詹健鈞

(廣東省東莞市水務(wù)工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)中心，廣東 東莞 523000)

0 引言

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，自然環(huán)境下各種水體的水質(zhì)受人類(lèi)活動(dòng)的影響都存在著不同程度的污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)湖泊和城市河流的污染程度分別達(dá)到了75%和90%。水體的污染已經(jīng)影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。同沙水庫(kù)是東莞城區(qū)庫(kù)容量最大的水庫(kù)，但目前同沙水庫(kù)已經(jīng)受到嚴(yán)重污染，其水質(zhì)只能達(dá)到農(nóng)業(yè)用水及一般景觀(guān)用水標(biāo)準(zhǔn)，喪失了飲用水源水功能。

1 水庫(kù)概況及存在的問(wèn)題

1.1 水庫(kù)概況

同沙水庫(kù)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(zhǎng)路、連馬路和莞深高速公路圍合。同沙水庫(kù)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(kù)雖然作為東莞市重點(diǎn)保護(hù)飲用水水源之一，但該水庫(kù)已經(jīng)受到了嚴(yán)重的污染，其水質(zhì)只能達(dá)到農(nóng)業(yè)用水及一般景觀(guān)用水標(biāo)準(zhǔn)，喪失了飲用水源水功能。

1.2 存在的問(wèn)題

①南邊匯入同沙水庫(kù)的黃沙河為排洪河道，旱季時(shí)上游部分城鎮(zhèn)生活污水匯入黃沙河?xùn)|支流及連平河并最終進(jìn)入同沙水庫(kù)，成為水庫(kù)的主要污染來(lái)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(guò)黃沙河匯入到同沙水庫(kù)中，所以黃沙河受有機(jī)物、N、P等因素的污染嚴(yán)重，水質(zhì)一直都很差。

因此，為了使同沙水庫(kù)恢復(fù)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(zhì)凈化工藝

為了解決上述問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)同沙水庫(kù)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(shè)水質(zhì)凈化工程對(duì)黃沙河水進(jìn)行處理，使之成為同沙水庫(kù)南入口的一道天然屏障，切實(shí)保護(hù)同沙水庫(kù)水質(zhì)，使之成為黃沙河西岸一道亮麗的風(fēng)景線(xiàn)，為當(dāng)?shù)啬酥琳麄€(gè)東莞人民提供一片風(fēng)景優(yōu)美的休閑樂(lè)土。因此，水質(zhì)凈化工藝的選擇尤為重要。水質(zhì)凈化范圍見(jiàn)圖1所示。

圖1 水質(zhì)凈化范圍(紅線(xiàn)部分)圖

常見(jiàn)水質(zhì)凈化工藝主要有：活性炭吸附法(PAC、GAC、BAC三類(lèi))、混凝沉淀工藝、膜分離法(微濾、超濾、納濾及反滲透等)、高級(jí)氧化(濕式氧化法、濕式催化氧化法、超臨界水氧化法、光化學(xué)催化氧化法及電化學(xué)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(shù)，各種工藝均具有不同的適用范圍及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

2.1 混凝土沉淀工藝

混凝土沉淀工藝是通過(guò)向污水中投加絮凝劑(絮凝劑按照其化學(xué)成分總體可分為無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩類(lèi)。其中無(wú)機(jī)絮凝劑又包括無(wú)機(jī)凝聚劑和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑；有機(jī)絮凝劑又包括合成有機(jī)高分子絮凝劑、天然有機(jī)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(xué)反應(yīng)，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(lái)，從而使水質(zhì)得到明顯改善。這種工藝廣泛應(yīng)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(lèi)：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(zhuǎn)移效率和污染物凈化效率，且占地面積相對(duì)較小，這使其在實(shí)際工程中的應(yīng)用日益廣泛。但是，人工濕地工藝對(duì)污染物的去除方法是比較復(fù)雜的。一般來(lái)說(shuō)，人工濕地是利用基質(zhì)-微生物-植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用，通過(guò)過(guò)濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化，與此同時(shí)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物的生長(zhǎng)并使其增殖，以實(shí)現(xiàn)廢水的無(wú)害化和資源化。因此，本質(zhì)上人工濕地對(duì)污染物的去除機(jī)理和去除途徑與自然濕地相同。其去除污染的作用見(jiàn)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(guò)上述的介紹，需要從這兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、應(yīng)用范圍、資金投入運(yùn)行成本和占地面積這幾方面進(jìn)行比較，以確定出適合本次水質(zhì)凈化工程的工藝。其比較方案見(jiàn)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(zhì)凈化工程。該工藝具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需使用大型設(shè)備、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)水質(zhì)水量的適應(yīng)性強(qiáng)、操作管理簡(jiǎn)便、景觀(guān)效果好等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，此方案也存在占地面積大的缺點(diǎn)，但是本次的水質(zhì)凈化工程選址范圍有大面積的平、洼地，可結(jié)合公園整體建設(shè)，從而為工程的建設(shè)提供了有利的用地條件。人工濕地樣圖見(jiàn)圖2。

表2 工藝的比較表

圖2 人工濕地樣圖

3 水質(zhì)凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 高效垂直流人工濕地工藝的流程和設(shè)計(jì)

通過(guò)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(diào)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(guò)攔水閘截流，通過(guò)引水箱涵自流進(jìn)入調(diào)蓄池，經(jīng)提升進(jìn)入生態(tài)氧化池，生態(tài)氧化池出水自流進(jìn)入垂直流人工濕地，垂直流人工濕地出水自流進(jìn)入塘床系統(tǒng)，再自流進(jìn)入同沙水庫(kù)。污水通過(guò)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(jī)物、N、P、S等。其污染物的去除率見(jiàn)表3。

表3 黃沙河污染物去除率表

3.2 主要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

攔水閘控制水位標(biāo)高為21.00 m，所蓄滯的水位超過(guò)21.00 m即自動(dòng)開(kāi)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(diào)蓄池中進(jìn)行處理，根據(jù)河道水系和調(diào)蓄池所在地實(shí)際標(biāo)高情況，工程需要建設(shè)引水箱涵來(lái)解決旱季污水及初期雨水的輸送問(wèn)題。在箱涵的前端設(shè)置粗、細(xì)格柵及相關(guān)控制閘門(mén)。由于旱季時(shí)河道流量比較平均且小，故引水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不宜采用旱季河流的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而必須采用雨季時(shí)間流量參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)才能同時(shí)滿(mǎn)足旱、雨季的引水要求。

初雨調(diào)蓄池屬于地面敞開(kāi)式調(diào)蓄池，無(wú)需另設(shè)沉砂池，便于清洗及清砂清淤，相比地下全封閉式的調(diào)蓄池降低了管理和維護(hù)的工作量。由于本調(diào)蓄池的防滲及防漏要求不高，所以為節(jié)省資金，本調(diào)蓄池?cái)M做成“調(diào)蓄塘”的形式，即不用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)形式。調(diào)蓄池?cái)M將池底處理后做成素混凝土硬底，方便日后清運(yùn)，池壁采用噴混凝土護(hù)坡的形式，這樣可以節(jié)約大部分的資金。調(diào)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(shí)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(shù)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(yíng)養(yǎng)化水體內(nèi)，通過(guò)植物根部的吸收、吸附作用和物種競(jìng)爭(zhēng)相克機(jī)理，消減富集水體中的氮磷及有害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果，同時(shí)又可營(yíng)造出水上的景觀(guān)。水質(zhì)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(zhì)凈化針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的水質(zhì)，利用生態(tài)工程學(xué)原理，降解、吸收水中的有機(jī)物、氮、磷等。

4 結(jié)論

水質(zhì)凈化工程是一項(xiàng)集水質(zhì)凈化、生態(tài)保護(hù)、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(jià)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

①黃沙河匯入同沙水庫(kù)的水質(zhì)凈化工程已經(jīng)完成，經(jīng)過(guò)這幾年的運(yùn)行，有效削減了黃沙河入庫(kù)水污染負(fù)荷，改善了同沙水庫(kù)水質(zhì)。

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

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

④在改善當(dāng)?shù)赝顿Y環(huán)境的同時(shí)，促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，濕地生態(tài)凈化比污水處理廠(chǎng)凈化每天要節(jié)約15 910元，每年節(jié)約了580.72萬(wàn)元。

采用合理的水質(zhì)凈化工藝，解決了黃沙河匯入同沙水庫(kù)水質(zhì)污染的問(wèn)題。其實(shí)際的成效也是非常明顯的。從當(dāng)?shù)氐膶?shí)際出發(fā)，在原有的生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)優(yōu)化，增強(qiáng)了水體的自?xún)裟芰?，提高了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐娘嬘盟?，使其具有了更好地生態(tài)和環(huán)境效益。