同沙水庫水質凈化工藝探討

詹健鈞

(廣東省東莞市水務工程建設運營中心，廣東 東莞 523000)

0 引言

隨著中國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，自然環(huán)境下各種水體的水質受人類活動的影響都存在著不同程度的污染。據(jù)統(tǒng)計，中國湖泊和城市河流的污染程度分別達到了75%和90%。水體的污染已經(jīng)影響了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。同沙水庫是東莞城區(qū)庫容量最大的水庫，但目前同沙水庫已經(jīng)受到嚴重污染，其水質只能達到農(nóng)業(yè)用水及一般景觀用水標準，喪失了飲用水源水功能。

1 水庫概況及存在的問題

1.1 水庫概況

同沙水庫位于廣東省東莞市東南8.50 km的東城區(qū)同沙村，周邊由環(huán)城路、莞長路、連馬路和莞深高速公路圍合。同沙水庫的集雨面積100 km2，其中大嶺山區(qū)域約60 km2，東城區(qū)域約40 km2。從2006年起，同沙水庫雖然作為東莞市重點保護飲用水水源之一，但該水庫已經(jīng)受到了嚴重的污染，其水質只能達到農(nóng)業(yè)用水及一般景觀用水標準，喪失了飲用水源水功能。

1.2 存在的問題

①南邊匯入同沙水庫的黃沙河為排洪河道，旱季時上游部分城鎮(zhèn)生活污水匯入黃沙河東支流及連平河并最終進入同沙水庫，成為水庫的主要污染來源。②由于雨季上游匯水區(qū)受污染雨水的影響，雨水同樣要通過黃沙河匯入到同沙水庫中，所以黃沙河受有機物、N、P等因素的污染嚴重，水質一直都很差。

因此，為了使同沙水庫恢復為飲用水源的功能，控制黃沙河外源污染已經(jīng)刻不容緩。

2 水質凈化工藝

為了解決上述問題，最終實現(xiàn)同沙水庫飲用水源的功能，東莞市政府采取了一系列的綜合治理措施。其中，重要的部分就是在黃沙河西岸建設水質凈化工程對黃沙河水進行處理，使之成為同沙水庫南入口的一道天然屏障，切實保護同沙水庫水質，使之成為黃沙河西岸一道亮麗的風景線，為當?shù)啬酥琳麄€東莞人民提供一片風景優(yōu)美的休閑樂土。因此，水質凈化工藝的選擇尤為重要。水質凈化范圍見圖1所示。

圖1 水質凈化范圍(紅線部分)圖

常見水質凈化工藝主要有：活性炭吸附法(PAC、GAC、BAC三類)、混凝沉淀工藝、膜分離法(微濾、超濾、納濾及反滲透等)、高級氧化(濕式氧化法、濕式催化氧化法、超臨界水氧化法、光化學催化氧化法及電化學氧化法等)、臭氧法、曝氣生態(tài)礫石床及生態(tài)型高效垂直流人工濕地等新型工藝技術，各種工藝均具有不同的適用范圍及相應的經(jīng)濟技術指標。

2.1 混凝土沉淀工藝

混凝土沉淀工藝是通過向污水中投加絮凝劑(絮凝劑按照其化學成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑；有機絮凝劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑)，使得污水中膠體粒子以及微小懸浮物得到聚集，其中水中的金屬離子和磷酸鹽可與混凝劑發(fā)生化學反應，生成不溶或者難溶的沉淀物，水中懸浮顆粒依靠重力作用，從水中分離出來，從而使水質得到明顯改善。這種工藝廣泛應用于給水處理以及電鍍、紡織印染、造紙、礦井等工業(yè)廢水處理中。

2.2 人工濕地工藝

根據(jù)水流方式，人工濕地可分為三類：表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地。與表面流人工濕地和水平潛流人工濕地相比，垂直流人工濕地具有較高的氧轉移效率和污染物凈化效率，且占地面積相對較小，這使其在實際工程中的應用日益廣泛。但是，人工濕地工藝對污染物的去除方法是比較復雜的。一般來說，人工濕地是利用基質-微生物-植物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物的協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對廢水的高效凈化，與此同時通過營養(yǎng)物質和水分的生物地球化學循環(huán)，促進綠色植物的生長并使其增殖，以實現(xiàn)廢水的無害化和資源化。因此，本質上人工濕地對污染物的去除機理和去除途徑與自然濕地相同。其去除污染的作用見表1。

表1 人工濕地去除污染的作用表

2.3 工藝的選擇

通過上述的介紹，需要從這兩種工藝的優(yōu)點、缺點、應用范圍、資金投入運行成本和占地面積這幾方面進行比較，以確定出適合本次水質凈化工程的工藝。其比較方案見表2。

從這兩種工藝的比較中不難看出，高效垂直流人工濕地工藝+自然濕地的工藝更加適合本次水質凈化工程。該工藝具有工藝簡單、無需使用大型設備、投資少、運行費用低、對水質水量的適應性強、操作管理簡便、景觀效果好等優(yōu)點。當然，此方案也存在占地面積大的缺點，但是本次的水質凈化工程選址范圍有大面積的平、洼地，可結合公園整體建設，從而為工程的建設提供了有利的用地條件。人工濕地樣圖見圖2。

表2 工藝的比較表

圖2 人工濕地樣圖

3 水質凈化系統(tǒng)的設計

3.1 高效垂直流人工濕地工藝的流程和設計

通過工藝的比選已經(jīng)確定采用的是高效垂直流人工濕地工藝，工藝由攔水引水、初雨調蓄池、生態(tài)氧化池、高效垂直流人工濕地系統(tǒng)、塘床系統(tǒng)等組成。黃沙河的污水經(jīng)過攔水閘截流，通過引水箱涵自流進入調蓄池，經(jīng)提升進入生態(tài)氧化池，生態(tài)氧化池出水自流進入垂直流人工濕地，垂直流人工濕地出水自流進入塘床系統(tǒng)，再自流進入同沙水庫。污水通過生態(tài)氧化塘、人工濕地、塘床系統(tǒng)等去除水中大部分的有機物、N、P、S等。其污染物的去除率見表3。

表3 黃沙河污染物去除率表

3.2 主要系統(tǒng)的設計

攔水閘控制水位標高為21.00 m，所蓄滯的水位超過21.00 m即自動開閘行洪。為將攔水閘蓄滯的旱季污水及初期雨水徑流引入到調蓄池中進行處理，根據(jù)河道水系和調蓄池所在地實際標高情況，工程需要建設引水箱涵來解決旱季污水及初期雨水的輸送問題。在箱涵的前端設置粗、細格柵及相關控制閘門。由于旱季時河道流量比較平均且小，故引水系統(tǒng)的設計不宜采用旱季河流的相關數(shù)據(jù)進行設計，而必須采用雨季時間流量參數(shù)進行設計才能同時滿足旱、雨季的引水要求。

初雨調蓄池屬于地面敞開式調蓄池，無需另設沉砂池，便于清洗及清砂清淤，相比地下全封閉式的調蓄池降低了管理和維護的工作量。由于本調蓄池的防滲及防漏要求不高，所以為節(jié)省資金，本調蓄池擬做成“調蓄塘”的形式，即不用鋼筋混凝土的結構形式。調蓄池擬將池底處理后做成素混凝土硬底，方便日后清運，池壁采用噴混凝土護坡的形式，這樣可以節(jié)約大部分的資金。調蓄池的有效容積為137 000 m3，可以在4 d內(nèi)處理完成。

生態(tài)氧化池根據(jù)其濕地的實際位置分成了兩塊，采用的是片狀微生物床填料。生物浮床技術是按照自然界自身規(guī)律，人工把高等水生植物或改良的陸生植物種植至富營養(yǎng)化水體內(nèi)，通過植物根部的吸收、吸附作用和物種競爭相克機理，消減富集水體中的氮磷及有害物質，從而達到凈化水質的效果，同時又可營造出水上的景觀。水質凈化工程的人工浮床是一種像筏子的人工浮體，在上邊栽培一些水生植物，漂浮在水面。人工浮床的水質凈化針對富營養(yǎng)化的水質，利用生態(tài)工程學原理，降解、吸收水中的有機物、氮、磷等。

4 結論

水質凈化工程是一項集水質凈化、生態(tài)保護、濕地科普教育以及休閑游憩于一體的，為子孫后代造福的公用事業(yè)工程，具有治污效果好，工程造價經(jīng)濟、運行成本低等優(yōu)點。

①黃沙河匯入同沙水庫的水質凈化工程已經(jīng)完成，經(jīng)過這幾年的運行，有效削減了黃沙河入庫水污染負荷，改善了同沙水庫水質。

②工程處理的規(guī)模為3.70萬m3/d，每年可削減污染物負荷量為CODCr774.20、NH3-N76.65、TP1.52、SS766.50 t。

③有效地保護及修復了工程區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，美化了當?shù)氐木坝^，為當?shù)厝嗣駝?chuàng)造了良好的生活環(huán)境。

④在改善當?shù)赝顿Y環(huán)境的同時，促進了當?shù)氐膮^(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，濕地生態(tài)凈化比污水處理廠凈化每天要節(jié)約15 910元，每年節(jié)約了580.72萬元。

采用合理的水質凈化工藝，解決了黃沙河匯入同沙水庫水質污染的問題。其實際的成效也是非常明顯的。從當?shù)氐膶嶋H出發(fā)，在原有的生態(tài)環(huán)境的基礎上進行建設優(yōu)化，增強了水體的自凈能力，提高了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保護了當?shù)氐娘嬘盟?，使其具有了更好地生態(tài)和環(huán)境效益。