齊 雯

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 工程背景

西海后海連通渠位于西海和后海之間，總長(zhǎng)為240 m，通道寬5 m，日常運(yùn)行水位44.50 m（水深1.5 m）?，F(xiàn)階段通道內(nèi)安裝了37臺(tái)水下曝氣機(jī)和生物填料，主要通過(guò)水下曝氣機(jī)給水體充氧，提高水體中的溶解氧［1］，生物填料主要凈化水體中的污染物，通過(guò)曝氣充氧和生物填料降解水中的有機(jī)物，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善。水體從西海向后海流動(dòng)，流量為0.5 m3/s。

由于現(xiàn)有治理措施為2007 年建設(shè)，設(shè)備已達(dá)使用年限，凈化效率降低，不能滿足功能區(qū)要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段有害昆蟲(chóng)較多，周邊群眾反應(yīng)強(qiáng)烈，因此需對(duì)生物填料進(jìn)行更新，即利用原有的處理設(shè)施進(jìn)行改造。

2 工程實(shí)施方案

利用原有的曝氣充氧設(shè)備，并配合彈性生物填料、陶粒微生物載體對(duì)水體進(jìn)行處理。根據(jù)河段水文條件、河床結(jié)構(gòu)及水質(zhì)狀況，采用河水原位凈化系統(tǒng)，如圖1所示。

系統(tǒng)由2 個(gè)部分組成，即生物接觸氧化凈化單元和陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元。河水依次流經(jīng)2個(gè)單元，實(shí)現(xiàn)水體污染物的凈化。

生物接觸氧化凈化單元通過(guò)彈性生物填料表面生物膜及物理攔截作用，凈化水體污染物和促使顆粒物沉降；底部利用原有的曝氣機(jī)進(jìn)行適度曝氣增氧，為彈性生物填料表面好氧生物提供適宜的生存環(huán)境，提高其污染物凈化能力［2］。陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元與前段相比，具有更高的生物量和凈化能力；底部利用原有的曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣，以保證載體上好氧生物膜系統(tǒng)的生存條件，提高其污染物凈化能力。載體床內(nèi)部預(yù)設(shè)的反沖洗系統(tǒng)保證不發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

生物接觸氧化凈化單元的停留時(shí)間按照30 min考慮，陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元的停留時(shí)間按照3 min 考慮。系統(tǒng)總平面示意，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總平面示意

對(duì)西海后海連通渠內(nèi)原有的生物填料進(jìn)行拆除，更換新的彈性生物填料，并繼續(xù)利用原有的曝氣機(jī)對(duì)填料進(jìn)行曝氣。

首先拆除原有的生物填料，然后清理通道內(nèi)的底泥和雜物，通道清理干凈后將加工好的填料架和填料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在河道內(nèi)進(jìn)行組裝，組裝好以后通水調(diào)試。

設(shè)計(jì)安裝彈性生物填料750 m3，共分30 組，每組用槽鋼和圓鋼作為鋼制支架用以栓掛填料，在每組填料中間設(shè)置1臺(tái)曝氣機(jī)。填料和填料之間保留1 m的間距，總的安裝長(zhǎng)度大約180 m。

在生物接觸氧化凈化單元后設(shè)置一段陶粒微生物載體，總長(zhǎng)按照10 m 考慮，此單元分為5 段，每段按照2 m 考慮，使水流在其中折向流動(dòng)，增加接觸時(shí)間。陶粒段共5 組，每組均由布水板、濾料承托層、濾料層組成。其中，濾料承托層由卵石組成，濾料層由陶粒濾料組成。濾料承托層高度按照200 mm 考慮，上部為陶粒層，高度按照600 mm 考慮。陶粒層平面尺寸為3 m×2 m。在陶粒段的放置1 臺(tái)水下曝氣機(jī)，對(duì)陶粒段進(jìn)行曝氣，為附著在陶粒上的微生物提供氧氣［3］。

3 工程實(shí)施過(guò)程的跟蹤監(jiān)測(cè)方案

本工程于2014年4月底完工。2012年4、6、9月及2013 年3 月對(duì)原有設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所獲數(shù)據(jù)反映工程實(shí)施前的水質(zhì)情況，即原有設(shè)備治理下的水質(zhì)狀況，每月1 次。2014 年5—9 月對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所獲數(shù)據(jù)可反映更新設(shè)備后的水質(zhì)狀況，每月1次。水體自西海經(jīng)連通渠流入后海，選取連通渠入口和出口2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。連通渠入口位于西海，可反映西海水質(zhì)，即措施實(shí)施前的水質(zhì)狀況。連通渠出口位于后海，可反映后海水質(zhì)，即措施實(shí)施后的水質(zhì)狀況。

西海后海連通渠生物填料更新工程的核心技術(shù)即為生物接觸氧化技術(shù)，生物接觸氧化技術(shù)核心部分為生物填料，它是生物膜的載體，使填料上生長(zhǎng)一層生物膜，水體持續(xù)進(jìn)入生物填料后，水中的有機(jī)物被生物膜吸附，生物酶發(fā)揮催化作用，生物膜發(fā)生新陳代謝，氧化分解有機(jī)物，從而去除水中的大部分有機(jī)物［4］。因此，該工程對(duì)水體中的化學(xué)需氧量（CODcr）有明顯影響。同時(shí)，西海、后海是著名的旅游景點(diǎn)，污染源主要為外源污染，如漂浮的垃圾雜物等，氨氮（NH3-N）是反映外源污染的重要指標(biāo)。另外，總磷（TP）等化學(xué)性指標(biāo)是反映水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素，因此選取化學(xué)需氧量、總磷和氨氮等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)定水質(zhì)指標(biāo)按我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）進(jìn)行，采取單因子評(píng)價(jià)方法，對(duì)水質(zhì)類別進(jìn)行分析。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)定方法，詳見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)定方法

4 生物接觸氧化凈化技術(shù)對(duì)內(nèi)城河湖水質(zhì)的改善

為改善后海水質(zhì)，實(shí)施西海后海連通渠生物填料更新工程，核心技術(shù)為生物接觸氧化凈化技術(shù)，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用效果評(píng)估和適用性分析。

工程實(shí)施前，通道內(nèi)安裝了37 臺(tái)水下曝氣機(jī)和生物填料，現(xiàn)有設(shè)備下水質(zhì)情況詳見(jiàn)表2，監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化情況如圖3—5 所示。從表2 和圖3—5 可以看出，通過(guò)現(xiàn)有連通渠設(shè)備后的水質(zhì)雖略有好轉(zhuǎn)，但效果已不明顯，不能達(dá)到治理目標(biāo)，因此進(jìn)行連通渠生物填料更新。

表2 現(xiàn)有設(shè)備的水質(zhì)現(xiàn)狀 mg/L

圖3 治理前CODcr變化

圖5 治理前TP變化

4.1 水質(zhì)改善的評(píng)價(jià)

本工程于 2014 年 4 月底完工。2014 年 5—9 月對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的水質(zhì)指標(biāo)有化學(xué)需氧量、氨氮、總磷，治理效率明顯提高，水質(zhì)明顯改善：化學(xué)需氧量≤20 mg/L，達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，功能要求為Ⅳ類；氨氮≤1.0 mg/L，達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，功能要求為Ⅳ類；總磷≤0.3 mg/L，達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，功能要求為Ⅳ類；三者均達(dá)到工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。更新設(shè)備后的水質(zhì)現(xiàn)狀，詳見(jiàn)表3。監(jiān)測(cè)指標(biāo)具體數(shù)據(jù)曲線，如圖6—8所示。

表3 更新設(shè)備后的水質(zhì)狀況 mg/L

圖6 治理后CODcr變化

圖7 治理后NH3-N變化

圖8 治理后TP變化

4.2 技術(shù)有效性分析

利用生物接觸氧化技術(shù)結(jié)合曝氣實(shí)施西海后海連通渠更新工程，合理地利用了地理位置優(yōu)勢(shì)，通過(guò)更換最新的生物填料凈化水體污染物，提高了措施效率，使得水質(zhì)指標(biāo)化學(xué)需氧量、氨氮、總磷下降，其中化學(xué)需氧量和氨氮達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)、總磷達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)明顯改善，達(dá)到水域功能要求及工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。

該技術(shù)核心部分為生物填料，選用優(yōu)質(zhì)的生物填料具有微生物無(wú)毒性、傳質(zhì)性能良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被生物分解、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。由于設(shè)備安裝對(duì)水體地理位置有一定要求，同時(shí)由于設(shè)備運(yùn)行會(huì)對(duì)行洪有一定影響，所以該技術(shù)適用于相對(duì)封閉靜止、地理位置有條件安裝設(shè)備、同時(shí)對(duì)行洪要求不高的水體。因此，生物接觸氧化技術(shù)在城市相對(duì)靜止的湖泊通道中可以使用，有一定的推廣意義。同時(shí)，設(shè)備需要后期的運(yùn)行維護(hù)，以保證在運(yùn)行管理中密切監(jiān)管，定期觀察運(yùn)行情況，監(jiān)測(cè)處理效率，隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，以便及時(shí)處理出現(xiàn)的故障或者更新設(shè)備。

5 結(jié)論與建議

生物接觸氧化技術(shù)結(jié)合曝氣使得水質(zhì)指標(biāo)化學(xué)需氧量、氨氮、總磷下降，其中化學(xué)需氧量和氨氮達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)、總磷達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)明顯改善。該技術(shù)核心部分為生物填料，選用優(yōu)質(zhì)的生物填料具有微生物無(wú)毒性、傳質(zhì)性能良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被生物分解、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。由于設(shè)備安裝對(duì)水體地理位置有一定要求，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行會(huì)對(duì)行洪有一定影響，所以該技術(shù)適用于相對(duì)封閉靜止、地理位置有條件安裝運(yùn)行設(shè)備、同時(shí)對(duì)行洪要求不高的水體。綜上，生物接觸氧化技術(shù)在城市相對(duì)靜止的湖泊通道中可以使用，有一定的推廣意義。