多污染水體水質提升工程設計分析

時間:2022-05-11 15:49:39

導語:多污染水體水質提升工程設計分析一文來源于網友上傳,不代表本站觀點,若需要原創文章可咨詢客服老師,歡迎參考。

多污染水體水質提升工程設計分析

摘要:隨著社會的發展,許多城市在發展經濟的同時,忽略了對城市河道的保護,使得3河道遭受不同程度的污染,嚴重阻礙了城市生態的可持續發展,近年來由于人們生態環保意識的提升,有關城市河道水質提升技術的研究工作也得到了相應的發展。文章以太平河綜合生態治理為背景,針對太平河水質污染類型多樣的情況,采用尾水濕地處理工藝和親水型生態系統工藝,分析兩種工藝在太平河水質提升工程中的設計應用。結果表明,兩種工藝可以大大削減太平河的污染負荷,改善區內水生態景觀。

關鍵詞:水質提升;潛流濕地;親水型

生態系統河道水質凈化工程是一項理論復雜、因素眾多、操作困難的系統工程[1],需要根據特定河道的水質情況、污染情況等實際情況,科學合理地選擇、設計河道修復工藝及方法,根據修復機理不同,可以分為物理修復、化學修復及生態修復三種修復類別[2]。隨著水環境治理技術的日益發展,專門技術建設典型示范工程也開始普及,環境治理技術開始向改善河流生態系統及功能的方向發展,在發揮現有水利工程作用的同時,開始強化天然或人工水域的自然恢復能力或自凈能力,如人工濕地系統[3]、氧化塘[4]、人工強化型懸浮物載體生物移動床[5]、生態浮島[6]等。針對太平河水質污染類型多樣的情況,本文將人工潛流濕地系統與親水型生態系統相結合,分析了兩種工藝結合在太平河水質凈化提升工程中的應用,希望為同類工程的河道治理提供一定的參考。

1項目背景

1.1工程概況

太平河位于西安市西部,是皂河的一級支流,自高新區市政箱涵出水口至入皂河口,為西安市城市排水系統中,皂河排水系統的重要組成部分。太平河改造總長度為23.84km,項目整體包含水利工程、水生態工程及水質提升工程,重點打造一條水清、岸綠、景美的城中河,打造構筑“城市生態長廊”,創造“水、林、城”于一體的特色風景線。

1.2太平河河道水環境現狀

1.2.1水質情況太平河綜合水質是劣Ⅴ類,主要污染物為總磷、氨氮以及生化需氧量。雖然河流自凈能力能降解部分污染物,但河流多段水質仍為劣Ⅴ類,而水環境對污染物的容納有一定限度,當污染物持續進入并在環境中不斷累積,一旦超過其容納限值必然導致水質惡化,水環境被破壞。因此,要保護水環境,保持水體自凈化能力和維護水生態系統,應在太平河各個污水廠出水口處及河道內采取相應的水質治理和改善措施,降低對下游河道的污染貢獻度,同時必須對太平河沿線村寨生活污水排放及農田面源污染進行重點治理,做好全線截污納管工作。1.2.2河道排污情況河道周圍排污口較多,但大部分排污口已經被封死,不再排污,仍有部分排污口排放生活污水進入河道,排污管管徑由15cm~100cm不等,仍在排污的主要有9處。沿河城鎮生活污水截污不完全,處理能力不足,存在雨水混流入河、管道老化失修等問題。1.2.3污水處理廠情況太平河沿線有四個污水處理廠,分別為第六污水處理廠(尾水出水量20萬m3/d)、第七污水處理廠(尾水出水量14萬m3/d),灃東南污水處理廠(尾水出水量20萬m3/d)、灃東北污水處理廠(尾水出水量20萬m3/d),出水標準都為一級A標,總出水量74萬m3/d,需要作為太平河的補水水源,全部排入太平河內。

2方案設計

2.1總體思路

本工程主要從污水廠尾水處理、河道水質凈化兩個方面進行方案設計,方案總體思路為通過潛流濕地系統去除污水廠尾水中的污染物,待出水達到標準后排入河道,然后利用親水型生態系統提升河道水質,改善河道生態環境,從而達到水質凈化提升、生態可持續發展的目的。

2.2尾水濕地處理工程設計

2.2.1工程工藝簡介潛流濕地是本項目的核心凈化工藝,是包含植物—填料—微生物系統的復合人工池體,污水流經潛流濕地,通過植物—填料—微生物這一復合生態系統中物理、化學及生物三者共同作用,去除水體中的污染物,實現對水體的高效凈化。原水自底部進入潛流濕地,均勻的流過濕地內部的生態料后,自頂部排除潛流濕地,在這個過程中,通過頂部種植的挺水植物、植物根部和生態填料表面附著的微生物的共同作用,實現了水質凈化的目的。2.2.2進出水質確定①濕地進水水質根據污水處理廠設計處理標準,污水廠尾水水質滿足污水排放一級A標準,如表1所示。②濕地出水水質污水廠尾水經濕地處理后用于太平河補水,太平河規劃水質目標為地表水Ⅴ類水質。各分段工程設計濕地出水除總氮外,其他指標滿足地表水Ⅴ類水質排放標準,通過濕地內各處理單元的凈化作用,對出水水質設計見表2所示。2.2.3濕地占地面積計算潛流濕地面積設計依據《人工濕地污水處理工程技術規范》(HJ2005-2010)有關規定進行。城鎮生活污水、城鎮污水處理廠出水及生活污水性質相近的其他污水處理工程,可采用潛流濕地進行處理,其主要設計參數見表3所示。濕地的面積設計主要依據最大污染負荷與水力負荷,分別計算最大污染負荷與水力負荷取最大值。①按照污染負荷計算獲得面積濕地污染負荷有CODcr表面負荷、NH3-N表面負荷、TP表面負荷,用污染負荷計算濕地面積:A=Q×(Co-Ce)N式中:Q—污水流量,m3/d;Co—進水污染物濃度,mg/L;Ce—出水污染物濃度,mg/L;N—污染物表面負荷,g/m2·d。②按照最大日流量水力負荷計算濕地面積:A=QNq式中:Nq—水力負荷,L/m2·d。作為濕地污水處理的系統設計,水力負荷也是需要考慮的一個重要因素,即單位時間、單位面積應用水的體積需多大量進入濕地才能達到理想的效果。潛流型濕地的水力負荷范圍如表3所示,其具體參數根據預處理程度、水量選取。本工程采用較高的水力負荷750L/m2·d計算,第六污水廠、灃東南污水廠、灃東北污水廠、第七污水廠尾水凈化所需濕地面積分別為266667m2、266667m2、266667m2、186667m2。以上計算方法選取最大值,則理論上潛流濕地的占地總面積為986668m2,第六污水廠、灃東南污水廠、灃東北污水廠、第七污水廠尾水凈化所需濕地面積分別為266667m2、266667m2、266667m2、186667m2。工程考慮占地、運行管理、景觀效果等因素,采用潛流濕地處理工藝,綜合上述潛流濕地占地面積理論計算結果,工程濕地占地總面積至少為98.67萬m2。

2.3清水型生態系統設計

為保證景觀水體觀賞效果,將水華爆發的風險降至最低,公園濕地采用清水型生態系統進行水質凈化,補水水源為污水廠尾水經過濕地凈水后的水體,景觀湖進水水質為Ⅴ類水,設計目標位Ⅳ類水,透明度大于1.5m。2.3.1清水型生態系統凈化參數設計生態系統凈化效率:沉水植物為生態系統的初級生產者,代表了整個水體的生產力,是生態系統的核心環節,本設計以沉水植物指標表征生態系統綜合凈化效率進行設計,沉水植物生長繁殖周期為一年,其凈化效率以全年計算,水質凈化目標以《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)TP、TN類計算。①削減污染負荷入水水質采用《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)TP、TN主要控制富營養化指標進行設計。湖區第一年運行的主要污染物負荷總量TN為386.06kg/a,TP為77.22kg/a。②湖泊生態系統表面營養鹽負荷2.3.2高等水生植物—微生物功能群設計①高等水生植物高等水生植物為生態系統最重要的初級生產力及核心組成部分,包括挺水植物、浮葉植物、沉水植物,不同的群落結構起到不同的功能。水生植物功能群選擇原則:a.促進懸浮物沉降,防止再懸浮;b.凈化能力強,四季凈化;c.生態安全,非外來物種;d.生態景觀良好。結合項目所在地的氣候、地質地貌以及區域情況,沉水植物擬選擇苦草群叢,挺水植物擬選擇水生美人蕉、梭魚草、花菖蒲等,浮葉植物擬選擇睡蓮等。配置原則:沉水植物群叢式單一品種片植,挺水植物單一品種片植,觀花觀葉交錯配置,浮葉植物單一品種株植。②微生物微生物為生態系統核心凈化功能群,其增加方式:a.直接投加;b.利用水生植物種植營造生境,通過水生植物根際—植株效應增加有益微生物系統。由于直接投加微生物無法持續凈化水質,且在地表水中因缺乏碳源無法充分發揮水質凈化作用,本方案采用種植水生植物,營造生境,促進系統有益微生物生長并且持續發揮凈化能力。2.3.3水生動物功能群設計①沉水植物—底棲動物相生功能群湖區水體中的懸浮物容易造成沉水植物附著物過厚影響其光合作用,導致沉水植物生長減緩,凈化效果不佳,構建附著物清除系統可以改善沉水植物生長緩慢的情況,從而加強其凈化效果。通過原地試驗發現,環棱螺可明顯降低單位面積附著生物的生物量。同時,環棱螺食主要攝食附著物、有機碎屑,對植物活體無害,根據項目所在地氣候、湖區水質條件,本方案擬采用梨形環棱螺品種。②底棲動物—有機質分解功能群生態系統運行后,各水生植物會有死亡、沉降、在湖底形成沉積物的過程,因此,有機物循環功能群在生態系統工程設計中至關重要。基于本文所依托項目湖泊為新建湖且無外源污染,其沉積物積累較慢,從生態系統完整性考慮,需投放具有有機碎屑攝食能力的不同梯度的有機物分解功能群。本設計底棲動物選擇無齒蚌,根據無齒蚌放養密度及浮游植物控制作用設計,本方案全湖投放黃顙魚。2.3.4生物操控—浮游動物—魚類功能群設計湖泊生態系統中浮游動物種群增加有兩個途徑:①浮游動物直接添加,此種方法適合藍藻水華或富營養化非常嚴重,藻類非常多且雜食性魚類很少的水體中,否則浮游動物很難存活且發生作用;②通過典型生物操控,構建肉食性魚類群落,控制雜食性魚類群落,從而壯大浮游動物種群,實現對浮游植物的攝食,此種方法適合于水域面積中等至較小且雜食性魚類較多的湖泊。根據項目景觀湖的具體情況,浮游植物生物量控制通過典型生物操控實現。

3結語

通過人工潛流濕地與親水型生態系統的綜合運用,發揮了水系凈化功能,改善了污水廠尾水水質,通過該項工程,完善了水系濕地凈化系統,引污水廠尾水進入濕地系統,經處理后排入太平河,大大削減了太平河的污染負荷。同時,通過該項工程的建設,對該區域的生態修復及太平河周圍景觀起到了美化作用,使濕地系統產生景觀效應。

作者:印錫平 馬江紅 杜榮波 夏新波 梁鑫 單位:中電建路橋集團有限公司 中國水利水電第三工程局有限公司