汾河干流水系水質(zhì)改善工程措施

馮慧春

（山西省汾河水庫(kù)管理局，山西 太原 030302）

1 工程概述

2013年財(cái)政部、環(huán)境保護(hù)部組織了江河湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)包括省級(jí)推薦、初步審核和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審三個(gè)主要環(huán)節(jié)，汾河水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程順利入選2013年度江河湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作國(guó)家重點(diǎn)支持項(xiàng)目。

目前汾河作為汾河水庫(kù)上游主要來(lái)水水源，其水質(zhì)現(xiàn)狀已不能滿足汾河水庫(kù)入庫(kù)水質(zhì)要求，為了更好地保護(hù)汾河水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境，確保汾河水庫(kù)飲用水源地水質(zhì)安全，為人民群眾提供優(yōu)質(zhì)的飲用水水源，需要改善汾河水庫(kù)上游汾河入庫(kù)水質(zhì)，建設(shè)汾河干流水系水質(zhì)改善工程。

工程位于婁煩縣汾河入庫(kù)口石峽溝汾河干流與嵐河交匯處上游東側(cè)灘涂，處理規(guī)模為36萬(wàn)m3/d，出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅲ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)范圍主要為凈化汾河水庫(kù)上游汾河流域的來(lái)水，降低汾河注入汾河水庫(kù)的各項(xiàng)污染物濃度，對(duì)提高飲用水水源水質(zhì)安全起到工程保障作用[1]。

2 汾河干流污染成因分析

汾河干流是流域內(nèi)最大的河流，河道流量大，水面寬。對(duì)三條入庫(kù)河流污染物分析發(fā)現(xiàn)（圖1），汾河干流接納的污染物量最高，其中COD占54%，氨氮占34%，主要原因是寧武、靜樂(lè)、嵐縣、婁煩沿河村莊的生活污水及汾河流域的面源污染。引黃南干線出水在寧武縣頭馬營(yíng)匯入汾河干流，引黃入晉工程源頭的萬(wàn)家寨水庫(kù)，由于受到水庫(kù)上游黃河干流沿岸污染排放的影響，使輸送到頭馬營(yíng)的引黃水水質(zhì)也不能達(dá)到穩(wěn)定的地表水環(huán)境的要求，主要超標(biāo)污染物為氨氮和總氮。COD主要來(lái)自生活源和農(nóng)業(yè)源，各縣氨氮排放70%以上來(lái)自生活源[2-3]。

圖1 主要河流納污分析

3 工程措施

結(jié)合汾河水系規(guī)劃，減少河道外土地占用，盡量利用現(xiàn)有河道灘涂用地進(jìn)行整體布局，環(huán)境和景觀等做到美觀大方，并充分考慮與周邊總體環(huán)境相協(xié)調(diào)。選擇技術(shù)可行的河道水處理工藝和流程，對(duì)汾河干流來(lái)水進(jìn)行深度凈化，保證處理出水水質(zhì)，工藝流程圖詳見圖2。

3.1 河道平流沉砂

借鑒我國(guó)著名“都江堰”水利工程的“分水魚嘴”和“飛沙堰”的設(shè)計(jì)理念，建設(shè)“分水墩”將汾河干流一分為二，右側(cè)修建長(zhǎng)40.0 m，高3.0 m液壓壩抬升主河道水位，減緩河道流速，部分泥砂在液壓壩前沉積。另左側(cè)開挖新建一條平流沉沙河道段，沉沙段長(zhǎng)180.0 m，寬20.0 m，工作水深2.0 m，水平流速0.1～2.0 m/s，用于河水沉沙預(yù)處理，沉沙預(yù)處理后的河水進(jìn)入河道西岸的后續(xù)處理系統(tǒng)。河道平流沉沙段淤積的泥沙和淤泥采用移動(dòng)式清淤設(shè)備清理外運(yùn)，保持沉砂段的有效水深[4]，工程平面布置圖見圖3。

圖2 工藝流程

3.2 除藻生物柵

汾河水庫(kù)的藻類種群比較豐富，但并沒(méi)有一種藻類具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，也沒(méi)有一種藻類一直為優(yōu)勢(shì)種群，在不同的季節(jié)和月份中藻類有不同的優(yōu)勢(shì)種群。而汾河干流來(lái)水中氮磷等污染物濃度較高，外來(lái)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，導(dǎo)致汾河水庫(kù)存在爆發(fā)水華的風(fēng)險(xiǎn)。水華是淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然現(xiàn)象。因而需采取相應(yīng)的措施減少藻類爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，在氮磷污染物的去除基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮對(duì)藻類進(jìn)行協(xié)同去除。

“除藻生物柵”是一種在不進(jìn)行水體投藥和外加菌劑條件下進(jìn)行的，自然復(fù)合填料生態(tài)基除藻技術(shù)，綜合了物化法和生物除藻機(jī)理，對(duì)水體中藻類有較好的去除效果。新型生物材料由多種特殊耐水纖維織造，形成密集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙率和生物附著性優(yōu)良，可長(zhǎng)期浸泡于水中，使用壽命大于5年，能清除河水中大量的浮游生物及藻類，減輕后續(xù)工段的處理負(fù)荷，減少出水段中的藻類物質(zhì)含量。且多種填料采用特定結(jié)構(gòu)排布，可采用集成設(shè)備的形式，也可采用生物繩的形式現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)，污水流經(jīng)特殊設(shè)置的不同配比的多種填料，填料中可富集大量的微生物和水生植物，更容易形成生物膜，增加污染物的去除效果[5]。

“除藻生物柵”凈化單元布置于河道平流沉砂段中，水流流速較緩0.1～0.2 m/s，水中藻類易附著于生物材料上生長(zhǎng)從而被去除。

3.3 增強(qiáng)型MBBR生物系統(tǒng)

汾河干流河水中氮磷濃度較高，本工程預(yù)處理單元中采用較節(jié)能的增強(qiáng)型MBBR（Super MBBR）工藝。首先建一座（分4組）容積為6萬(wàn)m3的土池結(jié)構(gòu)加土工防滲膜的構(gòu)筑物，依靠生物膜系統(tǒng)去除來(lái)水中的有機(jī)污染物和氨氮，然后以過(guò)濾的方式去除生物菌膜及部分浮游生物等，保證系統(tǒng)最終的出水達(dá)標(biāo)。

3.3.1 Super MBBR填料

以聚氨酯海綿為基礎(chǔ)，使其吸附20%～30%的粉末活性碳，載體負(fù)載的粉末活性炭具有強(qiáng)大的吸附能力，比表面積達(dá)到20 000 m2/m3以上，孔隙率大于97%，掛膜時(shí)間1～2 h，適宜溫度0℃～40℃度，使用壽命大于10年，數(shù)量為6 000 m3，微生物菌群附著其表面能大量繁殖，迅速形成高生物活性的生物膜；同時(shí)活性炭粉末可有效吸收氮磷等污染物供微生物利用降解，提高系統(tǒng)處理出水的穩(wěn)定性。

3.3.2 環(huán)保型復(fù)合生物活性填料

生物系統(tǒng)中配置了新型環(huán)保型復(fù)合生物活性填料，這種高效生物纖維填料是可更換的，由特殊材料和工藝織造而成，親水、親油，有儲(chǔ)氧能力，吸附能力強(qiáng)，生物活性高，傳質(zhì)效率好，該填料密集網(wǎng)狀布置于系統(tǒng)內(nèi)，可截留MBBR工藝段脫落的生物膜，創(chuàng)造不同的環(huán)境（好氧、厭氧及兼氧），使微生物（如硝化菌、反硝化菌等）能夠充分發(fā)揮各自效能。比表面積2 000～6 000 m2/m3，密度1.08～1.68 kg/m3，孔隙率＞99%，成膜重量100～300 kg/m3，耐日光性優(yōu)良，數(shù)量3 000 m3，使用壽命＞10年。

3.4 強(qiáng)化復(fù)合式潛流濕地

強(qiáng)化復(fù)合式潛流濕地通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)填料強(qiáng)化改性，增加其除磷、脫氮能力，能提供一定量的碳源，大量的硝態(tài)氮利用碳源進(jìn)行反硝化脫除。同時(shí)優(yōu)化填料孔隙率，增大水力負(fù)荷，彌補(bǔ)普通潛流濕地填料性能不穩(wěn)定的不足，充分發(fā)揮濕地處理的優(yōu)點(diǎn)，而且占地面積小，對(duì)氣候、水質(zhì)類型、水力負(fù)荷等具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，在寒冷季節(jié)對(duì)水中的氮磷等物質(zhì)仍有較強(qiáng)的去除能力。

潛流濕地面積20萬(wàn)m2，分成250個(gè)單元，每個(gè)單元面積為800 m2，長(zhǎng)50.0 m，寬16.0 m，高1.6 m。水力負(fù)荷1.8 m3/（m2·d），水力停留時(shí)間8.4 h，有效水深1.3～1.4 m，墻體采用M 10漿砌石擋墻，底部用原土夯實(shí)，上面鋪設(shè)400 g/m2“二布一膜”土工膜，再鋪設(shè)100 mm黏土保護(hù)層；內(nèi)部填料以強(qiáng)化型混合填料為主，填料層總厚度為1.5 m，孔隙率大于50%。

3.4.1 強(qiáng)化型混合填料

濕地填料以片石為主，輔以沸石、石灰石，并在關(guān)鍵通氣部位和清淤段，設(shè)置便于清理維護(hù)的填料模塊（由混合生物繩填料、樹皮、中空球型多孔填料組成）。所用填料大部分為常見填料，但沸石、片石(頁(yè)巖）、石灰石本身孔隙率較高易于微生物附著生長(zhǎng)，對(duì)氮磷等特征污染物有較高的去除率，中空球型多孔填料可利用河道淤泥、粘土和作物秸稈燒制而成，孔隙率較大而成本很低，且有穩(wěn)定的凈化效率；填料中的樹皮可作為處理單元中的反硝化碳源提供，促進(jìn)水中的反硝化過(guò)程。

3.4.2 濕地防堵措施

濕地單元按分區(qū)設(shè)置排空點(diǎn)位，以保證濕地系統(tǒng)可做到定期落干輪休，以保證濕地基質(zhì)層可充分處于好氧環(huán)境，利于基質(zhì)層中有機(jī)污染物的分解，恢復(fù)濕地床體的滲透性。

綜合考慮污染物的凈化效率、填料粒徑配比和級(jí)配的關(guān)系，盡可能采用孔隙率較高的填料，延長(zhǎng)濕地堵塞的發(fā)生周期。

對(duì)于易于發(fā)生淤堵或淤堵嚴(yán)重的填料上層，采用對(duì)填料系統(tǒng)微爆氣或更換部分填料修復(fù)其處理能力。3.4.3 構(gòu)建濕地植物系統(tǒng)

濕地植物是濕地系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能去除污染物，而且能美化環(huán)境，選擇耐污力強(qiáng)，適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻乃参锾J葦、香蒲、黃花美人蕉、菖蒲、篦齒眼子菜等。結(jié)合處理單元，并考慮景觀造型，形成大型的生態(tài)植物濕地系統(tǒng)。配備園林工程師和園藝工人進(jìn)行栽培管理，及時(shí)撈出危害水生植物生長(zhǎng)、發(fā)展的絲狀藻類，處置死亡的水生植物殘?bào)w，冬季收割部分水生植物。

3.5 光催化消毒

汾河干流中類大腸菌群超標(biāo)，水庫(kù)作為飲用水水源地，對(duì)于匯入水質(zhì)有較嚴(yán)格的要求。本項(xiàng)目的前端處理工序，在對(duì)有機(jī)物、氮、磷去除時(shí)，也會(huì)協(xié)同截留去除部分治病菌群，但為了保證最終出水水質(zhì)中類大腸菌群達(dá)標(biāo)，必須在處理系統(tǒng)出口處加設(shè)消毒處理單元，以達(dá)到較好的消毒效果。

光催化消毒技術(shù)是在紫外消毒技術(shù)上的一種改良工藝，利用新型固載型光催化材料的光催化消毒。接觸時(shí)間短，對(duì)細(xì)菌有效，病毒和芽孢部分有效；快速、無(wú)化學(xué)藥劑，對(duì)濁度控制要求不高，雖然投資略高，但能耗和運(yùn)行成本顯著降低，可有效殺滅類大腸菌群。系統(tǒng)包括：不銹鋼支架；光催化網(wǎng)系統(tǒng)，負(fù)載納米二氧化鈦；犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)，曝氣清洗系統(tǒng)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

汾河水系水質(zhì)工程的實(shí)施，減少了水庫(kù)淤積，使河道水系生態(tài)、水庫(kù)自然生態(tài)得以改善，為鳥類、魚類提供豐富的食物和良好的生存繁衍空間，對(duì)物種保存和保護(hù)物種多樣性發(fā)揮重要的作用，大大減少河水的水體污染，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化，改善汾河干流入汾河水庫(kù)的水質(zhì)，為汾河水庫(kù)水質(zhì)安全把關(guān)。改善了區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，培養(yǎng)了群眾生態(tài)文明觀念，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)“又快又好”發(fā)展。預(yù)計(jì)每年的污染物消減量：BOD5為788.4 t；COD為3 285 t；SS為3.85萬(wàn)t；NH3－N為131.4 t；TP為39.4 t。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］陳夢(mèng)熊.論生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)與綜合性生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999（3）：3－6+12.

［2］蔡勁松，萬(wàn)新南.岷江上游生態(tài)地質(zhì)環(huán)境概況及其質(zhì)量的模糊評(píng)價(jià)［J］.水土保持研究，2004，11（2）：113－114+124.

［3］李嶺，張振文.阜新市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（2）：188－190.

［4］蔡鶴生，唐朝暉，周愛國(guó).地質(zhì)環(huán)境容量評(píng)價(jià)指標(biāo)初步研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1998，（3）：23－25.

［5］任國(guó)林，林玉山，任鷹，等.閩南三角地區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)及分區(qū)［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1991，18（5）：18－20+24.

［6］葉延瓊，樊宏，陳國(guó)階.岷江上游土地退化及其防治對(duì)策［J］.水土保持通報(bào)，2002，22（6）：56－70.