A2O在中小型人工湖水體污染治理中的應(yīng)用研究

曾永剛， 王仲貴， 黃　進(jìn)， 黃正文

(成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 四川 成都　610106)

A2O在中小型人工湖水體污染治理中的應(yīng)用研究

曾永剛， 王仲貴， 黃進(jìn)， 黃正文

(成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 四川 成都610106)

摘要：在分析中小型人工湖特點、污染現(xiàn)狀及原因的基礎(chǔ)上，以成都大學(xué)柳鶯湖和嚶鳴湖為例，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，提出將傳統(tǒng)的A2O污水處理工藝原理與中小型人工湖生態(tài)景觀工程相結(jié)合，通過設(shè)計立體供氧系統(tǒng)，從橫向和縱向全方位實現(xiàn)A2O過程，兼顧景觀效果及環(huán)保效益，旨在開發(fā)出一種適合于中小型人工湖水體污染綜合治理的生態(tài)工藝化處理技術(shù)和方法.

關(guān)鍵詞：A2O；中小型人工湖；水體污染；立體供氧系統(tǒng)；生態(tài)工藝化

文章編號：1004-5422(2015)02-0184-04

中圖分類號：X524

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：標(biāo)志碼：A

收稿日期：2015-03-25.

基金項目：四川省科技廳科技計劃(2015GZ0245)、 成都大學(xué)?？萍及l(fā)展基金(2013XJZ10)資助項目.

作者簡介：曾永剛(1980 — )， 男， 碩士， 講師， 從事水污染控制技術(shù)研究.

Abstract:Based on analyzing the characteristics of medium or small sized artificial lakes,pollution status and reasons,conventional processing methods and the differences from other water treatment technologies,taking Liuying lake and Yingming lake of Chengdu university as examples,we put forward the idea of combining the process principle of traditional A2O sewage treatment technology with the ecological landscape engineering of medium or small sized artificial lakes by the landscape ecology principle.Through designing the stereoscopic oxygen supply system,the A2O process is realized from full horizontal and vertical orientations.The landscape effects and the environmental benefits are guaranteed.This paper,therefore,aims to develop an ecological process technology and method which can be universally suitable for comprehensive treatment of water pollution in the medium or small sized artificial lakes.

0引言

隨著人們生活水平的提高和對環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提升，在住宅區(qū)、學(xué)校或大型公共綠地等區(qū)域修建中小型人工湖，以滿足人們對景觀效果的要求已十分普遍[1].由于人工湖獨有的特點：受周邊環(huán)境污染物影響較大，其生態(tài)自凈能力較弱，其水質(zhì)污染日益明顯，嚴(yán)重影響其環(huán)境和景觀效益，采用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)方法治理人工湖，只能暫時緩解水體的惡化程度，而利用排水換水的方式來改善人工湖的水質(zhì)狀況，在水資源短缺的今天既不經(jīng)濟(jì)又不利于可持續(xù)發(fā)展[2-3].本研究以成都大學(xué)柳鶯湖和嚶鳴湖為對象，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，提出將傳統(tǒng)A2O的污水處理工藝原理與中小型人工湖生態(tài)景觀工程相結(jié)合，通過設(shè)計立體供氧系統(tǒng)，從橫向和縱向全方位實現(xiàn)A2O過程，兼顧景觀效果及環(huán)保效益，旨在開發(fā)出一種適合于中小型人工湖水體污染綜合治理的生態(tài)工藝化處理技術(shù)和方法.

1中小型人工湖特點與污染成因

1.1中小型人工湖特點

中小型人工湖大都是由人工挖掘，有較強(qiáng)的景觀性并具有一定調(diào)節(jié)小氣候的作用，可供人們娛樂和休閑的水域，其主要特點為：用水泥作為底質(zhì)，并用水泥駁岸，不設(shè)置底棲動物和水生植物，其景觀效果差，水體自凈功能弱，水質(zhì)易受外界污染物干擾；仿造天然湖泊，以泥為底，在水體中種植一些觀賞性植被，投放魚類等，使水質(zhì)得到一定的改善，但由于雨水、污水等外界污染物、植被腐爛和餌料造成的污染遠(yuǎn)超出水體自凈能力，使得湖水水質(zhì)惡化，出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境和美觀.

1.2中小型人工湖污染現(xiàn)狀及原因分析

由于中小型人工湖地理位置和功能的特殊性，其污染原因呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣性.

1)進(jìn)水復(fù)雜，水質(zhì)不穩(wěn)定.一般人工湖水源來自附近河流，然而大多數(shù)河流的水質(zhì)已經(jīng)被污染，例如：工廠廢水、居民生活污水及農(nóng)業(yè)面源污染的匯入；周邊地表徑流雨水及雨水管網(wǎng)中的雨水等的排入；外界污染源的多樣性和不穩(wěn)定性，致使淤泥大量沉積、枯枝落葉的腐爛、有機(jī)物超負(fù)荷進(jìn)入，加之魚餌飼料等其他污染物極易造成水體富營養(yǎng)化等.

2)生態(tài)結(jié)構(gòu)簡單，水體自凈能力弱.由于中小型人工湖需要考慮景觀效果、運(yùn)行成本與維護(hù)管理等因素，通常生態(tài)結(jié)構(gòu)較為單一，生物多樣性發(fā)展受限，湖中的物質(zhì)和能量交換較弱，水體自凈能力弱.多數(shù)中小型湖體呈不規(guī)則形態(tài)，邊角部分易形成死水區(qū)，水流緩滯，甚至處于靜態(tài)，水力交換極為緩慢，從而使得污染物難以稀釋和擴(kuò)散，污染物濃度在空間分布上差異較大，無法依靠自身設(shè)計對水體進(jìn)行自凈處理，局部水域易受到污染而產(chǎn)生水質(zhì)惡化，并影響到整個湖水水質(zhì).

3)管理不規(guī)范，加劇了水質(zhì)惡化.人工餌料投放，生活污水非規(guī)范化排入，雨水沖擊的泥沙和其他懸浮物，生活垃圾隨意丟棄等人為污染欠缺規(guī)范化的管理，加劇了湖水水質(zhì)的惡化.

2A2O在人工湖水體治理中應(yīng)用

2.1A2O工藝原理及特點

A2O生物脫氮除磷工藝[4]是傳統(tǒng)活性污泥工藝、生物硝化及反硝化工藝與生物除磷工藝的綜合.

A2O工藝流程為：原水與從沉淀池回流的污泥首先進(jìn)入?yún)捬醭兀诖宋勰嘀械木哿拙迷鬯械娜芙鈶B(tài)有機(jī)物進(jìn)行厭氧釋磷，然后與好氧末端回流的混合液一起進(jìn)入缺氧池，在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有機(jī)物和回流的硝酸鹽進(jìn)行反硝化作用脫氮.脫氮反應(yīng)完成后，進(jìn)入好氧池，在此污泥中的硝化菌進(jìn)行硝化作用，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽同時聚磷菌進(jìn)行好氧吸磷，剩余的有機(jī)物也在此被好氧細(xì)菌氧化，最后經(jīng)沉淀池進(jìn)行泥水分離，出水排放，沉淀的污泥部分返回厭氧池，部分以富磷剩余污泥排出.

A2O工藝在系統(tǒng)上可稱為最簡單的同步脫氮除磷工藝，總的水力停留時間少于其他同類工藝.在厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行條件下，絲狀菌不能大量增殖，無污泥膨脹之虞，SVI值一般均小于100 mL/g；運(yùn)行中勿需投藥，兩個A段只需輕緩攪拌，以不增加溶解氧為度，運(yùn)行費用低；厭氧、缺氧、好氧3種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機(jī)配合，能同時具有去除有機(jī)物、脫氮除磷的功能[5].

2.2柳鶯湖及嚶鳴湖水質(zhì)現(xiàn)狀

位于成都大學(xué)校園內(nèi)的柳鶯湖及嚶鳴湖，位于成都市龍泉驛區(qū)十陵鎮(zhèn)清水河流域內(nèi)，屬于典型的中小型人工湖，通過對兩湖中的COD、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP等主要指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測及分析，并參照表1的水質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)[6]，對兩湖2014年水質(zhì)進(jìn)行綜合污染指數(shù)評價分析，其結(jié)果如表2所示.

表1　地表水水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)

表2　兩湖綜合污染指數(shù)及評價結(jié)果

由于兩湖水質(zhì)污染源復(fù)雜且多變，使其水質(zhì)情況在不同的時間呈現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性，但總體屬于Ⅲ、Ⅳ類，屬于輕度或中度污染.

2.3工藝設(shè)計

根據(jù)成都大學(xué)柳鶯湖和嚶鳴湖特殊的地理位置和周邊環(huán)境，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，將傳統(tǒng)的A2O污水處理工藝原理與兩湖生態(tài)景觀工程相結(jié)合，利用兩湖現(xiàn)有高程差，通過設(shè)計立體供氧系統(tǒng)，從橫向和縱向全方位實現(xiàn)A2O的污水處理過程，將景觀效果與環(huán)保效益有機(jī)融合為一體，實現(xiàn)中小型人工湖水體污染綜合治理的生態(tài)工藝化處理，其工藝設(shè)計流程如圖1所示.

圖1兩湖工藝設(shè)計流程圖

2.4A2O污水處理過程的實現(xiàn)途徑

2.4.1縱向和橫向全方位打造立體供氧系統(tǒng).

1)縱向.根據(jù)人工湖實際情況設(shè)計池深和底泥深度，湖中種植凈水景觀植被，湖面通過噴泉控制溶解氧，沿湖深垂直方向依次形成好氧、缺氧、厭氧系統(tǒng)，縱向形成A2O污水處理過程的垂直兼性氧化系統(tǒng).

2)橫向.在柳鶯湖死角處設(shè)置人工噴泉，控制溶解氧.同時，經(jīng)過一級凈化的柳鶯湖水通過溝渠匯入嚶鳴湖，在連接兩湖的溝渠中設(shè)置景觀雕塑曝氣裝置，實現(xiàn)第二次曝氣充氧；嚶鳴湖則沿水流方向設(shè)計橫向梯度曝氣系統(tǒng)，在湖的一側(cè)設(shè)置景觀噴泉，而另一側(cè)不設(shè)置，在南北方向橫向形成好氧、兼性和厭氧環(huán)境，橫向形成A2O污水處理過程的水平兼性氧化系統(tǒng).

2.4.2利用植被實現(xiàn)A2O污水處理過程.

1)配置不同季節(jié)植被，實現(xiàn)湖面四季綠意盎然，最大限度的發(fā)揮其凈水功能.葛瀅等[7]對輕度富營養(yǎng)化水體開展了生態(tài)工程方面的研究，結(jié)果表明水生植物凈化效果明顯.此外，植物在雨水徑流污染控制中具有重要作用，Culler等[8]研究發(fā)現(xiàn)植物系統(tǒng)能夠直接吸收營養(yǎng)物，誘捕沉淀物，支撐附生植物的生長.因此，在冬季可種植耐寒型的沉水植物與夏季凈化能力較強(qiáng)的喜溫植物組成常綠型水生植被，實現(xiàn)美化和凈化功能的季節(jié)性交替互補(bǔ).

2)挺水、浮水與水下植被打造立體供氧系統(tǒng).在湖岸淺水區(qū)域種植挺水植物香蒲、蘆葦、風(fēng)車草等，形成環(huán)湖的天然過濾帶，對從地表流入湖中的水起過濾作用，吸收轉(zhuǎn)化、積累輸入的部分有機(jī)質(zhì)及營養(yǎng)鹽，防止水體富營養(yǎng)化.在湖底種植苦草等沉水植物和蓮花等浮葉植物，通過釋放化感物質(zhì)抑制藻類生長，從而保持水體的清水穩(wěn)態(tài)，防止底泥再懸浮而降低透明度.同時，這些水生植物通過光合作用釋放氧，起到增氧作用，有利防止湖水黑臭，延長湖中食物鏈，增強(qiáng)水體自凈能力，打造立體供氧系統(tǒng).

2.5處理效果

由于十陵鎮(zhèn)清水河上游100 m的水質(zhì)情況為Ⅳ類[9]，加之成都大學(xué)校園內(nèi)兩湖水源復(fù)雜多變，致使其水質(zhì)極不穩(wěn)定.將傳統(tǒng)的A2O污水處理工藝原理與中小型人工湖生態(tài)景觀工程相結(jié)合后，通過設(shè)計立體供氧系統(tǒng)，從橫向和縱向全方位實現(xiàn)A2O過程，使出水水質(zhì)能夠達(dá)到Ⅱ～Ⅲ類水質(zhì)，滿足景觀用水要求，此污水處理方法適用于一般中小型人工湖水體污染綜合處理.

3結(jié)論

本研究以成都大學(xué)柳鶯湖和嚶鳴湖為例，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，提出將傳統(tǒng)的A2O污水處理工藝原理與中小型人工湖生態(tài)景觀工程相結(jié)合，通過設(shè)計立體供氧系統(tǒng)，從橫向和縱向全方位實現(xiàn)A2O污水處理過程，將水質(zhì)凈化和景觀工程有機(jī)結(jié)合，具有無二次污染，生態(tài)環(huán)保，簡單易操作等特點，為開發(fā)出一種適合于中小型人工湖水體污染綜合治理的生態(tài)工藝化處理技術(shù)和方法拓展了新思路.

由于中小型人工湖既不具備大型湖泊或江河的較強(qiáng)水體自凈能力，又更注重景觀效果，因而無法將傳統(tǒng)的十分成熟的污水處理工藝和技術(shù)直接應(yīng)用.因此，如何將傳統(tǒng)成熟污水處理工藝原理與生態(tài)景觀工程有機(jī)結(jié)合，兼顧景觀效果及環(huán)保效益，是未來治理中小型人工湖水質(zhì)污染值得思考的重要課題，同時，若能在中小型人工湖設(shè)計和建設(shè)初期就將此理念融入其中，勢必會事半功倍.

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Application Research of A2O in Water Pollution Control

of Medium or Small Sized Artificial Lake

ZENGYonggang,WANGZhonggui,HUANGJin,HUANGZhengwen

(School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

Key words:anaerobic-anoxic-oxic;medium or small sized artificial lake;water pollution;stereoscopic oxygen supply system;ecological process