河道低控源污染截污凈化試驗(yàn)研究

安徽黃河水處理科技股份有限公司 吳翔，何婷

黑臭水體治理首先在于控源截污，而河道截污工作復(fù)雜且涉及面廣，老城區(qū)管網(wǎng)老化、雨污混接，部分企業(yè)雨污混接、居民環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)隨意亂倒垃圾等原因，造成了河道不同程度受到點(diǎn)源和面源污染。

針對(duì)該難題，各種截污措施也是層出不窮，如傳統(tǒng)的截污管網(wǎng)工程、新型浜河帶真空截污措施[1]、原位強(qiáng)化處理措施等，雖然發(fā)揮了一定的截污效果，但均存在無(wú)法完全截污，實(shí)現(xiàn)零污染入河的目標(biāo)。

本研究對(duì)截污不徹底的工程和控源截污不完全的少量污水入河污染問(wèn)題，提出了在入河排口處沿岸設(shè)置線性生態(tài)截留凈化溝，利用加氣混凝土塊、交替式AO凈化和生態(tài)浮島的協(xié)同作用，對(duì)入河污染物進(jìn)行降解和吸附，減輕水體自凈壓力，達(dá)到提供河道水質(zhì)，水清岸綠的效果。

一、試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)段河道為某市碧溪河，河道全長(zhǎng)1057m，水域面積為15942m2，常水位6.20m，艷陽(yáng)橋位于碧溪河的中部。艷陽(yáng)橋周邊小區(qū)建成年代較久，污水管網(wǎng)和雨水管網(wǎng)布置復(fù)雜，且存在混接現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)管網(wǎng)改造，從源頭進(jìn)行雨污分流，使得大部分污水被截流。但有些地方人流房屋密集、管道錯(cuò)綜復(fù)雜、施工場(chǎng)地狹小、周邊障礙物多，其改造難度極大[2]。導(dǎo)致截污難以徹底，仍有少量污水入河。經(jīng)過(guò)調(diào)研，該排口入河污水量每日變化不定，約在10-20m33/d，入河水質(zhì)CODcr147.75mg/L，NH3-N9.52mg/L，TP2.05mg/L，TN16.55mg/L。因周邊建筑密集，截污改造投入成本較高，綜合考慮采用河道末端截污方案，沿河道兩岸構(gòu)建線性生態(tài)截流凈化溝。將排口污水進(jìn)行攔蓄收集和消解凈化，防止污水直接入河造成污染。

二、試驗(yàn)裝置

線性生態(tài)截流凈化溝裝置采用模塊化拼裝，由加氣塊填料區(qū)及復(fù)合型生態(tài)浮床組成（見圖1）。加氣塊填料區(qū)整體材料密度小于水，漂浮在水面上，上面種植浮水植物，加氣塊填料本身對(duì)水中的磷有吸附作用，降低入河污水中的TP含量。曹杰等[3]對(duì)磷在有植被系統(tǒng)和無(wú)植被系統(tǒng)濕地空間中的分配進(jìn)行了研究，表明不管是有植被系統(tǒng)和無(wú)植被系統(tǒng)通過(guò)基質(zhì)去除的TP量占TP的比例都大于植物吸收比例，但由于植物的存在通過(guò)根際作用，可以更好地提高磷在介質(zhì)中的沉淀效率。復(fù)合型生態(tài)浮床下面懸掛生物填料，有利于微生物的附著和生長(zhǎng)。分段布置微孔曝氣管，使之形成厭氧或好氧環(huán)境，相當(dāng)于交替式AO工藝，促進(jìn)不同類型的微生物的富集生長(zhǎng)，復(fù)合型生態(tài)浮床上面種植水生植物，利用微生物新陳代謝和水生植物生長(zhǎng)吸收的協(xié)同作用，對(duì)水中的氮、磷等污染物進(jìn)行吸收和去除，從而實(shí)現(xiàn)水體污染物治理與凈化的目的。

圖1 線性生態(tài)截留凈化溝裝置圖(試驗(yàn)安裝完成階段 試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行階段)

三、啟動(dòng)和運(yùn)行

線性生態(tài)截流凈化溝設(shè)施安裝完成后，需要等待移栽的水生植物重新生根發(fā)芽，恢復(fù)生命活力；同時(shí)，在線性生態(tài)截流凈化溝內(nèi)加入激活的微生物菌劑，并開啟曝氣系統(tǒng)，使微生物在復(fù)合型生態(tài)浮床下面的生物填料上附著生長(zhǎng)。約30天后，水生植物恢復(fù)生命力，復(fù)合型生態(tài)浮床下面的生物填料上的微生物附著生長(zhǎng)掛膜成功。線性生態(tài)截流凈化溝的截污和凈化功能基本具備，經(jīng)取樣檢測(cè)當(dāng)氨氮和TP去除率達(dá)到70%以上且趨于穩(wěn)定。

四、試驗(yàn)方法

線性生態(tài)截流凈化溝，主要由排口起端加氣混凝土塊區(qū)及排口兩側(cè)上下游的復(fù)合型生態(tài)浮床組成的交替式AO區(qū)組成。排口污水沿線性生態(tài)截流凈化溝向兩頭流動(dòng)，其中與河道流向相同的部分為順流段，反之為逆流段。取樣點(diǎn)分布詳見圖2。取樣頻率為2天1次。在線性生態(tài)截流凈化溝穩(wěn)定運(yùn)行后，從8月21日至29日，對(duì)線性生態(tài)截流凈化溝進(jìn)行連續(xù)定點(diǎn)取樣檢測(cè)，觀察不同情況下，線性生態(tài)截流凈化溝的凈化處理效果。

圖2 凈化溝取樣點(diǎn)分布圖

五、低控源截污凈化效果

污水通過(guò)排口進(jìn)入凈化溝后，首先進(jìn)入加氣混凝土塊單元，加氣混凝土塊單元內(nèi)布置直徑5-8cm的加氣混凝土塊，利用加氣混凝土塊吸附水中磷的特性，降低入河污水中的TP含量，平均有效去除率達(dá)41.42%。之后進(jìn)入由復(fù)合型生態(tài)浮床組成的交替式AO處理段，復(fù)合型生態(tài)浮床下面懸掛生物填料，有利于微生物的附著和生長(zhǎng)。分段布置微孔曝氣管，使之形成厭氧或好氧環(huán)境，促進(jìn)不同類型的微生物的富集生長(zhǎng)，復(fù)合型生態(tài)浮床上面種植水生植物，通過(guò)微生物新陳代謝和水生植物生長(zhǎng)吸收的協(xié)同作用，對(duì)水中的氮、磷等污染負(fù)荷進(jìn)行吸收去除，從而實(shí)現(xiàn)水體污染物治理與凈化的目的。

（一）凈化溝逆流凈化效果

由圖3可知，入河污水進(jìn)入凈化溝內(nèi)，按河道水流的逆流方向向凈化溝6號(hào)點(diǎn)流動(dòng)，到達(dá)凈化溝2點(diǎn)時(shí)，此時(shí)污水主要通過(guò)加氣混凝土塊吸附水中磷，降低入河污水中的TP含量，平均有效去除率達(dá)41.42%。之后流經(jīng)由復(fù)合型生態(tài)浮床組成的交替式AO處理段，在經(jīng)過(guò)2次AO處理段后，到達(dá)凈化溝4號(hào)點(diǎn)時(shí)，污染物濃度最低，CODcr為14.69mg/L，NH3-N為1.20 mg/L，TP為0.36 mg/L，TN為 3.09 mg/L。即去除效果率達(dá)到最大值，CODcr去除率為90.06%，NH3-N去除率為87.36%，TP去除率為82.46%，TN去除率為81.34%。

圖3 凈化溝逆流凈化效果平均值

而河道水體污染物濃度為：CODcr為 59.59mg/L，NH3-N為3.74 mg/L，TP 為 0.59 mg/L，TN為9.98mg/L。說(shuō)明，入河污水在經(jīng)過(guò)線性生態(tài)截流凈化溝的凈化處理后，整體污染物濃度水平低于河道本身的污染物濃度，達(dá)到了防止污水直接入河，造成河道污染的目的。

異常情況：根據(jù)圖表的數(shù)據(jù)顯示，凈化溝4號(hào)點(diǎn)之后，水體污染物濃度逐漸升高，與河道水體的污染物濃度呈現(xiàn)一定的濃度梯度比例。

異常分析：考慮到凈化溝內(nèi)的水流方向?yàn)楹拥浪鞯哪媪鞣较?，且凈化?號(hào)點(diǎn)的出口端未敞開式，為不影響河道行洪斷面，沒(méi)有設(shè)置防止河水進(jìn)入的設(shè)施，因此，存在上游河道水體從凈化溝6號(hào)點(diǎn)的出口端向凈化溝內(nèi)流動(dòng)的情況，使得河道內(nèi)的污染物較高濃度與凈化溝內(nèi)的污染物較低濃度發(fā)生融合，濃度均化，在凈化溝4號(hào)點(diǎn)達(dá)到水質(zhì)平衡。

（二）凈化溝順流凈化效果

由圖4可知，入河污水進(jìn)入凈化溝內(nèi)，按河道水流的順流方向向凈化溝7號(hào)點(diǎn)流動(dòng)，到達(dá)凈化溝3點(diǎn)時(shí)，此時(shí)污水主要通過(guò)加氣混凝土塊吸附水中磷，降低入河污水中的TP含量，平均有效去除率達(dá)38.79%。之后流經(jīng)由復(fù)合型生態(tài)浮床組成的交替式AO處理段，在經(jīng)過(guò)3次AO處理段后，到達(dá)凈化溝7號(hào)點(diǎn)時(shí)，污染物濃度最低，CODcr為43.89mg/L，NH3-N為2.48 mg/L，TP為0.55mg/L，TN為 6.54mg/L。 即去除效果率達(dá)到最大值，CODcr去除率為70.30%，NH3-N去除率為74.00%，TP去除率為73.10%，TN去除率為60.50%。

圖4 凈化溝順流凈化效果平均值

而河道水體污染物濃度為：CODcr為 59.59mg/L，NH3-N為3.74 mg/L，TP為0.59 mg/L，TN為9.98mg/L。說(shuō)明，入河污水在經(jīng)過(guò)線性生態(tài)截流凈化溝的凈化處理后，整體污染物濃度水平低于河道本身的污染物濃度，達(dá)到了防止污水直接入河，造成河道污染的目的。

（三）凈化溝順逆流凈化效果對(duì)比

由表1可知，凈化溝的逆流凈化處理效果在各項(xiàng)指標(biāo)上都優(yōu)于順流凈化效果。而現(xiàn)場(chǎng)艷陽(yáng)橋兩側(cè)的凈化溝的布置相同，外部自然條件如光照、氣溫等，也相同。分析兩者最大的不同之處為流向不同，逆流情況時(shí)，污水向西流，會(huì)在出口端與河道水體對(duì)沖，從而影響水流速度。而順流則向東流，沒(méi)有此情況，因此流速不變。在凈化溝布置相同的情況下，兩側(cè)不同的流速，導(dǎo)致污水在加氣混凝土處理段、由復(fù)合型生態(tài)浮床組成的交替式AO處理段的停留時(shí)間不同，從而導(dǎo)致污水的處理效果不同。綜上分析，加大順流凈化溝的停留時(shí)間，可以提高污染物的去除率。

表1 凈化溝順逆流凈化效果對(duì)比(單位：mg/L)

六、結(jié)論與建議

（1）線性生態(tài)截流凈化溝逆流凈化處理，污染物濃度最低時(shí)，CODcr為14.69mg/L，NH3-N為1.20 mg/L，TP為0.36 mg/L，TN為3.09 mg/L。即去除效果率達(dá)到最大值，CODcr去 除 率為 90.06%，NH3-N去除率為87.36%，TP去除率為82.46%，TN去除率為81.34%。

（2）線性生態(tài)截流凈化溝順流凈化處理，污染物濃度最低時(shí)，CODcr為 43.89mg/L，NH3-N為 2.48 mg/L，TP 為 0.55 mg/L，TN為 6.54mg/L。 即 去 除 效果率達(dá)到最大值，CODcr去除率為70.30%，NH3-N去除率為74.00%，TP去除率為73.10%，TN去除率為60.50%。

（3）河道水體污染物平均濃 度 為：CODcr為 59.59mg/L，NH3-N為 3.74 mg/L，TP為 0.59 mg/L，TN為9.98mg/L。說(shuō)明，入河污水在經(jīng)過(guò)線性生態(tài)截流凈化溝的凈化處理后，不論順流和逆流，整體污染物濃度水平低于河道本身的污染物濃度，達(dá)到了防止污水直接入河，造成河道污染的目的。

（4）通過(guò)凈化溝順流和逆流的凈化效果分析可知，對(duì)混接排口進(jìn)行簡(jiǎn)易的控源截污措施，在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行污染物降解，有效提高河道自凈能力。

（5）由于艷陽(yáng)橋下的入河污水水質(zhì)水量的不確定性和間歇性，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)算出最適宜的停留時(shí)間，這在以后的實(shí)驗(yàn)中需要進(jìn)一步研究和探討。