劉魯建，聶忠文，冀雪峰，熊 蔚，王 芳

（1.武漢長(zhǎng)江工商學(xué)院科亮生物研究院，湖北 武漢 430065；2.湖北科亮生物工程有限公司，湖北 武漢 430065）

三峽水庫(kù)自成庫(kù)以來(lái)備受關(guān)注，如何對(duì)其水環(huán)境容量合理利用，成為重慶市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的難題。嘉陵江是庫(kù)區(qū)重要的一級(jí)支流，也是重慶市重要的飲用水水源地［1］，梁灘河發(fā)源于重慶市九龍坡區(qū)，是重慶主城區(qū)境內(nèi)嘉陵江下游的主要支流。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，流域內(nèi)由于家禽飼養(yǎng)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)污染、城市垃圾及生活污水的持續(xù)作用，梁灘河水質(zhì)日益惡化。近年來(lái)，梁灘河水質(zhì)以劣V類為主，色澤如墨，惡臭難當(dāng)，成為名副其實(shí)的“黑水河”［2］。對(duì)梁灘河的綜合治理工程主要采用KIC生物接觸氧化技術(shù)（河道曝氣＋高效菌劑投加＋生物帶），通過(guò)高效微生物富集和微孔曝氣，使河道污染物得到降解，改善水質(zhì)。該技術(shù)的原理是通過(guò)一定的化學(xué)或物理手段，將游離的微生物（包括土著或外源微生物）固定到載體上，使微生物高度密集，并能保持微生物的活性，使其通過(guò)微生物的高效活性降解水中污染物。本工程采用生物帶、河道治理專性高效菌粉、微孔曝氣管組成生物反應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)梁灘河進(jìn)行原位處理。

1 梁灘河治理的工藝流程及水質(zhì)情況

1.1 處理工藝流程

通過(guò)在河底鋪設(shè)生物帶填料和微孔曝氣管使污水通過(guò)與附著生物膜的生物帶充分接觸，利用生物帶上附著的河道治理專性高效微生物菌群（即生物膜）的協(xié)同作用降解污水中的各類污染物質(zhì)。這樣既能達(dá)到良好的凈化效果，又不影響沿岸原有布置。每個(gè)處理段生物帶底部間隔10 m設(shè)置1根集泥管，不定期抽上游來(lái)水泥沙。該工程建新支流治理段總投資149.79萬(wàn)元，年運(yùn)行費(fèi)用為10.08萬(wàn)元，去除COD的費(fèi)用為0.25元／kg；梁灘河天賜溫泉治理段總投資131.01萬(wàn)元，年運(yùn)行費(fèi)用為8.36萬(wàn)元，去除COD的費(fèi)用為0.25元／kg；梁灘河強(qiáng)化治理段總投資90.19萬(wàn)元，年運(yùn)行費(fèi)用為6.84萬(wàn)元，去除COD的費(fèi)用為0.37元／kg。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)和治理

根據(jù)梁灘河的水質(zhì)情況，本工程選取3個(gè)治理段，分別是建新支流治理段（位于建新支流匯入梁灘河干流處，水量約10 000 m3／d，治理段長(zhǎng)250 m）、梁灘河天賜溫泉治理段（位于天賜溫泉段上游，水量約15 000 m3／d，治理段長(zhǎng)250 m）和梁灘河強(qiáng)化治理段（主要是強(qiáng)化處理梁灘河天賜溫泉治理段出水，水量約25 000 m3／d，治理段長(zhǎng)300 m）。如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)治理斷面圖

1.3 進(jìn)水水質(zhì)及處理目標(biāo)

根據(jù)需要，現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)進(jìn)水及各處理段的處理情況，如圖2所示。經(jīng)多次對(duì)廢水取樣分析，設(shè)計(jì)水質(zhì)情況見(jiàn)表1。處理目標(biāo)為水體滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類水域功能區(qū)要求。

表1 上游進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

2 梁灘河水質(zhì)改善效果

2.1 水質(zhì)情況

根據(jù)九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示（表2），工程區(qū)域三段河道出口斷面（A3、A4、A6監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖2）水質(zhì)COD分別為：34.7、29.4、22.6 mg／L，均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類水體要求，符合《九龍坡區(qū)次級(jí)河流水環(huán)境綜合治理適用技術(shù)要求及試驗(yàn)示范考核辦法（試行）》規(guī)定的要求。3個(gè)出口斷面氨氮分別為：6.13、4.27、4.38 mg／L，尚未達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類水體要求和《九龍坡區(qū)次級(jí)河流水環(huán)境綜合治理適用技術(shù)要求及試驗(yàn)示范考核辦法（試行）》規(guī)定的要求，但工程的實(shí)施大幅度提高了水體對(duì)氨氮的自凈能力和去除效率?？紤]還存在海龍工業(yè)廢水處理站出水排放、個(gè)別零星排污口未治理完全、底泥未清淤的情況，因此該工程實(shí)際污染物去除效率要高于此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

由于工程實(shí)施河段上游污染物流域治理措施得力，河段進(jìn)口水質(zhì)相對(duì)比較理想，河段進(jìn)口（A1、A2、A5監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖2）COD分別只有38.2、41.5、31.6 mg／L，未給工程河段帶來(lái)過(guò)大的污染物負(fù)荷，也是工程河段出口COD比較理想的重要原因之一。

2.2 污染物去除效果

根據(jù)九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示（表2），工程區(qū)域三段河道對(duì)COD的去除比例分別為：梁灘河真武支流段16.4%、天賜溫泉海龍段23.0%、天賜溫泉景區(qū)段28.5%；氨氮去除比例分別為：梁灘河真武支流段17.4%、天賜溫泉海龍段19.0%、天賜溫泉景區(qū)段23.6%。由此可見(jiàn)，工程區(qū)域各個(gè)河段均體現(xiàn)出了一定的COD和氨氮的去除效果，但該數(shù)據(jù)不能視為工程真實(shí)處理效果，因還存在海龍工業(yè)廢水處理站出水排放、個(gè)別零星排污口未治理完全、底泥未清淤的情況，故該工程實(shí)際污染物去除效率要高于此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

表2 廢水監(jiān)測(cè)結(jié)果一覽表

根據(jù)梁灘河天賜溫泉段全年平均流量0.6 m3／s估算，該工程COD去除總量約為155 t／a，氨氮去除總量約為22.5 t／a。

2.3 河道自凈能力

根據(jù)中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院所編寫的《重慶市梁灘河（九龍坡區(qū)段）綜合治理實(shí)施方案》，工程治理之前梁灘河（九龍坡區(qū)段）污染物一級(jí)反應(yīng)降解系數(shù)：Kcod為0.005 4／km、KNH3為0.002／km。經(jīng)過(guò)工程強(qiáng)化后，3個(gè)工程河段COD降解系數(shù)分別達(dá)到：1.05／km、0.72／km、1.12／km，分別提升了194倍、133倍和207倍。氨氮降解系數(shù)分別達(dá)到0.77／km、0.84／km、0.90／km，分別提升了385倍、420倍和450倍。由此可見(jiàn)，該工程對(duì)于河道自凈能力的提高是非常顯著的。

3 梁灘河的治理結(jié)果與分析

3.1 CODCr的去除

治理系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果見(jiàn)圖3。

圖3 CODCr的去除效果

由圖3可知，系統(tǒng)對(duì)CODCr值的去除率在60%～80%之間，平均去除率為68%，說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物保持了較好的去除程度。目前，處理后出水CODCr值在34 mg／L左右，處理效果明顯，運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 氨氮的去除

治理系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果見(jiàn)圖4。

圖4 NH4－N的去除效果

由圖4可知，在進(jìn)水NH4－N高達(dá)10 mg／L條件下，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效率保持在80%以上，氨氮出水達(dá)2 mg／L左右。該種工藝脫氮主要是依靠微生物反硝化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在生物帶斷面上形成理想的“好氧－缺氧－厭氧”微環(huán)境，保證了硝化和反硝化反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行，使其具有高效的脫氮功能。

3.3 總磷（TP）的去除

治理系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效果見(jiàn)圖5。

圖5 TP的去除效果

由圖5可知，進(jìn)水總磷為0.6～1.1 mg／L，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理，出水基本總磷維持在0.2 mg／L左右（達(dá)到地表水Ⅲ類、Ⅳ類水平），系統(tǒng)對(duì)總磷的去除率在60%～80% 范圍內(nèi)變動(dòng)，平均去除率為67.5%，說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效率高，處理效果顯著、穩(wěn)定，且通過(guò)微生物技術(shù)和生物操縱控制富營(yíng)養(yǎng)化水體磷水平在實(shí)踐中被證明是十分有效的。

4 結(jié)論

利用生物接觸氧化填料技術(shù)對(duì)CODCr的去除率為68%，對(duì)氨氮的去除率為60%，對(duì)總磷的去除率達(dá)67.5%，出水CODCr為22～38 mg／L，總磷維持在0.2 mg／L左右（達(dá)到地表水Ⅲ類、Ⅳ類水平），氨氮含量降至4.38 mg／L，以上指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V類水域功能區(qū)要求。結(jié)果表明：

（1）這種采用微生物固定化技術(shù)并結(jié)合生物帶，河道治理專性高效菌粉、微孔曝氣管的技術(shù)對(duì)梁灘河進(jìn)行原位處理的工藝具有良好的處理效果。

（2）該種工藝總體投資少、抗沖擊性好、運(yùn)行管理方便、便于維護(hù)、適用范圍廣，且生物帶可長(zhǎng)期使用，避免經(jīng)常更換造成運(yùn)行費(fèi)用的增加。

（3）本工程成功抑制和削弱了污染底泥釋放對(duì)水體的污染作用，使水質(zhì)在整個(gè)工程段內(nèi)逐漸好轉(zhuǎn)，但若要得到更好的出水水質(zhì)，還需對(duì)底泥進(jìn)行清理。

（4）西南地區(qū)河流雨季水位陡漲，在今后的類似工程中，需進(jìn)一步加強(qiáng)防洪和泄洪措施，防止洪水對(duì)設(shè)備和堤岸產(chǎn)生破壞。

（5）該工程需要穩(wěn)定的供電保障，才能維持較低的運(yùn)行費(fèi)用，因此不適用于野外河流，若采用柴油發(fā)電機(jī)供電，運(yùn)行成本過(guò)高。

［1］袁中智.水環(huán)境時(shí)空分析方法研究［J］.生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2009（5）：116－119.

［2］李富宇.固定化復(fù)合微生物技術(shù)處理梁灘河水體的研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2011.