摘要：針對清河下游現(xiàn)狀水污染特點(diǎn), 采用物理- 生物- 生態(tài)技術(shù)相結(jié)合的組合工藝, 對河道污染水體進(jìn)行處理, 有效地去除水中的有機(jī)物污染和黑臭, 減少水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量, 改善水色及透明度, 探索河道污染水體治理的有效途徑。

關(guān)鍵詞：濕地污染河道生態(tài)技術(shù)研究

1 任務(wù)來源及項(xiàng)目背景

隨著首都經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 水污染問題也越來越突出, 生態(tài)環(huán)境日趨惡化, 嚴(yán)重影響了居民的正常生產(chǎn)生活。為了改善北京城市的水環(huán)境, 為廣大市民提供優(yōu)美健康的生存環(huán)境, 北京不斷加大污水治理力度,限制進(jìn)入河中的污染物, 實(shí)施截污工程, 對河流水質(zhì)改善起到了巨大的作用。但由于歷史的原因, 污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)與河流地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并不一致,污水廠排水仍不能夠滿足河道水功能區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)。城市建設(shè)長期發(fā)展的積累, 眾多規(guī)模較小的排污口無法納入到截污工程之中, 零散分布的點(diǎn)源污染往往直接入河, 對水質(zhì)造成破壞。

清河下段就是上述污染河流之一, 由于清河流域污水截流工程及污水處理廠的建設(shè)還不完善, 上游污水量超出了現(xiàn)有污水處理廠的處理能力, 未經(jīng)處理的污水順河排向下游, 造成下游、尤其是河口處水質(zhì)惡化、臭氣彌漫, 嚴(yán)重影響了周邊環(huán)境以及當(dāng)?shù)貦C(jī)關(guān)單位和居民的正常生產(chǎn)和生活。目前污水處理廠的處理工藝已日趨成熟, 而對于大河道內(nèi)的污染水體, 至今還沒有較完善的解決方案。

為了摸索出一套解決河道水體污染的行之有效的辦法, 改善河道水質(zhì), 消除河道臭味, 選擇清河下游黑臭河道作為試點(diǎn)進(jìn)行研究。經(jīng)現(xiàn)場勘察, 項(xiàng)目地點(diǎn)選定在沈家墳閘上游右岸。此處原來是清河故道, 現(xiàn)狀地勢低洼, 蘆葦叢生, 面積約16 萬m2。由于該處是垃圾填埋場, 現(xiàn)狀溝槽內(nèi)垃圾遍地, 近1 / 2 的坑塘被填埋。通過對該地區(qū)進(jìn)行疏挖治理, 并充分利用現(xiàn)狀坑塘, 形成濕地, 將河道污水引入其中, 經(jīng)過人工和生物處理后再返回下游河道, 從而改善河道水質(zhì)。水位可以通過現(xiàn)狀沈家墳閘控制, 調(diào)節(jié)濕地水位, 利于水生植物的生長。

通過選擇合理工藝, 并進(jìn)行試驗(yàn)觀測和分析, 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)作為黑臭河道治理的樣板, 推廣應(yīng)用。

2 研究內(nèi)容及預(yù)期目標(biāo)

本項(xiàng)目主要任務(wù)根據(jù)污染河道水體的水質(zhì)狀況,選擇經(jīng)濟(jì)、合理、可行的處理工藝, 消除河水黑臭,確定運(yùn)行管理方案。

處理流量采用平常年份平均流量。進(jìn)水水質(zhì)由實(shí)測數(shù)據(jù)和以往河道水質(zhì)指標(biāo)推算確定。出水水質(zhì)根據(jù)采用工藝流程、現(xiàn)場可利用面積、工藝采用的參數(shù)經(jīng)計(jì)算確定。

(1) 處理流量7.5 m3 / s, 即64.8 萬m3 / d, 按工程區(qū)地質(zhì)、氣候( 降水、氣溫等) 衡量, 總損失水量為2 400 m3 / d。

(2) 進(jìn)水水質(zhì): CODCr 為100 mg/L, BOD5 為35mg/L,NH3- N 為24 mg/ L, 溶解氧為0.2 mg/ L。

(3) 夏秋季全部河水經(jīng)本工藝處理后, 達(dá)到以下水質(zhì)指標(biāo): ①河水無臭味; ②CODCr 為70～80 mg / L,BOD5 為25 ～28 mg / L, NH3- N 為12 mg / L, 溶解氧為2 mg/ L。

3 技術(shù)路線及工藝選擇

針對清河下游河道水質(zhì)污染現(xiàn)狀, 綜合考慮處理工藝的有效性、長效性、經(jīng)濟(jì)性和生態(tài)兼容性等, 將各種處理技術(shù)合理結(jié)合, 充分發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)越性, 對河道污染水體進(jìn)行處理, 力求持續(xù)發(fā)揮和強(qiáng)化河流自身的凈化能力, 減少能源消耗和二次污染, 同時(shí)與親水景觀建設(shè)結(jié)合, 使處理工藝親切自然, 更富人性化。

從現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果看, 造成清河水質(zhì)惡化變臭的根源在于清河上游大量的生活和工業(yè)污水排放入河,大量有機(jī)污染物消耗了河水的溶解氧, 全河道形成厭氧環(huán)境, 河面不斷形成硫化氫、甲烷等臭味氣體釋放,使清河變成了臭河。解決河水發(fā)臭的途徑是增加河水的溶解氧含量, 減少河水的耗氧有機(jī)物和氨氮, 把河道水體從厭氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變成好氧狀態(tài), 從而消除發(fā)臭氣體的產(chǎn)生。

根據(jù)實(shí)際情況, 本項(xiàng)目確定以物理— 生物—生態(tài)技術(shù)相結(jié)合的綜合處理工藝, 對清河污水進(jìn)行治理。主要包括人工曝氣、生物穩(wěn)定塘、模擬自然河流通道、滲濾壩凈化、表流濕地、水生植物等。

(1) 人工曝氣是提高水體溶解氧濃度的有效措施,一方面在水中形成好氧環(huán)境, 抑制厭氧微生物的作用;消除河水臭味。另一方面用來強(qiáng)化降解河水中的有機(jī)污染物。

(2) 利用天然的低洼坑塘、荒地等蓄水, 營造水生植物、微生物, 以及水生動(dòng)物等生物群落形成生物穩(wěn)定塘和人工濕地, 通過自然力的過程, 達(dá)到去除有機(jī)物、懸浮物、氮、磷、金屬物質(zhì)和病原體等污染物,實(shí)現(xiàn)污水凈化的目的。

(3) 在生物穩(wěn)定塘內(nèi), 利用細(xì)菌和藻類等微生物的共同作用來處理污水, 通過稀釋、沉淀和絮凝作用、微生物的代謝作用、浮游生物的作用、水生維管束植物的作用, 構(gòu)建微型塘生態(tài)系統(tǒng), 增進(jìn)整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

(4) 在一定的溶解氧濃度下, 人工濕地可以有效地消除有機(jī)物污染和黑臭, 減少水體營養(yǎng)物質(zhì)含量,改善水色及透明度。

(5) 利用較狹窄的地段, 模擬自然河流通道, 在通道內(nèi)布置滲濾壩、卵石護(hù)岸及本土水生植物等, 利用地形落差自然曝氣, 而卵石、水生植物表層的生物膜可以有效地降解有機(jī)污染物, 同時(shí)起到物理吸附、沉降、過濾作用。

4 工程布置

按照不同的功能, 將整個(gè)工程區(qū)劃分為厭氧水解區(qū)、強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)、生物穩(wěn)定塘、表流濕地系統(tǒng)等4 個(gè)區(qū)域。4 區(qū)整合在一起, 形成一體化、功能化、園藝景觀化、自然生態(tài)化的生物通道。

(1) 厭氧水解區(qū)。利用現(xiàn)狀沈家墳閘攔水后, 在沈家墳閘與濕地系統(tǒng)進(jìn)水閘之間形成一段面積3 萬m2的相對流動(dòng)減緩的區(qū)域, 由于流速減緩, 河水形成上層兼氧、下層厭氧的水體, 對污水起到沉淀和水解酸化作用, 增大污水的可生化性。

(2) 強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)。強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)容積的設(shè)計(jì)依據(jù)曝氣系統(tǒng)和水力停留時(shí)間計(jì)算, 強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)長400 m、寬40 m 左右, 總面積2 萬1 592 m2, 設(shè)計(jì)水深3 m。在復(fù)氧區(qū)底部設(shè)曝氣單元共4 個(gè), 每單元尺寸平均長48 m, 平均寬30 m, 可通過岸上的調(diào)節(jié)氣閥控制曝氣氣量, 河水在流經(jīng)曝氣段的停留時(shí)間為2 h。曝氣系統(tǒng)采用鍍鋅鋼管輸氣、微孔軟管曝氣的方式。曝氣裝置選用以化纖增強(qiáng)改良塑料為材料的軟性管狀曝氣器。軟管周徑表面都有氣孔, 都能曝氣, 在水中產(chǎn)生中、微氣泡。氣泡上升速度慢, 布?xì)饩鶆? 氧利用率高,氣道短而直, 氣壓損失小。利用人工曝氣的方式迅速提高污水的溶解氧含量, 使污水在此區(qū)得到較好的微生物降解。

(3) 生物穩(wěn)定塘。生物穩(wěn)定塘位于強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)之后, 下游接表流濕地, 面積2 萬3 330 m2, 有效水深4 m, 設(shè)計(jì)停留時(shí)間2.5 h。其核心作用為沉淀強(qiáng)化復(fù)氧區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的污泥。生物穩(wěn)定塘與表流濕地共同形成相輔相成的生態(tài)處理系統(tǒng), 一方面生物穩(wěn)定塘在深水厭氧條件下對污染物進(jìn)行水解, 提高可生化性; 另一方面表流濕地在去除污染物的同時(shí)對污水進(jìn)行復(fù)氧,提高溶解氧濃度。復(fù)氧后的污水經(jīng)生物穩(wěn)定塘進(jìn)行沉降、分離。穩(wěn)定塘中以自然生長植物為主, 周邊及單元銜接表流濕地中以挺水植物為主, 共同構(gòu)成生物穩(wěn)定塘多樣性生態(tài)系統(tǒng)。

(4) 表流濕地區(qū)。人工表流濕地系統(tǒng)占地面積約為10 hm2, 為適應(yīng)表流濕地植物耐受水深特點(diǎn), 保證實(shí)際運(yùn)行能達(dá)到各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn), 對表流濕地結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化布置, 將表流濕地劃分為8 個(gè)單元, 每個(gè)區(qū)均采取深淺槽布置, 水深0.2 ～1.0 m。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 增加污染物處理途徑, 延長水路和污水與植物接觸時(shí)間, 人工濕地系統(tǒng)模仿自然濕地, 即建造盡可能多的小環(huán)境, 使水流路徑曲折多樣。根據(jù)水體流經(jīng)的不同地段, 栽種蘆葦、蒲草、雨久花、荷花等水生植物, 通過土堤、植物帶、滲濾壩等隔離形成不同植物功能區(qū)組合式污水凈化系統(tǒng), 建立水生生態(tài)系統(tǒng), 使生物凈化效果達(dá)到最高。

5 成果與分析

分別對進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了取樣檢測, 檢測環(huán)境在室溫15.0 ~ 22.0 ℃、濕度30.0 %~ 50.0 %下進(jìn)行,檢測結(jié)果如圖2。

根據(jù)上述檢測結(jié)果, 采用本工藝可有效處理河水中的有機(jī)物污染和黑臭, 減少水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量, 改善水色及透明度, 使清河下段水環(huán)境的水質(zhì)有效凈化, 對地下水環(huán)境也產(chǎn)生有利影響。全部河水經(jīng)工程系統(tǒng)處理后, 可基本消除河水臭味, 懸浮物由28.0 mg / L 降至20 mg / L, 總磷由2.4 mg / L 降至1.07 mg / L, 總氮由32.2 mg / L 降至20.4 mg / L, CODCr由96 mg / L 降至51.1 mg / L, BOD5 由23.0 mg / L 降至6.1 mg/ L, NH3- N 由27.0 mg/ L 降至13.5 mg / L, 溶解氧可達(dá)到10.9 mg/L, 主要污染物去除率在30 %～75 %范圍。

經(jīng)本工藝處理后, 較大程度地改善了清河下段的污染狀況, 恢復(fù)了清河下游的生態(tài)環(huán)境功能, 提高了河道自凈能力。清河不再是往日的污水河、臭水河, 又能正常參與空氣的凈化和沿河兩岸氣候的調(diào)節(jié)。

6 結(jié)論

(1) 技術(shù)的有效性: 根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn), 首次在大河上采取物理- 生物- 生態(tài)技術(shù)相結(jié)合的綜合處理工藝,包括微孔曝氣、生物穩(wěn)定塘、模擬自然河流系統(tǒng)、滲濾壩、表流濕地、水生植物等, 安全有效地去除黑臭河道水體的污染物, 效果顯著。

(2) 技術(shù)的生態(tài)相容性與長效性: 采用生態(tài)措施,模擬河流天然生態(tài)系統(tǒng), 恢復(fù)并進(jìn)而發(fā)揮河流自身生態(tài)系統(tǒng)的功能, 近期的物理措施與遠(yuǎn)期的生物- 生態(tài)措施相結(jié)合, 隨著河道兩岸污水截流工程的逐步完善,以及本系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的建立, 生態(tài)處理工藝將占主導(dǎo)地位, 長期有效地改善河道水質(zhì), 達(dá)到河流污染控制的長期保持。

(3) 技術(shù)的景觀協(xié)調(diào)性: 因地制宜, 充分利用現(xiàn)有地形, 布置景觀設(shè)施, 綠化美化, 改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境, 同時(shí), 景觀疊石、景觀植物又起到改善水質(zhì)的作用。

(4) 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性: 采用綜合的處理工藝, 一次性投資少, 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低廉, 根據(jù)上游來水水質(zhì)的變化, 調(diào)整設(shè)備運(yùn)行時(shí)間, 充分發(fā)揮生物系統(tǒng)處理的功能, 從而進(jìn)一步降低運(yùn)行成本。

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作者簡介: 周志華( 1969 — ) , 男, 高級工程師。

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