廢水治理設備的技術原理、分類方法及其在實際工程中的應用效果。針對河道水環(huán)境污染日益嚴重的問題，各類廢水治理設備在改善水質(zhì)、恢復生態(tài)方面發(fā)揮著關鍵作用。文章詳細介紹了物理、化學、生物及生態(tài)處理等四類主流河道廢水治理設備的工作原理和技術特點，重點探討了其在城市河道、工業(yè)區(qū)河道和農(nóng)村河道等不同場景的應用案例。研究表明，現(xiàn)代河道廢水治理設備正朝著高效復合化、智能化和生態(tài)友好型方向發(fā)展，為水環(huán)境治理提供了可靠的技術支撐。

關鍵詞 河道治理；廢水處理；水污染控制；生態(tài)修復；環(huán)境設備

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程加快和工業(yè)發(fā)展，河道水環(huán)境污染問題日益突出。大量生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)面源污染排入河道，導致水體富營養(yǎng)化、黑臭現(xiàn)象頻發(fā)，嚴重威脅水生態(tài)安全和居民健康。據(jù)生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)計，2022年全國仍有約15%的城市河道存在黑臭現(xiàn)象，農(nóng)村地區(qū)河道污染問題更為普遍。在此背景下，研發(fā)和應用高效的河道廢水治理設備成為改善水環(huán)境質(zhì)量的關鍵舉措。

河道廢水治理設備的發(fā)展經(jīng)歷了從簡單到復雜、從單一到系統(tǒng)的演變過程。早期的治理主要依靠人工清淤和簡單曝氣等物理方法；20世紀90年代開始引入生物處理技術；進入21世紀后，生態(tài)工程技術與傳統(tǒng)治理設備的結合成為主流趨勢。特別是"水十條"政策實施以來，河道治理設備行業(yè)迎來了快速發(fā)展期，各種新型治理技術和設備不斷涌現(xiàn)。

一、河道廢水治理設備的主要類型及技術原理

1.1 物理處理設備

物理處理設備主要通過機械作用去除水體中的懸浮物和沉積污染物。常用的設備包括格柵除污機、沉砂池、過濾系統(tǒng)和曝氣設備等。其中，旋轉(zhuǎn)式格柵除污機可連續(xù)自動清除水中漂浮物；沉砂池通過重力沉降原理去除顆粒物；壓力過濾器能有效截留微小懸浮物；而微孔曝氣設備則通過增加水體溶解氧來改善水質(zhì)。物理處理設備的優(yōu)勢在于運行穩(wěn)定、維護簡單，但對溶解性污染物去除效果有限。

1.2 化學處理設備

化學處理設備利用化學反應原理去除污染物，主要包括加藥裝置、混凝沉淀設備和高級氧化系統(tǒng)等。自動加藥裝置可精確投加絮凝劑、除磷劑等化學藥劑；高效混凝沉淀設備通過電中和作用使膠體顆粒脫穩(wěn)聚集；光催化氧化設備則利用紫外光激發(fā)產(chǎn)生的羥基自由基降解有機污染物。化學處理設備見效快、效果顯著，但運行成本較高且可能產(chǎn)生二次污染，需謹慎使用。

1.3 生物處理設備

生物處理設備利用微生物的代謝作用降解有機污染物，是當前河道治理的主流技術。典型的設備包括生物膜反應器、移動床生物膜反應器（MBBR）和生物接觸氧化池等。這些設備通過為微生物提供附著生長載體，大幅提高了生物量和水處理效率。例如，MBBR設備采用特殊設計的懸浮填料，比表面積可達800m²/m³以上，使處理效率比傳統(tǒng)活性污泥法提高30%以上。生物處理設備運行成本低、環(huán)境友好，但受溫度等環(huán)境因素影響較大。

1.4 生態(tài)處理設備

生態(tài)處理設備模擬自然生態(tài)系統(tǒng)凈化功能，主要包括人工濕地系統(tǒng)、生態(tài)浮島和生物操縱設備等。復合垂直流人工濕地通過基質(zhì)-植物-微生物的協(xié)同作用去除污染物；生態(tài)浮島利用水生植物的吸收作用去除氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)；生物操縱設備則通過投放濾食性魚類和貝類控制藻類繁殖。生態(tài)處理設備具有景觀效果好、運行維護簡單的特點，但占地面積較大，見效相對較慢。

二、河道廢水治理設備的工程應用案例

2.1 城市黑臭河道治理

在南方某城市中心河道治理工程中，采用了"預處理+生物生態(tài)組合"工藝。首先安裝自動旋轉(zhuǎn)格柵和沉砂池去除粗大漂浮物和砂粒；然后設置MBBR生物處理單元降解有機污染物；最后建設階梯式人工濕地進一步凈化水質(zhì)。治理后，河道水質(zhì)從劣V類提升至IV類，透明度從20cm提高到80cm，黑臭現(xiàn)象完全消除。該工程特別設計了景觀型處理設施，既改善了水質(zhì)又美化了城市環(huán)境。

2.2 工業(yè)區(qū)河道綜合治理

某化工園區(qū)周邊河道因長期接納工業(yè)廢水，污染嚴重。治理工程采用了"物化預處理+高級氧化+生態(tài)修復"的組合工藝。首先通過混凝沉淀設備去除重金屬和懸浮物；然后采用電催化氧化設備降解難降解有機物；最后布置生態(tài)浮島和沉水植物恢復生態(tài)系統(tǒng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，CODcr從治理前的280mg/L降至40mg/L，氨氮從35mg/L降至1.5mg/L，重金屬含量達到地表水III類標準。該工程還建立了在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了水質(zhì)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。

2.3 農(nóng)村河道面源污染控制

針對農(nóng)村河道面源污染特點，某農(nóng)業(yè)縣采用了分散式處理模式。在河道沿線設置多級生態(tài)處理設施：上游建設生物滯留池攔截農(nóng)田徑流；中游布置階梯濕地系統(tǒng)凈化村落污水；下游構建深潭-淺灘序列恢復自然水文形態(tài)。治理后，河道水質(zhì)明顯改善，總磷從1.2mg/L降至0.3mg/L，總氮從8mg/L降至3mg/L。該工程特別注重與農(nóng)業(yè)景觀的融合，處理設施周邊種植了經(jīng)濟作物，實現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。

三、河道廢水治理設備的技術發(fā)展趨勢

3.1 高效復合化技術

未來河道治理設備將更加注重多種技術的復合集成。例如，將膜分離技術與生物處理結合的膜生物反應器（MBR），可大幅提高處理效率并減少占地面積；光電催化氧化技術與生態(tài)處理結合，可實現(xiàn)對難降解有機物的高效去除。此外，新型納米材料在污染物吸附和催化降解方面的應用，也將為復合治理設備的發(fā)展提供新的技術支撐。

3.2 智能化運行管理

隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術的發(fā)展，河道治理設備正朝著智能化方向快速演進。智能監(jiān)測系統(tǒng)可實時采集水質(zhì)參數(shù)、設備狀態(tài)等信息，通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化運行參數(shù)；預測性維護技術能提前發(fā)現(xiàn)設備隱患，避免突發(fā)故障；遠程控制系統(tǒng)則實現(xiàn)了無人值守運行。某智慧河道項目實踐表明，采用智能化管理系統(tǒng)后，設備運行能耗降低25%，維護成本減少40%，處理效果穩(wěn)定性顯著提高。

3.3 生態(tài)友好型設計

在生態(tài)文明建設背景下，河道治理設備的生態(tài)友好性越來越受重視。低能耗設備設計可減少碳排放；無二次污染技術避免了治理過程中的環(huán)境風險；生態(tài)兼容型結構為水生生物提供了棲息空間。例如，新型生態(tài)護岸材料既具有污染物凈化功能，又能為底棲生物創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境。生命周期評估顯示，生態(tài)友好型治理設備在整個服務周期內(nèi)的環(huán)境效益比傳統(tǒng)設備提高30%以上。

四、結論

河道廢水治理設備作為水環(huán)境治理的重要技術手段，在改善水質(zhì)、恢復生態(tài)方面發(fā)揮著不可替代的作用。本文研究表明，現(xiàn)代河道治理設備已形成物理、化學、生物和生態(tài)等多元技術體系，能夠針對不同類型的污染問題提供有效解決方案。在實際工程應用中，需要根據(jù)河道特征和污染狀況，合理選擇和組合不同治理設備，才能取得最佳治理效果。

未來河道廢水治理設備的發(fā)展應重點關注三個方向：一是加強技術創(chuàng)新，開發(fā)更高效、更經(jīng)濟的復合治理技術；二是推進智能化轉(zhuǎn)型，提升設備的自動化水平和運行效率；三是強化生態(tài)理念，確保治理過程與自然生態(tài)系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。同時，建議相關部門加大政策支持力度，完善技術標準體系，促進先進治理設備的推廣應用，為打贏水污染防治攻堅戰(zhàn)提供有力保障。