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    稀土基水生態系統構建技術 將成為深入打好污染防治攻堅戰的重要技術支撐

    文章來源:四川瑞澤    時間:2022-03-22 11:54:53

    當今,由于稀土元素是“新材料寶庫”和重要戰略資源而倍受各級黨委、政府和科學界關注?茖W研究表明,大到自然界,小到我們人體的所有部位,包括我們的頭發中都含有微量稀土,她的影響和作用不能低估。稀土的應用更是包括航天航空、軍事軍工、電子電工、農醫輕紡織等高科技領域,稀土應用的水平也標志著一個國家的科技發展水平。四川瑞澤科技有限責任公司在技術總顧問李東英院士的指導下,圍繞土壤、水體污染治理及生態保護修復,充分發揮稀土的神奇效應,通過二十多年的不斷研究和創新,成功研究開發出了以輕稀土為核心的稀土基水生態系統構建技術,經過廣泛試驗示范、推廣應用,特別經受了一批飲用水源地、灌溉養殖、景觀等水體長達十多年應用項目在安全性、有效性和持續性方面的檢驗,且已經產生了顯著的社會效益、生態效益和經濟效益。該技術得到了中國工程院原副院長干勇院士、柴立元院士、邱定蕃院士、黃小衛院士的充分肯定,并于2020年6月8日,在干勇院士等專家充分調研和現場考察的基礎上,組織了“稀土生態應用科技成果評價”,一致認為回歸自然是社會發展的必然,以自然元素解決生態環境問題是大勢所趨,按照實踐是檢驗真理的唯一標準判斷事物,這項源于我國首創,居于世界領先水平的科技成果,對于水資源保護,水生態修復等的作用和意義十分重大。

    水生態系統構建技術針對湖庫、塘堰、河道、水源地保護等水體污染的成因在于底層淤積污染和水分子包裹污染兩大主因,利用輕稀土開發儲氧材料解決底層微環境問題,再以輕稀土開發超磁透析材料作為介質活化水分子,她們都是以高純度(99.9%)的自然元素為基材,與人工合成的化學物質或者藥劑有著本質區別,而且有效解決了傳統化學方法、生物方法和工程方法不能解決的問題,同時,還有用量少(1-3g/m3)、見效快、持續久、不反彈、成本低等優勢,飲用水源水質提升治理過程不需要停產、停水,安全保障十分可靠。在近120座飲用水源水庫、260余萬畝灌溉養殖水體、近30條河道、20余個景觀水體等項目推廣應用,至今沒有發生一例二次污染和次生災害問題。該項技術已獲得《四川省環境科學技術獎勵三等獎》和《國家稀土科學技術進步二等獎》榮譽,這些都對水生態保護修復將產生積極而深遠的影響。

    2021年12月31日,為更好推動我省水環境治理領域先進適用技術的推廣應用,暢通科研院所、科技企業間的供需對接和交流合作渠道,促進我省生態環?萍紕撔潞统晒D化、深入打好污染防治攻堅戰、改善生態環境質量、推動經濟高質量發展提供有力科技支撐,四川省生態環境廳、四川省科學技術廳牽頭,四川省環境科學學會組織編寫《四川省生態環保技術 2020 年度白皮書(水環境領域)》,本書第六章闡述了稀土基生態系統構建技術的基本原理和詳實案例,特別是利用鑭鈰等自然元素研發成功的稀土新材料,以底層微環境改善為主導,以水體活化為基礎,以恢復生物多樣性為目標的技術體系符合當前和今后一定時期水生態保護修復領域的強有力的技術支撐。

     

    附件1:《四川省生態環保技術 2020 年度白皮書(水環境領域)》第六章“三、全省黑臭水體治理修復及流域生態環保技術原理介紹”部分內容摘要

    (四)基于輕稀土環保功能材料的水生態系統構建技術

    1、技術原理介紹:(1)充分利用稀土鑭、鈰元素的本征特性,自主研發了稀土基環保新材料,促進有益微生物的生長繁殖,使水體及底泥中氮磷等物質得到充分轉化利用,有效降解底泥中的氮磷等物質,降低水體營養鹽含量;(2)底泥中的物質大量分解轉化后底層不斷沙化,再通過吸附沉積的水體膠體物質形成微生物附著的生物膜,為提高自凈能力提供基礎;(3)利用生物生長協同技術,根據不同情況選擇不同食性的魚類,并增加底棲動物,延長食物鏈,構建健康多級食物鏈,讓水體形成健康水循環,實現生態系統的重構。

    2、適用范圍:適用于湖泊、水庫、塘堰、河道、溝渠等黑臭水體的治理修復,對于藍藻治理以及流速相對緩慢的黑臭水體治理具有特別效果。

    3、技術工藝路線:(1)評估-篩選:先對目標水體進行診斷分析,然后以恢復生態學為基礎篩選適合的治理組合技術,最后以穩態轉化理論為基礎設計合理的方案。 (2)水環境系統治理及修復:使用親水配方進行水生態基礎條件建設和水質提升;通過在緩釋箱體中加入特定材料,達到水體長效治理和長久穩定的目的;當污染水體處于缺氧狀態時,通過曝氣能夠增加水體溶解氧含量,從而抑制沉積物中的有機物、氮、磷、鐵和錳的釋放,改善水體環境質量。(3)生態系統治理技術:以恢復生態學為基礎,穩態轉換理論為指導,水生植物本身可以吸收水體和底泥中的營養,且可以減少內源釋放,降低底泥再懸浮,提高水體透明度;利用生物生長協同技術,根據不同水體的情況選擇不同食性的魚類,并增加底棲動物,延長食物鏈,構建健康多級食物鏈,讓水體形成健康水循環。(4)生境生態同建:生態系統初步構建完成后,此時系統還不穩定,還需要考慮目標水體的生境問題,因此根據不同的情況選擇不同的配套措施,讓其生境、生態同建。(5)評估-優化:生態系統建立完成之后要進行二次評估,并對其進行有針對性的優化,其中包括高等水生植物群落調整、魚類群落結構優化調整、底棲生物群落優化調整等。

    4、技術創新性:(1)改善水體微環境,激活了水中有益原生菌和酶的活性,引導有益土著微生物成為優勢種群,實現了原位污染治理和生物生長協同,提高水體自凈能力;(2)通過對污染物的去除和生物體系的構建,生物多樣性得到恢復,將浮游生物、微生物、水生生物培養、繁殖擴大置于整體系統解決方案中,使微生物優勢種群真正形成強大的消除污染物質的力量,使水體自然變,自凈能力不斷增強。

     

    附件2:《四川省生態環保技術 2020 年度白皮書(水環境領域)》第六章“四、全省黑臭水體治理修復及流域生態環保技術典型應用案例”部分內容摘要

    (三)案例3:崇州市向陽水庫水環境治理服務項目

    工程規模:向陽水庫地處四川省崇州市道明鎮以西羅漢溝出山口,屬岷江水系,水庫位于東經 103°25'、北緯 30°36'。水庫壩址海拔高程為638m,壩址以上控制流域集雨面積 2.0km2,設計總庫容 1310 萬m3,現今庫容 800 m3,屬中型水庫,以飲用、灌溉為主,兼有防洪、發電、養殖等綜合效益的水資源,設計灌溉面積為 0.71 萬畝,實灌面積0.71 萬畝。

    工藝流程:采用專用儀器和分析方法,確定水體中各指標的具體含量和超標情況,明確治理思路和對策;根據治理水體周邊的污染源分布情況和水質檢測數據,結合水體治理需要達到的目標,綜合考慮水體流速、流量等情況,確定投加基于鑭改性生物炭材料的種類和用量。將固體粉料攪拌混合均勻成 10-20%的溶液,用計量加料泵投加。

    以《地面水環境質量標準》(GB 3838-2002)為準,將每 100m&sup3;類水體提升至類水體,所投加的基于鑭改性生物炭材料約為 40kg。綜合運用生態浮島、人工濕地、生態河堤、生態溝渠、水下森林等技術重構河流湖庫的水生生態系統,生態系統建立完成之后要進行二次評估,并對其進行有針對性的優化,滿足氮在泥水界面的釋放通量削減率達到 70%以上,磷在泥水界面的釋放通量削減率達到 60%以上,上覆水氮磷濃度滿足地表水環境質量標準(GB 3838-2002類水質以上。

    處理性能:經治理后向陽水庫的錳、銅、鋅、砷、鉻、汞、鉛、總氮、總磷、氨氮等特征污染物指標均達到了《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002、類水體標準,其中重金屬去除率為 75%,氨氮去除率 75%,總氮去除率為 70%,總磷去除率為 60%,COD 去除率為 60%,沒有發生任何二次污染和次生災害問題,且治理見效快且效果明顯。(案例照片詳見白皮書)

    (四)案例4梅灣水庫水質提升及生態修復項目

    工程規模:梅灣水庫位于丹棱縣雙橋鎮梅灣村,集雨面積 15.3 平方公里,總庫容 1015 m3,設計灌面 3.16 萬畝,屬中型水利工程。

    工藝流程:工藝流程主要有以下三個階段:底泥生態改良階段、水質提升階段、水生態修復階段。(1)底泥生態改良階段,通過將底 泥處理材料均勻灑施于整個治理區域,激活底泥中土著微生物,促進 底泥加速轉化利用,從根本上改善底泥環境;(2)水質提升階段,根 據前期底泥改良情況,使用阿爾益水處理型治污材料,吸附水體 中的(懸。┪⒘,通過沉降提高水體透明度,使光合作用大大增強。

    根據型(儲氧材料)治理的水質情況,使用阿爾益水處理 II 型(超磁透析介質)治污材料,消除 或降解水體中的多種有機物及有毒有害的化學物質;(3)水生態修復 階段,在完成底泥生態改良后,水質提升治理階段需配套進行水生態 修復,實現污染的無害化轉移和資源化利用。

    處理性能:丹棱縣梅灣水庫經治理后,實測水質狀況良好,符合《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中類水質標準。以庫容量1015m3計算,削減總磷0.7噸、氨氮1.31噸、氟化物2.81噸。為丹棱縣城及丹棱鎮11個行政村、雙橋鎮6個行政村、楊場鎮2個行政村共計44374人的生活生產用水提供了保障。(案例照片詳見白皮書)

     

    其他案例3:天津護倉河治理

    工程規模:護倉河位于天津市河東區,自河東區光華路與中環線(東興路)交口起,終止于鄭莊子雨水泵站,全長5.4公里。

    工藝流程:針對藍藻治理難度大、易反彈的特點,本工藝流程主要有:(1)首先解決底層微環境,以促進生態改良,加速污染物質轉化利用。(2)激活底泥中多種酶活性,為土著微生物生長繁殖提供支持。(3)采用超磁透析材料作介質,大量釋放水分子中包裹的污染物質,通過吸附絮凝使透明度提升。(4)在切斷營養源的同時,使用“阿爾益”除藍藻材料消除藍藻及其藍藻毒素。(5)通過污染物質大量轉移,營造水生生物繁衍環境,使自凈能力大大增強。

    處理性能: 2015年12月開展治理,到2016年6月基本解決藍藻生長對氮磷的指標,氨氮去除率為67.2%,總磷去除率為73.8%,消除了藍藻和富營養問題,至今沒有爆發藍藻。

    治理前

    治理后

     

    四川省生態環境廳 四川省科學技術廳關于印發《四川省生態環保技術2020年度白皮書(水環境領域)》的通知 詳見鏈接↓↓

    http://sthjt.sc.gov.cn/sthjt/wjtzth/2021/12/31/e13d2692e4d74837acd17394f231af3f.shtml